CN111555351B - 一种深海油气田供电系统及方法 - Google Patents

一种深海油气田供电系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于海洋工程相关技术领域，并公开了一种深海油气田供电系统及方法。该供电系统中包括浮式风场、海上升压站、脐带缆和全水下生产机构，浮式风场设置在近海中，用于将风能转化为电能；海上升压站一方面用于将电流进行升压和稳流，另一方面用于存储全水下生产机构所需的液压液体和化学药剂，浮式风场将风能转化为电能后，电流经脐带缆传递给海上升压站，在海上升压站中被升压和稳流后，被输送给全水下生产机构，同时，海上升压站中的液压液体也通过脐带缆传递给全水下生产机构，以此实现全水下生产机构的电、液压液体和化学药剂的供应。通过本发明，降低深海油气田的开采风险和供电成本，以完善深海开发关键技术的知识体系，保障能源安全。

Description

一种深海油气田供电系统及方法
技术领域
本发明属于海洋工程相关技术领域，更具体地，涉及一种深海油气田供电系统及方法。
背景技术
海上油田石油储量丰富，目前浅水域的石油开采已取得一定的发展，但是已探明大量油气资源分布在深远海区，海况恶劣，使用目前的海上石油平台进行开采难度较高，危险系数大。以我国南海为例，南海海域的油气储量十分巨大，但海况相当复杂，离岸二十公里左右水深便断崖式下降至1500米水深，加之南海台风频繁，极端天气情况出现频率增加，使得浅水域使用的油气开采方案不再适用。因此，有必要提出一种新型的深海油气田供电方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种深海油气田供电系统及方法，其通过对该系统的整体布局和关键组件的结构设计，实现全水下生产机构的电、液压液体和所需化学药剂的工艺，降低深海油气田的开采风险和供电成本，以完善深海开发关键技术的知识体系，保障能源安全。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种深海油气田供电系统，该供电系统中包括浮式风场、海上升压站、脐带缆和全水下生产机构，其中：
所述浮式风场设置在近海中，用于利用海面上的风能转化为电能；所述海上升压站一方面用于将来自所述浮式风场的电流进行升压和稳流，另一方面用于存储所述全水下生产机构所需的液压液体和化学药剂，所述脐带缆用于连接海上升压站和全水下生产机构，所述全水下生产机构设置在深海底下的油气处理设备，所述浮式风场将风能转化为电能后，电流经所述海洋电缆传递给所述海上升压站，在所述海上升压站中被升压和稳流后，被输送给所述全水下生产机构，同时，所述海上升压站中的液压液体也通过所述脐带缆传递给所述全水下生产机构，以此实现所述全水下生产机构的电、液压液体和化学药剂的供应；其中：
所述浮式风场中设置有多个浮在近海中的风机，每个风机通过缆绳锚固在深海海底，其自下而上包括底座、浮力提供单元和发电单元，所述底座包括固定压载和第一存储箱，所述固定压载用于提供压载力以保障稳性，所述第一存储箱用于存储所述全水下生产机构所需的液压液体和化学药剂；所述浮力提供单元中设置有垂荡板和多个长度不一的浮箱，所述浮箱沿垂直于海平面的方向设置，为所述风机提供浮力，所述垂荡板沿海平面方向设置，捆绑在所述浮箱上，在所述风机上下浮动时增加其运动阻尼；所述发电单元用于将风能转化为电能，设置在海平面上，包括风叶和发电机组，所述风叶随风转动，所述发电机组将所述风叶转动的风能转化为电能。
进一步优选地，所述海上升压站通过缆绳锚固在深海海底，包括上半部分和下半部分，上半部分设置在海平面上，其包括多块间隔分布的基板和设置在基板中的升压和稳流单元，所述下半部分自下而上包括压载水舱、第二存储箱和浮力舱，所述压载水舱中设置有海水，用于提供压载力以保障海上升压站的稳性，所述第二存储箱用于存储所述全水下生产机构所需的液压液体和化学药剂，所述浮力舱用于提供浮力；所述上半部分和下半部分之间由竖直方向的立柱连接，通过该立柱连接间隔分布的基板。
进一步优选地，所述升压和稳流单元包括变压器和换流站，所述变压器用于将来自所述浮式风场的电流升压，所述换流站用于将升压后的电流进行稳流。
进一步优选地，所述脐带缆中包括多个电缆和管道，所述电缆用于传送电流，所述管道用于传送液压液体和化学药剂。
