一种带有储油功能的具有增大浮力的新型张力腿平台

技术领域

本发明涉及海洋石油平台技术领域，特别是涉及一种带有储油功能的具有增大浮力的新型张力腿平台。

背景技术

张力腿平台(Tension Leg Platform，简称TLP)是一种海洋油气开发工程设备，其设计原理是使平台半顺应半刚性。它通过自身的结构形式，产生远大于结构自重的浮力，浮力除了抵消平台自身重力之外，剩余浮力与张力腿上的预张力平衡，使张力腿始终处于受张拉绷紧状态。较大的张力腿预张力使平台在平面外的运动，即横摇、纵摇、垂荡较小，近似于刚性，而平面内的运动，即横荡、纵荡、艏摇表现为柔性。由于张力腿平台在各个自由度上的运动固有频率都远离常见的波浪能量集中频带，具有良好的耐波性能，自上世纪90年代首座TLP实施以来获得了很大的发展，现已成为海上油气田开发当中的一种重要的平台结构型式。

目前，张力腿平台按照其水下浮体结构形式的不同可以分为四类，其中，单立柱平台属于张力腿平台发展历程中的二代平台，其主要结构由上部组块、单立柱、水平浮箱及张力腿组成。单立柱穿过水面，上端通过支腿支撑上部组块结构，下端浮箱结构浸没在水中，为平台提供主要浮力。一般地，悬臂浮箱的截面为矩形且向末端逐渐缩小，这就严重制约了浮箱为平台所能提供的浮力大小，从而上部组块可变载荷重量也将受到限制，给平台服役海域适应性带来一定的制约。

我国东海海域蕴藏着丰富的石油天然气资源，广泛分布着众多小型边际油田，目前普遍采用传统的固定导管架生产平台和海底输送管道的开发模式，对油气田储量规模具有一定的局限性。此外，导管架平台一经安装就位，很难实现二次利用，平台使用重复率低，导致经济效益较差。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带有储油功能的具有增大浮力的新型张力腿平台，用于解决现有技术中上部组块可变荷载重量较低、浮力较小的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种带有储油功能的具有增大浮力的新型张力腿平台，包括上部组块、固定连接在上部组块下端的浮体、以及张力筋腱系统，所述浮体包括单立柱、数个均布安装在单立柱外周的浮箱、以及固定连接在各浮箱外端的末端柱体，所述单立柱与上部组块之间固定连接，所述浮箱中设置有若干个水密舱室，所述水密舱室包括储油舱、以及压载水舱，所述末端柱体与张力筋腱系统连接。

优选地，所述单立柱与上部组块之间通过若干个支腿固定连接。

优选地，所述张力筋腱系统包括张力筋腱抱紧器、以及穿设在张力筋腱抱紧器中的张力筋腱，所述张力筋腱抱紧器固定在末端柱体的外壁上。

优选地，所述单立柱为双壳圆柱体，包括内壳、外壳、以及固定设置在内壳和外壳之间的若干舱壁板。

优选地，所述舱壁板包括横向设置的水平舱壁板、以及竖向设置的竖向舱壁板，所述水平舱壁板与竖向舱壁板将内壳、和外壳之间的腔室均匀分舱，所述内壳、和外壳之间还安装有强弱框架结构。

优选地，所述浮箱为双层壁箱体，所述浮箱在相邻两个所述水密舱室之间设置有水密舱壁板，所述水密舱壁板与浮箱的浮箱内壁固定连接。

优选地，所述浮箱与单立柱之间还设置有肘板，所述浮箱的上表面从靠近单立柱内端向远离单立柱外端向下倾斜。

优选地，所述末端柱体的上表面为水平面、且与浮箱外端的上表面在同一水平高度。

优选地，所述末端柱体内部设置有若干个水密隔仓板，所述末端柱体内部还安装有强弱框架结构。

优选地，所述上部组块中设置有若干层甲板板，所述甲板板上设置有若干个井槽，所述单立柱设置在中间井槽的下方侧。

如上所述，本发明的带有储油功能的具有增大浮力的新型张力腿平台，具有以下有益效果：

本发明涉及的带有储油功能的具有增大浮力的新型张力腿平台，所述浮箱中设置有若干个水密舱室，若干个水密舱室用来储油以及储水，在油液外排同时增加储水，实现张力腿平台的浮力平衡，从而确保平台在生产作业期间时刻保持稳定性。所述浮箱端部还设置有末端柱体，所述末端柱体用来增大张力腿平台的浮力，同时末端柱体内部也用来储水，保证整个浮箱油水置换时的平衡。

