谢彬 (中国北京市东城区东直门外小街6号, Beijing 7, 100027, CN)
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谢文会 (中国北京市东城区东直门外小街6号, Beijing 7, 100027, CN)
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中海石油研究中心 (中国北京市东城区东直门外小街6号, Beijing 7, 100027, CN)
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谢彬 (中国北京市东城区东直门外小街6号, Beijing 7, 100027, CN)
XIE, Wenhui (No.6, Dongzhimenwai XiaojieDongcheng District, Beijing 7, 100027, CN)
| 权利要求 1、 一种无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台， 其特征在于： 它包 括一个底部环形压载舱， 若干根位于所述环形压载舱上的小截面立柱， 一 个与所述环形压载舱形状相同或相近的中部环形浮箱， 与所述小截面立柱 数量相同且位于所述环形浮箱上的大截面立柱， 以及一个位于所述大截面 立柱顶部的上部钻机及油气处理模块； 所述环形压载舱采用永久固定压载 方式， 舱内填充重物， 保证平台的浮心高于重心； 所述大截面立柱均匀布置在所述环形浮箱上， 且其下部与所述环形浮 箱连为一体； 每根所述大截面立柱轴向设置有一中央孔道， 所述中央孔道 内下部设置有一带凹槽的砧板连接结构； 与所述大截面立柱位置相对应， 所述小截面立柱均匀布置在所述环形 压载舱上， 且其下部与所述环形压载舱连为一体； 平台建造完成后所述小 截面立柱对应插入到所述大截面立柱的中央孔道中并穿出， 所述小截面立 柱通过楔块、 螺栓或插销与所述大截面立柱连接为一体， 此时平台处于折 叠状态； 所述小截面立柱顶部设置有倒圆锥结构； 每根所述大截面立柱上均设置有一组系泊缆， 并采用传统锚固方式将 所述系泊缆连接到海底锚点； 在建造场地安装所述钻机及油气处理模块， 采用干拖或湿拖方式整体 运至安装场地后展开安装。 2、 如权利要求 1所述的一种无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台， 其特征在于： 所述环形压载舱采用正多边形结构， 其中间下部设置有与其 连为一体的垂荡板， 且所述垂荡板中间开孔， 使连通所述钻机及油气处理 模块的油气生产立管 /钻井立管从中穿过。 3、 如权利要求 1所述的一种无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台， 其特征在于： 所述环形浮箱为宽大箱形结构， 其尖角处倒圆角， 且所述环 形浮箱内设置有两道中纵水密舱壁将所述浮箱结构的内部空间分为三部 分， 两道所述中纵水密舱壁之间的空间设人行通道， 两道所述中纵水密舱 壁外侧的空间被分为多个水密舱室。 4、 如权利要求 2所述的一种无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台， 其特征在于： 所述环形浮箱为宽大箱形结构， 其尖角处倒圆角， 且所述环 形浮箱内设置有两道中纵水密舱壁将所述浮箱结构的内部空间分为三部 分， 两道所述中纵水密舱壁之间的空间设人行通道， 两道所述中纵水密舱 壁外侧的空间被分为多个水密舱室。 5、 如权利要求 1或 2或 3或 4所述的一种无条件稳性整装型深吃水 浮式采油平台， 其特征在于： 所述大截面立柱为圆柱、 方柱、 多边菱形柱 或近圆柱壳体结构， 且每根所述大截面立柱的侧面布置有螺旋形侧板。 6、 如权利要求 1或 2或 3或 4所述的一种无条件稳性整装型深吃水 浮式采油平台， 其特征在于： 所述系泊缆采用传统锚链方式、 锚链-缆-锚 链组合方式或全尼龙缆方式。 