（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）水下储油装置设计与优选.pdf

摘要 为了适应海洋石油开发的需要，寻找新的开发技术与开发模式，本文提出了 由海底井口、储油装置、小型浮式系泊装置以及穿梭油轮组成的水下储油开采模 式。海底井口将生产的原油直接储存到水下储油装置中，通过小型浮式系泊装置 将原油输送到海面，再由穿梭油轮实现原油转运。 水下储油的优点是能够避开风浪的冲击，在天气恶劣的情况下，油井可以继 续生产：海水能够保护油罐不因失火、雷电而发生危险。水下储罐有多种方式， 其中油水置换方式经济高效。但在油水置换过程中会有少量原油随水排放到海水 中，累积造成环境污染。如果采取措施避免油水直接接触，污染问题可迎刃而解。 为此，本文提出了油水隔层的新设计，介于油水之间，避免油水接触。既保留了 油水置换储油的主要优点，又避免了环境污染等缺点。 根据水下储油开采模式的设计以及油水隔层的使用要求，本文中设计了三种 不同型式储量为2 0 0 0 0 方的储油装置，其外形分别为规整立方体，细长立方体， 圆柱体。同时，选用了三种海域环境条件，分别为4 0 米、1 0 0 米、1 0 0 0 米水深 海域环境。将三种不同形式储油装置在每一种环境下进行整体性能计算，并对比 结果，最终选择每种条件下的最优型式。此外，根据胜利海域环境条件，设计了 一种储量为1 0 0 0 方的储油装置，主要用于前期实验，为此种新型水下储油开采 模式的可行性进行验证。 参照结构设计与优选结果，建立了三种储油装置的有限元模型，进行整体结 构的静力分析及强度校核。校核过程中，按照实际工作情况，考虑了满油工况、 满水工况以及吊装工况。依据三种工况下载荷组合进行加载，求解，提取数据， 得到结构各构件的有效应力。最后，根据屈服强度校核方法进行结构强度校核。 通过上述工作验证，四种水下储油装置既满足规范关于完整稳性与坐底稳性 的性能要求，又满足规范关于结构强度的要求，同时满足水下储油开发模式与油 水隔层的使用要求，验证了此种水下储油开发模式的可行性。综上，本论文为我 国海洋石油开发提供了一种全新的开发模式。 关键词：水下储油油水置换储油装置储油罐油水隔层 a b s t r a c t i no r d e rt oa d a p tt ot h en e e d so fo f f s h o r eo i ld e v e l o p m e n t ，t h i sp a p e rp u r p o s e da n e wo i le x p l o r a t i o nm o d e l ，c a l l e ds e a - b a s e do i ls t o r a g ee x p l o r a t i o nm o d e l ，w h i c hi s c o m p o s e db ys e a b e dw e l l h e a d ，o i ls t o r a g et a n k , s i n g l ep o i n tm o o d n ga n d o i lt a n k e r w e l l h e a dp u m p so i li n t os t o r a g et a n k w h e nt h et a n ki sf u l lo fo i l ，s h u t t l et a n k e rw i l l p u m po i lo u t ，a n dt r a n s p o r ti tt ot h el a n d a ss t o r a g et a n kw o r k so nt h es e ab o t t o m ，i ti sh a r d l ye f f e c t e db yt h ew e a t h e r ， i n c l u d i n gw i n d ，w a v ea n dl i g h t n i n g a m o n gm a n yk i n d so fu n d e r w a t e ro i lt a n k , t h e o i l w a t e rr e p l a c e m e n tt e c h n o l o g yi sw i d e l yu s e db e c a u s eo fi t se c o n o m y b u ti t i s l i k e l yt or e s u l t i ne n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na f t e rl o n gt i m ew o r k , b e c a u s et h eo i la n d t h ew a t e rd i r e c t l yc o n t a c tw i t he a c ho t h e r i ft h eo i li si s o l a t e dw