附图说明

图1为本发明带有储油功能的具有增大浮力的新型张力腿平台的空间图；

图2为图1省略上部组块后的空间图；

图3为本发明中上部组块的空间图；

图4为图2省略支腿后的俯视图；

图5为图4中A-A的剖视图；

图6为图4中B-B的剖视图。

元件标号说明

1 单立柱；

101 外壳；

102 内壳；

103 支腿；

104 肘板；

2 浮箱；

3 末端柱体；

4 竖向舱壁板；

5 浮箱内壁；

501 水密舱室；

502 储油舱；

503 压载水舱；

6 水密舱壁板；

7 水密隔仓板；

8 张力筋腱抱紧器；

9 张力筋腱；

10 上部组块；

1001 井槽；

1002 甲板板。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种带有储油功能的具有增大浮力的新型张力腿平台，包括上部组块10、焊接在上部组块10下端的浮体、以及张力筋腱系统，浮体包括单立柱1、三个均布安装在单立柱1外周的浮箱2、以及一体连接在各浮箱2外端的末端柱体3，单立柱1与上部组块10焊接；如图2所示，每个浮箱2中设置有若干个水密舱室501，水密舱室501包括储油舱502、以及压载水舱503，末端柱体3与张力筋腱系统连接。

在本发明中，单立柱1外周设置有浮箱2，浮箱2与末端柱体3一体连接，浮箱2与末端柱体3共同为整个张力腿平台提供浮力，设置的末端柱体3增大了浮箱2的浮力；浮箱2中的水密舱室501包括储油舱502、以及压载水舱503，使得整个张力腿平台具有储油功能，同时油液在增加或减少的过程中，通过对压载水舱503中减少或增加水量，保证张力腿平台整体的稳定性。

本发明涉及的带有储油功能的具有增大浮力的新型张力腿平台，在浮箱2中设置有储油舱502，使得张力腿平台具有储油功能；通过设置有压载水舱503，使油液在增加或减少的过程中，保证张力腿平台的稳定性；通过浮箱2外端一体连接的末端柱体3，来增大张力腿平台的浮力，使得张力腿平台具有更大的载荷。

优选的，如图1、图2所示，单立柱1与上部组块10之间通过若干个支腿103固定连接。进一步的，在本实施例中，支腿103的数量为四个，支腿103顶部嵌入在上部组块10的底面内，支腿103底部嵌入在单立柱1上，实现支撑与传力。

优选的，如图1、图2所示，张力筋腱系统包括张力筋腱抱紧器8、以及穿设在张力筋腱抱紧器8中的张力筋腱9，张力筋腱抱紧器8焊接在末端柱体3的外壁上。进一步的，在本实施例中，张力筋腱抱紧器8设置在末端柱体3外壁下缘，优选为，张力筋腱抱紧器8的底面与末端柱体3的底面在同一水平高度。在本实施例中，每个末端柱体3外壁上的张力筋腱抱紧器8的数量为两个、且沿对应浮箱2中心轴线呈对称分布，两个张力筋腱抱紧器8之间的夹角为120°。张力筋腱9的顶端穿设在张力筋腱抱紧器8的顶面上，张力筋腱9的底端与海底基础连接，张力筋腱9用来固定末端柱体3，保证张力腿平台的稳定性。

优选的，如图3所示，上部组块10中设置有若干层甲板板1002，甲板板1002上设置有若干个井槽1001，单立柱1设置在中间井槽1001的正下方，单立柱1的中心轴贯穿中间井槽1001的中心。进一步的，在本实施例中，甲板板1002设置为三层，其中顶层为长方形结构、中间层和底层为正方形结构，甲板板1002上安装油气处理工艺设施及钻井设施。井槽1001数量为九个，设置在甲板板1002的正中间位置。

优选的，如图1、图2所示，单立柱1为双壳圆柱体，包括内壳102、外壳101、以及固定设置在内壳102和外壳101之间的若干舱壁板。进一步的，在本实施例中，四个支腿103的底部嵌入固定在外壳101的顶面上，外壳101的外径为四个支腿103对角线的长度，内壳102的外径为上部组块10中间井槽1001的最小外接圆直径，内壳102外径、外壳101外径比值为7:10，该比值是满足上部组块10负载的最小内外径比值；在其他实施例中，内壳102外径与外壳101外径的比值可以更大。

优选的，如图2所示，单立柱1的内壳102顶部延伸至支腿103顶部、两者平齐，用于保护隔水套管等避免受到波浪抨击载荷影响。如图4所示，舱壁板包括横向焊接的水平舱壁板(图中未画出)、以及竖向焊接的竖向舱壁板4，水平舱壁板与竖向舱壁板4将内壳102、和外壳101之间的腔室均匀分舱，内壳102、和外壳101之间还安装有强弱框架结构。进一步的，在本实施例中，水平舱壁板为五道，竖向舱壁板4为四道，均匀分舱的空间可以用来存放设备以及其他设施；强弱框架结构主要由水平加强环、加强筋、以及垂向纵骨组成，用来加固内壳102和外壳101。

