水下储油罐的可行性研究及应用

水下储油罐的可行性研究及应用

摘要：为了降低原油存储装置的造价，提出了水下储油罐的方案及油气置换的储油方法，介绍了水下储油罐的结构、工艺并验证了其结构强度及稳定性满足要求；最后列举了水下储油罐在边际油田的应用及需深化研究部分。

关键词： 水下储油罐；油气置换；稳定性

Abstract: In order to decrease the cost of ocean oil storage，this paper purposed a new oil storage of underwater oil storage tank and oil/gas replacement method. The structure and technics of the underwater oil tank were discribed. The structure strength and stability is validated to meet the requirement.Finally, the application of underwater storage tanks in marginal oil fields and the research component is listed.

Key words: oil storage tank; oil/gas replacement; stability

目前油田开发中油气集输主要是利用具备油气处理及存储的浮式设施如FPSO及半潜式平台。浮式生产设施受到海上风浪的巨大作用力，无论是海上结构还是其系泊系统造价高昂，而且随着水深的增加，技术难度越来越高，设施造价急剧升高。但是海底储油由于储油系统位于水面以下，与火源、雷电隔离，降低了燃爆风险。在海况恶劣时，不必关井停产。

目前水下储油主要有两种形式：一种为倒盘形海底油罐平台，另一种带有防波墙的重力式平台，重力式平台海底设置混凝土海底油罐。重力式平台规模大、投资高，且储量变化引起地基应力变化大，不适用于边际油田。水下储油罐可以节省昂贵的平台建造费用，而且罐容不受限制，具备巨大的储油能力。

1 水下储油罐的工作原理

水下储油罐包括主罐体、进出油管路、进排气管路和进排水管路，还需要有一个装有高压氮气的储气罐。此装置利用油气置换，气体可以压缩的工作原理。

结构建造完成后利用浮力拖拉到工作地点，在罐体中注入海水，沉入水下。完成安装后，排出罐体中的海水并同时打开储气罐阀门，利用压力差罐体中就会达到充满氮气的状态；当进行储油时，依靠油压通过注油管路将原油注入罐内，氮气将逐步压缩到储气罐；当原油输出时，利用泵系统抽吸原油，氮气将自动充填空间。当需要移位时，在罐体内充满氮气可使储油罐体起浮。

图1-1 水下储油罐示意图

1. 主罐体 2.进油管路 3.出油管路 4.进排气管路 5.储气罐 6.进排水口

2水下储油罐的结构设计

2.1 结构设计

结构如图2-1所示，由储油筒、底座、连接结构及吸力桩四部分组成，设计罐容为2000方，结构总重约为875吨。储油筒由外壁、中壁、内壁三层组成，通过筋板进行连接，如图2-2所示。

图2-1 结构整体模型

图2-2 结构内部图

在结构在位后，对外壁及中壁间的夹层进行灌水泥浆处理，一是为了加强结构强度，二是为了抵抗浮力。

2.2 结构稳定性分析

针对结构在位时，罐内充满氮气或原油时的情况进行分析。（单位：KN）

表2-1结构荷载列表

罐内物质 结构重量 水泥浆重量 内胆中液体重量 环境荷载 浮力

氮气 8750 19960 0 6760 40700

满油 8750 19960 17000 6760 40700

表2-2 单桩承载力校核

极限承载力 最大承载力 安全系数（1.5）

抗压 38762 2235 17.34

抗拔 5113 3298 1.55

抗滑 7871 1127 6.98

从表2-2可以得出，结构的稳定性满足要求的。

2.3 结构强度分析

当筒内充满氮气时，储油罐受到水压时的工况为最危险工况，以此工况并进行建模校核。图2-3有限元模型，图2-4为边界条件及荷载，图2-5为应力示意图。从计算结果可以得出，结构强度满足要求。

图2-3 有限元模型图2-4 边界条件及荷载

图2-5 结构的应力示意图

3 水下储油罐的相关工艺

3.1 加热保温

如图3-1所示，结构分为6层（由外至内）：外壁-水泥浆-中壁-保温层-内壁-加热层；保温层拟采用聚安酯材料，加热层采用电阻丝加热或电伴热带加热。

图3-1 内部结构示意图

3.2 管线布置

储油罐内部管线如图3-2和3-3所示，排气口与氮气口均设置在罐顶部，进排水口设置在罐体最低点，而进/出油口均设置在两侧，每个舱室内均有单独的进出油管路，由一个总阀门控制。每个舱室均配有单独的氮气储罐。

图3-2内部管线剖面示意图

图3-3内部管线布置示意图

4 在边际油田的优势及应用

水下储油罐作为一种新的海洋储油装置有如下优势：

1）处于海底，所受环境力小，结构强度要求低；

2）可移动，可实现标准化；

3）处于水面以下，燃爆风险低。

水下储油罐的应用模式如图4-1所示，自升式井口平台采出油气后在平台上进行油气分析，然后将原油通过软管直接储存到水下储油罐。生产区设置单点系泊装置，原油外输软管接到该系泊装置上，穿梭油轮可停靠于此以实现原油转运。

图4-1自升式井口平台 +海底储油罐+系泊系统+穿梭油轮

储油罐的结构相对比较成熟，但管道、保温加热等工艺及监测系统仍需进一步的深化研究。

参考文献：

[1]余萍，冯玉华.水下储油方式[J].油气田地面工程，2007，26（3）：18-19

[2]徐松森.油水隔离置换水下储油技术探讨[J].航海工程，2008，37（4）：62-65

[3]丁忠军，徐松森等.水下储油保温监控系统研究.海洋工程，2009，27（1）：101-105

[4] 赵雅芝，全燮等.水下贮油技术——“油水置换”工艺模拟试验[J].中国海洋平台，1999（1）：18-21

[5] 姜宜辰.水下储油装置设计与优选[D].天津：天津大学研究生论文，2009

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。