7、 如权利要求 5所述的一种无条件稳性整装型深吃水浮式采油平台， 其特征在于： 所述系泊缆采用传统锚链方式、 锚链-缆 -锚链组合方式或全 尼龙缆方式。 8、 一种如权利要求 1〜7之一所述的无条件稳性整装型深吃水浮式采 油平台的海上安装方法， 其包括以下步骤： 1 ) 采用驳船干拖或自浮拖运方式将平台拖运至安装地点， 在安装地 点卸载平台， 平台处于自由漂浮状态； 2 ) 随后环形压载舱部分压载， 平台整体下沉； 3 ) 当环形压载舱及压载水和小截面立柱的重量大于其所受浮力时， 环形压载舱下沉， 将小截面立柱从大截面立柱中在受控状态下逐步下放， 环形压载舱依靠小截面立柱顶部的倒圆锥结构悬挂于环形浮箱的下方， 整 个平台依靠环形浮箱和大截面立柱提供的浮力漂浮在水中； 4 ) 使用吊机将液压模锻连接设备通过中央孔道放至小截面立柱中与 大截面立柱连接处， 进行液压模锻， 通过液压力使小截面立柱与大截面立 柱连接处的外壁板产生塑性变形， 将其挤入大截面立柱下部连接处砧板连 接结构的凹槽中， 使两部分结构全强度联接为一个整体结构； 5 ) 完成小截面立柱与大截面立柱连接后， 超声波检査连接处安装质 量， 合格后环形压载舱压载至设计值， 安装锚泊系统和立管系统， 完成平 台所有安装工作。 |
本发明涉及一种深水浮式采油平台及其海上安 装方法， 特别是关于一 种用于深水海洋油气开发， 可实现平台整体驳船干拖或自浮拖运两种运输 方式， 安装无需大型浮吊， 可采用干式采油树的无条件稳性整装型深吃水 浮式采油平台及其海上安装方法。 背景技术
随着海洋油气开发向深水进军， 传统的固定式采油平台已不能满足海 洋深水油气开发的需要， 浮式采油平台成为目前海洋深水油气开发的主 要 装备。 近年来， 产生了多种用于海洋深水油气开发的浮式采油 平台， 广泛 应用于世界各地的深水油气田开发， 例如半潜式平台、 深吃水单柱式平台 和张力腿平台。 上述每种平台都有其优缺点： 半潜式平台其垂荡运动性能 较差， 用于作为深水油气开发生产平台时必须采用湿 式采油树， 而湿式采 油树技术复杂、 价格昂贵； 深吃水单柱式平台具有良好的运动性能， 可以 使用干式采油树， 但其具有平台上部和下部必须分体海上安装、 海上安装 和连接作业十分复杂、 上部甲板面积小、 设计难度大和油气处理设施布置 困难等缺点； 张力腿平台同样具有良好的运动性能， 但由于其使用张力腿 同海底基础连接， 其造价随水深增加而迅速增加。
针对以上平台优缺点，海洋工程界提出了多种 新型平台方案、新概念， 但这些新概念和目前已有的传统浮式平台方案 的海上安装均十分复杂， 需 要采用大型设备才能完成其海上安装， 成本高昂。 发明内容
针对上述问题， 本发明提出一种运动性能优良， 甲板面积大， 建造集 成度高， 可实现驳船干拖或自浮拖运两种运输方式， 海上安装无需大型浮 吊， 可适应干式采油、 湿式采油和干湿组合式采油等不同采油模式， 造价 对于水深增加不敏感的无条件稳性整装型深吃 水浮式采油平台及其海上 安装方法。
为实现上述目的， 本发明采取以下技术方案： 一种无条件稳性整装型 深吃水浮式采油平台， 其特征在于： 它包括一个底部环形压载舱， 若干根 位于所述环形压载舱上的小截面立柱， 一个与所述环形压载舱形状相同或 相近的中部环形浮箱， 与所述小截面立柱数量相同且位于所述环形浮 箱上 的大截面立柱， 以及一个位于所述大截面立柱顶部的上部钻机 及油气处理 模块； 所述环形压载舱采用永久固定压载方式， 舱内填充重物， 保证平台 的浮心高于重心； 所述大截面立柱均匀布置在所述环形浮箱上， 且其下部 与所述环形浮箱连为一体； 每根所述大截面立柱轴向设置有一中央孔道， 所述中央孔道内下部设置有一带凹槽的砧板连 接结构； 与所述大截面立柱 位置相对应， 所述小截面立柱均匀布置在所述环形压载舱上 ， 且其下部与 所述环形压载舱连为一体； 平台建造完成后所述小截面立柱对应插入到所 述大截面立柱的中央孔道中并穿出， 所述小截面立柱通过楔块、 螺栓或插 销与所述大截面立柱连接为一体， 此时平台处于折叠状态； 所述小截面立 柱顶部设置有倒圆锥结构； 每根所述大截面立柱上均设置有一组系泊缆， 并采用传统锚固方式将所述系泊缆连接到海底 锚点； 在建造场地安装所述 钻机及油气处理模块， 采用干拖或湿拖方式整体运至安装场地后展开 安 装。