进一步优选地，所述供电系统中还包括陆地电网集控中心，该陆地电网集控中心与所述海上升压站通过高压直流动态电缆连接，用于回收所述浮式风场中剩余的电能。
进一步优选地，所述第一存储箱中设左右多个独立的腔室，用于分开且独立的存储液压液体和化学药剂，每个腔室中设置有进料管道和出料管道。
按照本发明的另一个方面，提供了一种上述供电系统的供电方法，该方法包括下列步骤：首先，所述浮式风场将风能转化为电能，接着所述电流通过所述海洋电缆传递至所述海上升压站进行升压和稳流，最后将升压和稳流后的电流通过所述脐带缆传递给所述全水下生产机构，同时，将所述海上升压站中的液压液体和化学药剂通过所述脐带缆传递给所述全水下生产机构，以此实现所述全水下生产机构的电、液压液体和化学药剂的供应。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
1.本发明利用浮式风场向全水下生产机构供电，一方面可以减少脐带缆的用量，另一方面则可以大大降低深海油气田的开采风险和供电成本，以完善深海开发关键技术的自主知识体系，保障能源安全；
2.本发明提供的供电系统，安全系数高，降低生产成本，提高远海油田，深海油田和海况恶劣的油气田开采的可能性的特点，提高恶劣海况下的深海油气田开采的可能性，降低开采成本，减少人员及开采设备的危险性。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的深海油气田供电系统的结构示意图；
图2是按照本发明的优选实施例所构建的风机的结构示意图；
图3是按照本发明的优选实施例所构建的风机的不同位置的截面示意图，其中：(a)是A-A处的截面示意图；(b)是B-B处的截面示意图；(c)是C-C处的截面示意图；
图4是按照本发明的优选实施例所构建的海上升压站的结构示意图；
图5是按照本发明的优选实施例所构建的海上升压站N-N处的截面示意图；
图6是按照本发明的优选实施例所构建的升压和稳流过程的示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-浮式风场，2-海上升压站，3-脐带缆，4-全水下生产机构，5-陆地电网集控中心，6-海洋，7-高压直流动态电缆，8-轮毂，9-浮箱平台，10-上部塔架，11-风机，12-海洋电缆，13-固定压载，14-第一存储箱，15-垂荡板，16-浮箱，17-风叶，18-发电机组，19-腔室，20-储存海水腔室，21-基板，22-压载水舱，23-第二存储箱，24-浮力舱，25-立柱，26-传输电缆的中央管道，27-传输液压液体和化学药剂的管道，28-电缆与脐带缆的接口，29-抽水、排水的管道口，30-钢筋混凝土基础侧壁。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种深海油气田供电系统，该供电系统中包括设置在海洋6中的浮式风场1、海上升压站2、脐带缆3、全水下生产机构4和高压直流动态电缆7，本实施例中的脐带缆3采用的是高压直流脐带缆，其中：
所述浮式风场1设置在近海中，用于利用海面上的风能转化为电能；所述海上升压站2一方面用于将来自所述浮式风场1的电流进行升压和稳流，另一方面用于存储所述全水下生产机构4所需的液压液体和化学药剂，所述脐带缆3用于连接海上升压站2和全水下生产机构4，所述全水下生产机构4设置在深海海底的油气处理设备，其用于从油气田中抽取油和气，并对油和气进行相应的处理，在处理过程中，其需要电、液压液体以及化学药剂；所述浮式风场1将风能转化为电能后，电流经海洋电缆传输给所述海上升压站2，在所述海上升压站中被升压和稳流后，电流经脐带缆3被输送给所述全水下生产机构4，同时，所述海上升压站2中的液压液体和油气田所需化学药剂也通过所述脐带缆3传输给所述全水下生产机构4，以此实现所述全水下生产机构的电、液压液体和油气田所需化学药剂的供应；所述高压直流动态电缆7用于连接海上升压站2和陆地电网集控中心5，用于回收所述浮式风场1中剩余的电能；其中：