i t hw a t e r ，t h ep r o b l e m w i l lb es o l v e d t h e r e f o r eav e r yd u r a b l ei n t e r l a y e rb e t w e e nw a t e ra n do i li sd e s i g n e d i nt h i sp a p e rt os e p a r a t et h e m a c c o r d i n g l yo i l w a t e rr e p l a c e m e n tt e c h n o l o g yc a nb e s a f e l yu s e dw i t h o u tp o l l u t i n ge n v i r o n m e n t b a s e do nt h eu s er e q u i r e m e n to fs e a b a s e do i ls t o r a g ee x p l o r a t i o nm o d e la n do i l i n t e r l a y e r , t h r e ed i f f e r e n tt y p e so f o i lt a n k sa r ed e s i g n e d t h e i rs h a p ea r er e g u l a rc u b e ， e l o n g a t e dc u b ea n dc y l i n d e rr e s p e c t i v e l y c o m p a r i n g t h e i ro v e r a l lp e r f o r m a n c eu n d e r t h r e es e l e c t e de n v i r o n m e n tc o n d i t i o n s ，s e l e c tt h em o s ts u i t a b l e t a n kf o re a c h e n v i r o n m e n t i na d d t i o n ，t ov e r i f yt h en e wm o d e l sr i s i b i l i t y ，a10 0 0m s m a l lt a n ki s d e s i g n e da n dp l a n e dt ob eb u i l ta n di n s t a l l e di ns h e n g l io i lf i e l df i r s t l y a c o r d i n gt ot h es e l e c t i o nr e s u l t s ，b u i l dt h r e ek i n d so ff e mm o d e li n o r d e rt o c h e c kt h es t r u c t u r es t r e s s b a s e do nt h ef u l lo i lc o n d i t i o n ，f u l lw a t e rc o n d i t i o na n d h a n g i n gc o n d i t i o n ，a n dt h ef e m m o d e l sa r el o a d e d ，a n ds o l v e d u s i n gt h ec a l c u l a t i o n r e s u l t s ，t h es t r u c t u r e ss t a c t i cs t r e s si sc h e c k , a c c o r d i n gt oy i e l ds t r e n g t hc h e c k i n g m e t h o d r e s u l t i n gf r o mt h ea b o v ew o r k s ，f o u ru n d e r w a t e ro i lt a n k sm e e t t h es p e c i f i c a t i o n o ns t a t i cs t r e s s i n t a c ts t a b i l i t ya n db o t t o ms t a b i l i t y a tt h es a m et i m e ，t h e yc a nm e e t t h eu s er e q u i r e m e n to f t h en e wo i le x p l o r a t i o nm o d e la n dt h eo i li n t e r l a y e r i nc o n c l u s i o n t h i sp a p e rp r o v i d e sat o t a l l yn e wo i le x p l o r a t i o nm o d e lf o rt