所述环形压载舱采用正多边形结构， 其中间下部设置有与其连为一体 的垂荡板， 且所述垂荡板中间开孔， 使连通所述钻机及油气处理模块的油 气生产立管 /钻井立管从中穿过。
所述环形浮箱为宽大箱形结构， 其尖角处倒圆角， 且所述环形浮箱内 设置有两道中纵水密舱壁将所述浮箱结构的内 部空间分为三部分， 两道所 述中纵水密舱壁之间的空间设人行通道， 两道所述中纵水密舱壁外侧的空 间被分为多个水密舱室。
所述大截面立柱为圆柱、 方柱、 多边菱形柱或近圆柱壳体结构， 且每 根所述大截面立柱的侧面布置有螺旋形侧板。
所述系泊缆采用传统锚链方式、 锚链 -缆-锚链组合方式或全尼龙缆方 式。
一种上述无条件稳性整装型深吃水浮式采油平 台的海上安装方法， 其 包括以下步骤： 1 ) 采用驳船干拖或自浮拖运方式将平台拖运至安 装地点， 在安装地点卸载平台， 平台处于自由漂浮状态； 2 ) 随后环形压载舱部分 压载， 平台整体下沉； 3 ) 当环形压载舱及压载水和小截面立柱的重量大 于其所受浮力时， 环形压载舱下沉， 将小截面立柱从大截面立柱中在受控 状态下逐步下放， 环形压载舱依靠小截面立柱顶部的倒圆锥结构 悬挂于环 形浮箱的下方， 整个平台依靠环形浮箱和大截面立柱提供的浮 力漂浮在水 中； 4 ) 使用吊机将液压模锻连接设备通过中央孔道放 至小截面立柱中与 大截面立柱连接处， 进行液压模锻， 通过液压力使小截面立柱与大截面立 柱连接处的外壁板产生塑性变形， 将其挤入大截面立柱下部连接处砧板连 接结构的凹槽中， 使两部分结构全强度联接为一个整体结构； 5 ) 完成小 截面立柱与大截面立柱连接后， 超声波检査连接处安装质量， 合格后环形 压载舱压载至设计值，安装锚泊系统和立管系 统，完成平台所有安装工作。
本发明由于采取以上技术方案， 其具有以下优点： 1、 本发明平台的 环形压载舱采用永久固定压载方式， 舱内填充铁矿砂或其它重物， 以保证 平台在任何时刻浮心高于重心， 从而使平台在服役期间保持较深的吃水状 态， 不仅实现了平台在海洋环境中的无条件稳定， 而且保证了平台的稳性 和耐波性满足使用要求。 同时， 本发明的吃水深度较传统深吃水单柱式平 台小， 可有效降低平台建造、 运输以及安装难度； 本发明平台立柱直径较 传统半潜平台立柱小， 可有效减少作用于平台的表面波浪载荷。 2、 本发 明平台采用可折叠结构， 上部组块可在建造场地安装， 在折叠状态下采用 干拖或自浮拖运方式运至安装地点， 不需大型浮吊配合， 可以实现海上的 简便安装， 大大降低了平台安装成本。 3、 本发明平台的下部小截面立柱 与环形压载舱连为一体， 上部大截面立柱与环形浮箱连接为一体， 环形浮 箱既能作为平台整体支撑结构， 也为平台提供足够的浮力， 同时还可以使 平台下部结构成为一个整体框架结构， 从而提高平台整体强度， 可有效抵 抗作用于平台的环境载荷， 将单根立柱遭受的载荷传递给平台整体结构。 同时， 环形压载舱和浮箱结构可有效传递由于波浪和 平台不平衡装载所造 成的各立柱之间的相互作用力， 因此平台具有很好的整体结构刚度和强 度， 可有效降低平台遭受环境载荷条件下连接节点 的疲劳热点应力， 改善 平台整体结构的疲劳寿命， 提高平台适应恶劣海洋环境的能力。 4、 本发 明的上部大截面立柱为圆柱、 方柱、 多边菱形柱或近圆柱壳体结构， 可有 效减小波浪对平台的拖曳力。 每根大截面立柱上布置螺旋形侧板， 以有效 抑制海流所造成的平台涡激响应。 5、 本发明的环形压载舱的中间下部设 置有与其连为一体的垂荡板， 可有效增加平台垂荡附加质量和垂荡阻尼， 改善平台的垂荡运动性能， 采油树可放置于平台甲板上， 从而使平台可使 用干式采油树进行油气开采， 大大降低采油作业成本； 同时， 根据油田开 发模式的需要， 本发明平台也可采用水下井口、 立管回接于平台的湿式采 油方式， 或者对于油田不同油井采用干式或湿式采油的 干湿组合式采油方 式。 6、 本发明的浮箱结构为宽大箱形结构， 其尖角处倒圆角， 以减小波 浪的拖曳力。 