优选的，如图1、图4所示，浮箱2为双层壁箱体，浮箱2在相邻两个水密舱室501之间设置有水密舱壁板6，水密舱壁板6与浮箱2的浮箱内壁5焊接。在本实施例中，浮箱2为三个，均匀焊接在单立柱1的外壁上，连接处的板厚增加30％-60％，加大焊接强度，保证浮箱2与单立柱1不脱离。相邻浮箱2之间的角度为120°，浮箱2的下表面与单立柱1底面在同一水平面内。在本实施例中，水密舱壁板6为四个将浮箱2分为五个水密舱室501，水密舱室501包括三个储油舱502、以及两个压载水舱503，储油舱502为靠近单立柱1外壁的三个水密舱室501，压载水舱503为靠近末端柱体3的两个水密舱室501，输油管系与泵系统布置在浮箱2的双层壁内，当张力腿平台处于储油状态时，通过泵系统外排压载水；当张力腿平台卸油时，往压载水舱503内注入海水，从而通过油水置换方式保证张力腿平台始终处于安全稳定状态。当储油量达到限定液位时通过穿梭油轮外输。

优选的，如图1、图4所示，浮箱2与单立柱1之间还设置有肘板104，浮箱2的上表面从靠近单立柱1内端向远离单立柱1外端向下倾斜。进一步的，在本实施例中，肘板104的数量为三个，用来缓解应力集中现象。浮箱2上表面的斜度比为1:8，能有效改善水下流体线型，减小浮箱2悬臂梁弯矩，减小过渡区域应力集中。

优选的，如图4和图6所示，在本实施例中，浮箱2与单立柱1连接处的截面为矩形，矩形的长宽比为9:14；如图4和图5所示，浮箱2与末端柱体3连接处的截面为正方形，正方形的长宽比为1:1；上述比值在满足浮箱2上表面为一倾斜平面的条件下，能增大浮箱2体积，增大张力腿平台的整体浮力。在其他实施例中，浮箱2的截面比值也可为其他值。

优选的，如图1、图2、图4所示，末端柱体3的上表面为水平面、且与浮箱2外端的上表面在同一水平高度。进一步的，在本实施例中，末端柱体3与浮箱2末端一体化连接，末端柱体3的外表面结构均由浮箱2平滑过渡。末端柱体3的高为浮箱2矩形截面的高，末端柱体3与浮箱2连接的弦长为浮箱2矩形截面的宽，末端柱体3的截面图为大割圆。末端柱体3与浮箱2连接处的板厚增加30％-60％。

优选的，如图1、图2、图4所示，末端柱体3内部设置有若干个水密隔仓板7，末端柱体3内部还安装有强弱框架结构。进一步的，在本实施例中，水密隔仓板7为四块垂直的板，水密隔仓板7将末端柱体3的内部进行均匀分舱。强弱框架结构由水平加强环、加强筋、以及垂向纵骨组成，用来提供必要的结构强度。末端柱体3也具有压载水舱503的功能。

优选的，在本实施例中，浮箱2高度与单立柱1高度的比值为7:18，单立柱1高度与浮箱2长度的比值为9:10，上述数值制定的依据为根据目标油田储量规模，综合考虑张力腿平台储油量、压载量、外输周期，结合张力腿平台储备浮力大小等参数，综合设定的一个比值。在其他实施例中，浮箱2高度与单立柱1高度的比值、单立柱1高度与浮箱2长度的比值可以为其他数值。

本发明涉及的带有储油功能的具有增大浮力的新型张力腿平台，在使用过程时，将油气田开发的各种钻井设施、工艺设施、机械设施、生活设施等放置在上部组块10的甲板板1002上，开采的石油可以临时放置在浮箱2内的储油舱502中，当张力腿平台储油状态时，通过管路泵系统外排压载水，当张力腿平台处于卸油状态时，往压载水舱503中注入海水，通过油水置换的方式保证张力腿平台生产作业始终处于稳定状态。储油量达到限定液位时通过穿梭油轮外输。末端柱体3一方面提供远大于平台重量的浮力，剩余浮力用于平衡张力腿的预张力，另一方面末端柱体3还可以作为压载水舱503，提供压载水的储存空间，保证张力腿平台生产作业的安全与可靠性。

本发明涉及的带有储油功能的具有增大浮力的新型张力腿平台具有以下有益效果：

1、浮箱2以及末端柱体3的设计可以有效增加张力腿平台浮力，提高张力腿平台的作业稳定性，既保障了张力腿平台的在位性能又改善了自浮稳性，从而有效提高张力腿平台生产作业的安全与可靠性；

2、本发明增加浮力有利于提高上部组块10的可变载荷，对张力腿平台服役海域适应性有所提高，有效改善海域油气田开发综合经济效益；

3、末端柱体3采用圆柱体的结构设计，其水动力性能、结构强度、受力、单位钢材提供浮力比等方面性能都较其他结构形式更优；

4、通过浮箱2内进行合理分舱，采用油水置换方式实现张力腿平台的储油功能，可以有效解决小型边际油气田开发效益低下的问题，当储油量达到限定液位时，定期通过穿梭油轮外输。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。