如图2所示，所述浮式风场1中设置有多个浮在近海中的风机11，每个风机通过锚泊系统锚固在海底，其自下而上包括底座、浮力提供单元、浮箱平台9、上部塔架10和发电单元，所述底座包括固定压载13和第一存储箱14，所述固定压载13用于提供压载力，保证风机的稳性，避免其随风摇荡，所述第一存储箱14用于存储所述全水下生产机构所需的液压液体和油气田所需化学药剂；所述浮力提供单元中设置有垂荡板15和多个长度不一的浮箱16，所述浮箱16沿垂直于海平面的方向设置，为所述风机提供浮力，所述垂荡板15沿海平面方向设置，捆绑在所述浮箱16上，在所述风机上下浮动时增加其运动阻尼；所述发电单元用于将风能转化为电能，设置在上部塔架上，包括风叶17和发电机组18，所述风叶装在轮毂8上，风叶传来的作用力，都通过轮毂传递到所述发电机组将所述风叶转动的风能转化为电能。
如图3所示，所述风机11的浮箱16的A-A截面如图3中(a)所示、B-B截面如图3中(b)所示，所述第一存储箱的C-C截面如图3中(c)所示；所述浮箱16由多个长度不一的沿垂直海平面的圆柱箱体组成，用于提供并调节浮力；所述长度最长的浮箱16内部设置有传输液压液体和化学药剂的管道27，传输液压液体和化学药剂的管道27连接浮箱平台9和第一存储箱14，用于传输液压液体和化学药剂；所述浮箱16中央区域设置有传输电缆的中央管道26，用于电缆在浮箱内部的铺设；所述第一存储箱14括多个储存液压液体、油气田所需化学药剂的腔室19和储存海水的腔室20，储存海水腔室的储水量根据储存液压液体和油气田所需化学药剂腔室内的储量进行调整，以调整整体结构和重量和重心来保证稳定性；所述第一存储箱14中央位置设置有电缆与脐带缆的接口28和传输液压液体和化学药剂的管道27，用于和脐带缆接头；所述储存海水的腔室20内具有抽水、排水的管道口29，用于根据情况进行储水量。
如图4所示，所述海上升压站2通过锚泊系统锚固在海底，包括上半部分和下半部分，上半部分设置在海平面上，其包括多块间隔分布的基板21和设置在基板之间的升压和稳流单元；所述下半部分为钢筋混凝土基础，防腐性能好且建造费用低；所述下半部分自下而上包括压载水舱22、第二存储箱23和浮力舱24，所述压载水舱22中设置有海水，用于提供压载力，提高稳性，避免其随风摇荡；所述第二存储箱23用于存储所述全水下生产机构所需的液压液体和油气田所需的化学药剂；所述第二存储箱23包括多个储存液压液体、油气田所需化学药剂的腔室19；所述浮力舱24用于提供浮力；所述上半部分和下半部分之间同时竖直方向的立柱25连接，通过该立柱该用于连接间隔分布的基板21。
如图5所示，所述海上升压站2的下半部分N-N截面如图五所示；所述第二存储箱23由钢筋混凝土基础侧壁30分隔为多个储存液压液体、油气田所需化学药剂的腔室19和储存海水的腔室20，储存海水腔室的储水量根据储存液压液体和油气田所需化学药剂腔室内的储量进行调整，以调整整体结构和重量和重心来保证稳定性；所述储存液压液体、油气田所需化学药剂的腔室19内部设置有传输液压液体和化学药剂的管道27，用于传输液压液体和化学药剂；所述储存海水的腔室20内具有抽水、排水的管道口29，用于根据情况进行储水量。
如图6所示，所述升压和稳流单元包括变压器和换流站，所述变压器用于将来自所述浮式风场的电流升压，所述换流站用于将升压后的电流进行稳流。
进一步地，所述脐带缆3中包括多个电缆和管道，所述电缆用于传送电流，所述管道用于传送液压液体和油气田所需的化学药剂。
进一步地，所述供电系统中还包括陆地电网集控中心5，该陆地电网集控中心与所述海上升压站2通过高压直流动态电缆7连接，用于回收所述浮式风场1中剩余的电能。
进一步地，所述风机底座的第一存储箱14中包扩多个储存液压液体、油气田所需化学药剂的腔室19和储存压载水的腔室20，储存压载水腔室的储水量根据储存液压液体和油气田所需化学药剂腔室内的储量进行调整，以调整整体结构和重量和重心来保证稳定性；所述第一存储箱中设多个独立的腔室19，用于分开且独立的存储液压液体和油气田所需化学药剂，每个腔室中设置有进料管道和出料管道。
进一步地，该方法包括下列步骤：首先，所述浮式风场将风能转化为电能，接着所述电流通过所述海上电缆传递至所述海上升压站进行升压和稳流，最后将升压和稳流后的电流通过所述脐带缆传递给所述全水下生产机构，同时，将所述海上升压站中的液压液体和油气田所需的化学药剂通过所述脐带缆传递给所述全水下生产机构，以此实现所述全水下生产机构的电、液压液体和油气田所需化学药剂的供应。