浮箱结构内设置两道中纵水密舱壁将其内部空 间分为三部 分， 保证浮箱结构受损后的结构冗余度和平台稳性 ， 以确保平台安全。 两 道中纵水密舱壁之间的空间设人行通道， 可使平台操作人员到达以便检 修。 两道中纵水密舱壁外侧的空间被分为多个水密 舱室， 可用做燃油 /淡 水舱、 设备舱和可调压载水舱。 7、 本发明采用多点锚泊定位方式定位， 其造价对水深增加不敏感， 可应用于深水和超深水海洋油气开发。 当平台 需要移位时，可采用传统方式将系泊缆收起， 将平台转运至其它地点就位， 可节约投资， 提高经济效益。 8、 本发明由于采用多立柱结构， 上部钻机 及油气处理模块甲板面积大， 可使上部油气处理设施布置更加优化， 提高 平台作业效率和上部设施布置的安全性。 综上所述， 本发明平台运动性能 优良， 具有无条件稳定性， 适应作业水深范围广， 整体结构强度好， 重量 轻， 建造成本低， 可应用于恶劣海洋环境条件下的深水油气开发 。 附图说明
图 1 是本发明四立柱平台折叠状态示意图
图 2是本发明四立柱平台折叠状态立柱连接方式 意图
图 3是图 2的局部放大图
图 4 是本发明浮箱结构的横截面示意图
图 5是本发明四立柱平台环形压载舱的结构示意
图 6是本发明四立柱平台展开安装后示意图
图 7是本发明四立柱平台八边形环形浮箱的结构 意图
图 8是本发明四立柱平台八边形环形压载舱的结 示意图
图 9a〜f是本发明平台海上安装时各阶段形态示意 图
图 10a〜d是本发明液压模锻连接变形过程示意图 本发明最佳实施方式 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描 述。
如图 1所示， 本发明平台包括一个方形的底部环形压载舱 1， 四根位 于环形压载舱 1上的小截面立柱 2 (仅以此为例， 并不限于此）， 一个与环 形压载舱 1形状相同或相近的中部环形浮箱 3， 四根位于环形浮箱 3上的 大截面立柱 4 (仅以此为例， 并不限于此） 和一个位于大截面立柱 4顶部 的上部钻机及油气处理模块 5。
如图 1〜图 3所示， 四根大截面立柱 4均匀布置于环形浮箱 3的四个 角点处， 且其下部与环形浮箱 3连为一体。 大截面立柱 4为圆柱、 方柱、 多边菱形柱或近圆柱壳体结构， 可有效减小波浪对平台的拖曳力。 每根大 截面立柱 4的侧面布置有螺旋形侧板 6， 以有效抑制海流所造成的平台涡 激运动。 每根大截面立柱 4轴向设置有一中央孔道 7， 中央孔道 7内下部 设置有一带凹槽的砧板连接结构 8。
如图 4所示， 环形浮箱 3为宽大箱形结构， 其尖角处倒圆角， 以减小 波浪的拖曳力。 环形浮箱 3内设置有两道中纵水密舱壁 9将其内部空间分 为三部分， 以保证环形浮箱 3受损后的结构冗余度， 确保平台安全。 两道 中纵水密舱壁 9之间的空间设人行通道 10，可使平台操作人员到达以便检 修。两道中纵水密舱壁 9外侧的空间被分为多个水密舱室 11， 可用做燃油 /淡水舱、 设备舱和可调压载水舱。
如图 2、 图 5所示， 与大截面立柱 4位置相对应， 四根小截面立柱 2 均匀布置于环形压载舱 1的四个角点处， 且其下部与环形压载舱 1连为一 体。 小截面立柱 2对应插入到大截面立柱 4的中央孔道 7中并穿出， 小截 面立柱 2通过楔块、 螺栓或插销 12与大截面立柱 4连接为一体， 此时平 台处于折叠状态。 小截面立柱 2顶部设置有倒圆锥结构 13。
环形压载舱 1采用永久固定压载方式， 舱内填充铁矿砂或其它重物， 以保证平台在任何时刻浮心高于重心， 从而使平台在服役期间保持较深的 吃水状态， 不仅实现了平台在海洋环境中的无条件稳定， 而且保证了平台 的稳性和耐波性满足使用要求。 环形压载舱 1的中间下部设置有与其连为 一体的垂荡板 14， 垂荡板 14中间开孔， 以使连通钻机及油气处理模块 5 的油气生产立管 /钻井立管从中穿过， 并可为立管提供横向支撑。