h e o f f s h o r eo i ld e v e l o p m e n t 1 刚w o r d s ：u n d e r w a t e ro i ls t o r a g e ，o i l w a t e rr e p l a c e m e n t ，o i ls t o r a g e e q u i p m e n t ，o i ls t o r a g et a n k ，o i li n t e r l a y e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丕鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：盏漾 签字日期：刎 年6 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 日 学位论文作者签名： 签字日期：谛6 月s 日 导师签名： 签字日期：h 叩年6 月 天津大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出及研究意义 1 1 1 水下储油开采模式的提出及意义 随着海洋石油事业的开展，适用性、综合化和简单化的石油开发模式的新趋 势，为此，本文提出水下储油开采模式。目前，海上储油主要分为水上、水面和 水下储油3 种模式【1 1 。其中，水上储油与水面储油两种模式比较常见。水上储油 与水面储油更容易控制，并且技术更加成熟。但是，水上储油会导致采油平台上 部重量大，平台结构、环境载荷及地基受力相应增大，平台造价非常高；对于水 面储油来说，浮式生产系统储油量通常在5 1 0 4 方以上，受外部风浪、冰等影 响很大，且关键技术依赖国外，主要设备需要进口【引。在一些小型油田，这两种 开发模式的经济性较差。有的油田，甚至得不到开发。 而水下储油的优点是能够避开风浪的冲击，在恶劣的天气情况下，油井依然 可以继续生产；油罐上面的海水能够保护油罐不因失火、雷电而发生危险。特别 是油罐在约1 8 0m 以下的海底，波浪对其作用力几乎不再存在，更不受冰载荷的 影响 3 - 6 。目前水下油罐式平台主要有2 种形式【7 j ，一种为倒盘形海底油罐平台。 如图1 1 所示，其底部是圆柱形，上部建有操作平台，平台上安装有输油泵和管 路等生产设备。另一种是带有防波墙的重力式平台，重力式平台底部设置混凝土 海底油罐，如图1 1 所示。 左图为倒盘形海底油罐；右图为混凝土重力式储油平台 图1 1 两种海底储油罐 l 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 这两种海底油罐具有各自优点，但它们的共同缺点是不能实现快速转移，转 移过程中需要大量人力物力以及时问。同时，工作水深受到限制，如果用于水渫 较大海域，整个平台需要使用大量的钢材与混凝土，使其在石油开采中的经济性 大幅下降。 因此需要寻找新的开发技术与开发模式。摆在我国面前的任务是学习国外 先进经验的同时，研究和探索适台我国国情，简化现有开发工程系统和模式，以 降低工程投资，提高油田的经济效益。 针对以上问题本文提出水r 储油开采模式，如图1 2 所示。水下储油开采 模式是将海底井口生产的原油直接储存到水下储油装置中，通过系泊装置将棘_ i | j 输送到水面，再通过穿梭油轮实现原油的转运。水下储油装置内采用油水置换技 术，使结构不需要承受海底的水头压力，因此此种开采模式同样适用于深海石 油开发。 图i 2 水f 储油扦采横式 综上，与水面和水上储油模式相比，水下储油模式受冰力、波浪力作用非常 小结构强度要求低，用钢量减少，造价可大幅降低。同时，因受波浪影响非常 小，避免了生产期间避风停产。与倒盘形海底油罐和混凝土重力式储油平台相比， 可以实现快速转移，并且可以应用于深海。同时这种水下储油模式属于自主研 发，具有知识产权，无需高昂的技术引用费用。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 2 油水隔层的提出及意义 水下储罐有多种方式，其中油水置换方式经济高效。常规油水置换储油技术 基于油水不相溶，油密度低于水，自然形成明显的油水界面原理，但仍会有少量 原油在油水置换过程中随水排放到周围海水中，累积造成环境污染。随之产生的 污染问题及高凝原油保温问题严重制约了油水置换技术的应用【2 】。如果采取措施 避免油水直接接触，污染问题可迎刃而解。为此，本文提出了油水隔层的新设计， 既保留了油水置换储油的主要优点，又避免了环境污染等缺点。 油水隔层在储油装置中，如图1 3 所示，隔开原油和海水，可以上下浮动， 以满足储油装置中油量的变化。这样，储油装置内部与外部联通，进而不需要承 受海底的巨大压强。进一步降低了对结构强度的要求，从而减少用钢量，大幅降 低造价。同时，油水隔层使这种开采模式基本上不受水深限制，建造费用不会随 水深增加急剧升高，适于在我国南海油田中应用。 