进一步地，当浮式风场设定的位置距离全水下生产机构较近时，也可采用脐带缆直接将浮力风场与全水下生产机构连接，此时，由于浮式风场与全水下生产机构之间距离较近，二者之间电能的损耗少，故不需要对电流进行升压，可直接输送；同时，风机底座第一存储箱中储存的液压液体和化学药剂也通过脐带缆传输给全水下生产机构。
运输船定期对第一存储箱和第二存储箱中的液压液体和油气田进行补充，当海上升压站中的第二存储箱中的液压液体和化学药剂不足时，可以从第一存储箱中供给全水下生产机构。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种深海油气田供电系统，其特征在于，该供电系统中包括浮式风场（1）、海上升压站（2）、脐带缆（3）和全水下生产机构（4），其中：
所述浮式风场（1）设置在近海中，用于利用海面上的风能转化为电能；所述海上升压站（2）一方面用于将来自所述浮式风场（1）的电流进行升压和稳流，另一方面用于存储所述全水下生产机构（4）所需的液压液体和化学药剂，所述脐带缆（3）用于连接海上升压站和全水下生产机构，所述全水下生产机构（4）设置在深海底下的油气处理设备，所述浮式风场（1）将风能转化为电能后，电流经海洋电缆（12）传递给所述海上升压站（2），在所述海上升压站中被升压和稳流后，被输送给所述全水下生产机构（4），同时，所述海上升压站（2）中的液压液体也通过所述脐带缆（3）传递给所述全水下生产机构（4），以此实现所述全水下生产机构的电、液压液体和化学药剂的供应；其中：
所述浮式风场（1）中设置有多个浮在近海中的风机（11），每个风机通过缆绳锚固在深海海底，其自下而上包括底座、浮力提供单元和发电单元，所述底座包括固定压载（13）和第一存储箱（14），所述固定压载（13）用于提供压载力以保障稳性，所述第一存储箱（14）用于存储所述全水下生产机构所需的液压液体和化学药剂；所述浮力提供单元中设置有垂荡板（15）和多个长度不一的浮箱（16），所述浮箱（16）沿垂直于海平面的方向设置，为所述风机提供浮力，所述垂荡板（15）沿海平面方向设置，捆绑在所述浮箱（16）上，在所述风机上下浮动时增加其运动阻尼；所述发电单元用于将风能转化为电能，设置在海平面上，包括风叶（17）和发电机组（18），所述风叶随风转动，所述发电机组将所述风叶转动的风能转化为电能；
所述海上升压站（2）通过缆绳锚固在深海海底，包括上半部分和下半部分，上半部分设置在海平面上，其包括多块间隔分布的基板（21）和设置在基板中的升压和稳流单元，所述下半部分自下而上包括压载水舱（22）、第二存储箱（23）和浮力舱（24），所述压载水舱（22）中设置有海水，用于提供压载力以保障海上升压站的稳性，所述第二存储箱（23）用于存储所述全水下生产机构所需的液压液体和化学药剂，所述浮力舱（24）用于提供浮力；所述上半部分和下半部分之间由竖直方向的立柱（25）连接，通过该立柱连接间隔分布的基板（21）；
所述脐带缆（3）中包括多个电缆和管道，所述电缆用于传送电流，所述管道用于传送液压液体和化学药剂。
2.如权利要求1所述的一种深海油气田供电系统，其特征在于，所述升压和稳流单元包括变压器和换流站，所述变压器用于将来自所述浮式风场的电流升压，所述换流站用于将升压后的电流进行稳流。
3.如权利要求1所述的一种深海油气田供电系统，其特征在于，所述供电系统中还包括陆地电网集控中心（5），该陆地电网集控中心与所述海上升压站（2）通过高压直流动态电缆（7）连接，用于回收所述浮式风场（1）中剩余的电能。
4.如权利要求1所述的一种深海油气田供电系统，其特征在于，所述第一存储箱（14）中设左右多个独立的腔室（19），用于分开且独立的存储液压液体和化学药剂，每个腔室中设置有进料管道和出料管道。
5.如权利要求1-4任一项所述的供电系统的供电方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：首先，所述浮式风场将风能转化为电能，接着所述电流通过所述海洋电缆传递至所述海上升压站进行升压和稳流，最后将升压和稳流后的电流通过所述脐带缆传递给所述全水下生产机构，同时，将所述海上升压站中的液压液体和化学药剂通过所述脐带缆传递给所述全水下生产机构，以此实现所述全水下生产机构的电、液压液体和化学药剂的供应。
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