如图 6所示， 本发明采用多点锚泊定位方式定位， 每根大截面立柱 4 上均设置有一组系泊缆 15， 并采用传统锚固方式将系泊缆 15连接到海底 锚点。 系泊缆 15 可采用传统锚链方式、 锚链-缆-锚链组合方式或全尼龙 缆方式。 当平台需要移位时， 可采用传统方式将系泊缆 15 收起， 将平台 转运的其它地点就位， 可节约投资， 提高经济效益。
上述实施例中，环形压载舱 1和环形浮箱 3也可以采用正八边形结构， 小截面立柱 2和大截面立柱 4分别均匀布置于环形压载舱 1和环形浮箱 3 每边的中部（如图 7、 图 8所示）。 同样， 环形压载舱 1和环形浮箱 3也可 以采用正三边形或正六边形结构， 正三边形结构的环形压载舱 1和环形浮 箱 3上分别设置有三根小截面立柱 2和大截面立柱 4， 且小截面立柱 2和 大截面立柱 4位于环形压载舱 1和环形浮箱 3的角点处； 正六边形结构的 环形压载舱 1和环形浮箱 3上也分别设置有三根小截面立柱 2和大截面立 柱 4， 且小截面立柱 2和大截面立柱 4位于环形压载舱 1和环形浮箱 3每 边的中部。 正三边形、 正六边形、 正八边形平台的整体结构与方形平台的 结构相似， 故不再赘述。
上述实施例中， 在平台建造场地安装上部钻机及油气处理模块 5， 与 在海上安装钻机及油气处理模块 5相比， 安装成本大大降低。 同时， 钻机 及油气处理模块 5可以根据油田开发模式的不同， 选用现有技术中的常规 钻机和油气处理设施进行设备配置， 可大大降低本发明应用的技术风险。
本发明平台在建造场地建造完成后处于折叠状 态， 此时环形浮箱 3完 全置于环形压载舱 1上， 平台总体高度较低 （如图 1所示）。 本发明平台 的海上安装方法包括以下步骤：
1、 采用驳船干拖或自浮拖运方式将平台拖运至安 装地点， 在安装地 点卸载平台， 平台处于自由漂浮状态 （如图 9a、 图 9b所示）。
2、 随后环形压载舱 1部分压载， 平台整体下沉 （如图 9c所示）。
3、 当环形压载舱 1及其中压载水和小截面立柱 2 的重量大于环形压 载舱 1所受浮力时， 环形压载舱 1下沉， 小截面立柱 2从大截面立柱 4中 在受控状态下逐步下放， 环形压载舱 1依靠小截面立柱 2顶部的倒圆锥结 构 13悬挂于环形浮箱 3的下方，整个平台依靠环形浮箱 3和大截面立柱 4 提供的浮力漂浮在水中 （如图 9d、 9e所示）。
4、 使用平台自身吊机将液压模锻连接设备 16通过中央孔道 7放至小 截面立柱 2中与大截面立柱 4连接处， 进行液压模锻， 通过液压力使小截 面立柱 2与大截面立柱 4连接处的外壁板产生塑性变形， 将其挤入大截面 立柱 4下部连接处砧板连接结构 8的凹槽中， 使两部分结构全强度联接为 一个整体结构 （如图 9e所示）。 液压模锻连接变形过程可分为以下四个阶 段：
A阶段， 为初始阶段， 将液压模锻连接设备 16放入连接位置， 液压模 锻连接设备 16的上、 下密封环 17、 18将小截面立柱 2相应连接位置密封 为一密闭空间 19， 密闭空间 19充高压液体， 小截面立柱 2的外壁板开始 变形 （如图 10a所示）；
B阶段， 增大液体压力， 小截面立柱 2的外壁板开始塑性变形， 小截 面立柱的外壁板接触砧板连接结构 8的凹槽尖角 （如图 10b所示）；
C阶段， 增大液体压力， 小截面立柱 2的外壁板继续塑性变形， 小截 面立柱 2的外壁板接触砧板连接结构 8的凹槽底部 （如图 10c所示）；
D阶段， 增大液体压力， 小截面立柱 2的外壁板继续塑性变形， 除砧 板连接结构 8的凹槽底部尖角处， 小截面立柱 2的外壁板与大截面立柱 4 下部的砧板连接结构 8完全紧密接触， 连接为一体 （如图 10d所示）。
5、 完成小截面立柱 2与大截面立柱 4连接后， 超声波检査连接处安 装质量， 合格后环形压载舱 1压载至设计值， 安装锚泊系统和立管系统， 完成平台所有安装工作 （如图 9f所示）。
本发明仅以上述实施例进行说明， 各部件的结构、 设置位置、 及其连 接都是可以有所变化的， 在本发明技术方案的基础上， 凡根据本发明原理 对个别部件进行的改进和等同变换， 均不应排除在本发明的保护范围之 夕卜。
Next Patent: COMPOSITION CONTAINING IRIDOIDS AND USES THEREOF