图1 - 3 油水隔层与受力情况示意图 1 2 国内外研究现状及发展 在国内外研究现状中，分别对水下储油与油水置换技术作了的阐述。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 1 水下储油国内外研究现状及发展 目前，水下储罐主要包括以下七种形式【9 1 。 ( 1 ) 带环形底盘的储罐。此种水下储油方式于1 9 6 7 年首次建于墨西哥湾。 储罐底部是环形底盘，称为下部油罐。环形底盘上有三根斜支柱，用于支撑伸出 海面的上部罐体。环形油罐靠开口沉箱固定于砂质海底。油罐搁置在水深约4 0r n 的海底，储油容积为3 6 5 6m 3 。 ( 2 ) 倒盘形储罐。此种水下储油方式于19 6 9 年首次建于波斯湾迪拜近海。 储罐由内、外两罐组成。内罐呈瓶状，外罐下面圆筒体周边有混凝土凸缘，有锚 栓穿过将储罐锚固于海底；外罐圆简体上面为球面壳体，与内罐下圆筒的上缘衔 接。外罐底部开口。内外罐底缘用多根辐射状钢管连接，以增强储罐刚性。油罐 露出海面的圆筒部分可用于系泊油轮，也可作建造海上操作平台的支柱。油罐搁 置在水深约4 9m 的海底，总容积为8 0 0 0 0m 3 。 ( 3 ) 双圆筒混凝土水下油罐。油罐采用预应力钢筋混凝土建造，两卧式圆筒 体有共同的分界壁，每个壳体又被一些横向壁板分隔成几个舱室，以防油罐向海 底下沉时罐内水面过分晃动。油罐放置于海底，当需要加大容积时，可将几个油 罐平行排列，靠输油管相互连接。油罐搁置在水深约4 8m 的海底，总容积为 3 2 0 0 0 m 3 。 ( 4 ) 带防波墙的立式钢筋混凝土水下储罐。1 9 7 3 年首次建于北海埃柯菲斯克 油田。油罐底面呈皱纹形，以增加同海底的摩擦力。罐体被“井”字形隔墙分隔 为9 个相互连通的舱，四周围绕着沉箱式多孔防波墙。储罐顶盖高于防波墙。多 孔防波墙用于保护储罐免遭风浪冲击而破坏。储罐为预应力混凝土结构，始终充 满水或油，重力大，稳定性好，不需桩栓固定。油罐建于水深约7 0m 的海底， 总容积为1 5 8 0 0 0m 3 。 ( 5 ) 椭球抛物面形、钟形水下混凝土油罐。油罐罐体用预应力钢筋混凝土建 造，无底，油罐直接置于海底。1 9 6 9 年美国公布了水下椭球抛物面形混凝土油 罐专利。油罐壁周面为椭球形，有轻便顶盖，全罐形成无底的椭球抛物面。罐内 建有横向和纵向隔壁舱用于支撑顶盖，将全罐分为几个相互连通的舱室。油罐总 容积为4 7 7 0 0m 。1 9 7 0 年法国在比斯开湾建成无底钟形预应力钢筋混凝土油罐， 分为多个相互连通的径向隔舱，隔舱壁的环肋对罐体起加固作用。油罐建于水深 约1 0 0m 的海底，总容积为8 0 0 0 0r n 3 。 ( 6 ) 带浮顶的立式圆柱形海中储罐。此类油罐已在日本应用。利用地上浮顶 油罐和储油原理，在浅海区建造无底立式浮顶油罐，采用油水置换法收发油。油 罐容积可达几十万立方米。 4 天津大学硕士学位论文第一章绪论 ( 7 ) 水下软体油罐。1 9 3 5 年由前苏联波罗金斯基提出研制水下储存液体的软 体容器的设想。进入上世纪5 0 年代后，瑞典科学家设计出几种“c a c e k ”型软 体油罐。6 0 年代初，美国海军在墨西哥湾成功研制了容量为1 9 0m 3 的软体油罐。 软体油罐的壳体为涂以合成橡胶的两层尼龙纤维复合物结构。此类油罐分为带球 状底部的圆筒形、枕头形和枕座形三种形式。油品在罐外海水压力作用下被压送 到水面之上，装油时则需要泵送。对于容量较小的软体油罐可用重物做锚，将油 罐反吊于水底，对于容量较大的软体油罐可用网状条带将它固定后置于水底的框 架上。 我国在水下储油工艺方面做了大量的研究工作，积累了丰富的经验，为发展 水下储油技术奠定了良好的基础。现在国内水下储油方式主要还是应用在海洋油 田生产开发的过程中，但是也有少量的水下油库采用了这一技术，比如说地处上 海嘉定区的蕴西油库。在近海地带，水下储油方式还可以同地下储油方式相结合， 这一技术极具发展前景。国外有大量水下储油方面的应用实例，采用的水下储油 装置也多种多样，有很大的借鉴价值。另外我国一万多公里的海岸线，具有天然 的水文地质条件，当然内陆也具备类似条件，为水下储油方式的发展提供了广阔 的发展空间。当前油田开发正在向深海、远海发展，采用水下储油技术在一定程 度上可以简化石油开发系统。 1 2 2 油水置换国内外研究现状及发展 油水置换在水下储油技术中是一项关键性工艺。它与常规储油工艺最大区别 是油水直接接触，在油与水之间自然形成一个油水分界面。在泵进、抽出储油过 程中，油水界面会上下移动，不断调整储油装置中油的体积，采用油水置换工艺 必须确保置换过程中油水界面不产生乳化。1 9 6 0 年，在墨西哥湾( 水深7 6m ) 建造第一座沉箱式水下原油储罐( 容积为3 1 8 0m 3 ，3 4m 2 8m 3 3m ) 。此项 目中，对油水置换过程中油水界面乳化问题进行了模型试验研究【3 j 。为防止油水 界面乳化，平均装油速度采用了3 1 8m 3 h ，油水界面移动速度为0 3 3m h 。储罐 装满油时，沉箱底部保持有0 6m 高的海水，以防止原油进入海水立管。 1 9 6 9 年1 2 月在中东波斯湾法特油田投产的迪拜水下原油储罐，利用油水重 度差和油水置换的原理，采用了水封无底结构的罐体。该罐体形状如倒置的漏斗， 直径8 2 4m ，高6 1m ，容积8 0 0 0 0m 3 ，设置在距岸5 2m i l e ，水深4 7m 处。由 于该罐的成功使用，后来继续建造了两座同样的储罐，组成了一个油罐群【1 0 1 。在 设计时，由于这类油罐是无底的，一是担心由于波浪作用破坏油水界面而产生乳 化；二是担心油和水直接接触，原油粘附盐份，增加原油的含盐量。因此，对上 述两个问题进行了油水界面升降和界面粘附盐份的试验。 天律大学硕士学位论文 第一章绪论 我国自海上打出第一口油井小久。就力图开发应用水下储油技术，因为我国 生产的原油大部份凝固点高，需加热储存。但高凝原油能否做到水下存储，尚存 在两个待确定的问题水下油罐原油的热量是否会因大部份传递给置换海水 而使设施耗费巨大的热能。置换出的海水是否需要处理才能向外排放。 上述问题成了我国采用水下储油技术和多功能泥凝土平台的主要障碍。1 9 7 2 年华北海洋石油勘探指挥部( 渤海石油公司) 立了水下储油研究小组，着手这方 面的探索工作。1 9 8 3 年国家把混凝土钻、采、储多功能平台的研制课题列为“六 五”科技攻关项日。 1 9 8 7 年南海两部石油公司在涸1 1 - 4 油出开发可行性研究中，为迅速把我国 的科技成果转变为生产力，提出了采用水下储油方式改装南海号的方案，为给 改装设计和工程应用提供可靠依据，海洋石油工程没计公司在湛江进行油水置换 工业性试验。经过1 9 8 7 年夏天及1 9 8 8 年冬季两阶段的试验研究，进一步验证了 叮行性研究所揭示的油水界而传热和传质规律是正确的，并加深r 对其规律的认 识，给工程设计及应用提供了科学依据，技术关键，主要参数计算方法及操作控 制范围。为满足开发边际小油田钻井船沉垫贮油的要求，拓宽这一技术的应用范 围t1 9 9 卜1 9 9 8 年对古水原油进行了“油水置换”工艺的模拟试验，提出水下 油罐贮含水原油的可行性1 1 “。2 0 0 8 年，胜利石油管理局钻井工艺研究院提出油 水隔离置换的水下储油设计口】。该设计采取措施避免油水直接接触，解决了油水 直接接触造成的污染问题。同时，提出油水柔性隔离置换水下储罐方案。 1 3 本文研究内容 根据国内外水下储油以及油水置换技术的现状与发展，本文提出了水下储油 开采模式与油水隔层，并设汁了三种不同型式储量为2 0 0 0 0 方的储油装置和一种 储量为1 0 0 0 方储油装置，2 0 0 0 0 方储油装置如图l _ 4 所示，其外形分别为规整立 方体，细长立方体，圆柱体。1 0 0 0 方储油娃置如图i 一5 所示，外形为立方体结构， 主要用于前期实验，验证此种新型水f 储油装置的叮行性。 园 图i 4 三种2 0 0 0 0 方储油装置 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 图1 51 0 0 0 方储油装置 选用的三种海域环境条件，分别为4 0 米水深海域环境条件，1 0 0 米水深海 域环境条什，以及1 0 0 0 米水深海域环境条件。在每一种环境条什下，计算了三 种2 0 0 0 0 方储油装置的整体性能，并对结构型式的进行了优选。此外，参照胜利 油田环境条件，对1 0 0 0 方储油装置的进行设计，井计算了其整体性能。 图1 - 6 优选方式围 根据优选结果，建立了三种储油装置的有限元模型，进行整体结构的静力分 析及强度校核。校核过程中，按照实际工作情况，考虑了满油工况、满水工况以 及吊装工况。依据三种工况下载荷组合进行加载，求解，提取数据，得到结构各 构件的有效应力。最后，按照屈服强度校核方法进行强度校核。 天津大学硕士学位论文 第二章水下储油开采模式及储油装置设计 第二章水下储油开采模式及储油装置设计 本章中，介绍了水下储油开发模式，储油装置的工作原理，和隔油层的设计。 同时，详细设计了三种不同型式储量为2 0 0 0 0 方的储油装置和一种储量为1 0 0 0 方储油装置。其中，2 0 0 0 0 方储油装置外形分别为规整立方体，细长立方体，圆 柱体。1 0 0 0 方储油装置外形为立方体。 2 1 水下储油开采模式设计 水下储油模式主要由海底井口、储油装置、小型浮式系泊装置以及穿梭油轮 组成，如图2 1 。海底井口将生产的原油直接储存到水下储油装置中，通过小型 浮式系泊装置将原油输送到海面，再由穿梭油轮实现原油转运。 点。 图2 1 水下储油模式 海上安装过程，如图2 2 所示，具体施工步骤如下： ( 1 ) 储油装置在陆地建造完毕之后，通过大型半潜驳将其运到海上安装地 ( 2 ) 运到海上安装地点后，将吊缆连接在储油装置上，半潜驳下沉。 ( 3 ) 下沉到一定位置后，储油装置依靠自身浮力漂浮，然后驳船离开。 8 无律大学硕士学位论文第二章水下储油丌采模式度储油装胃设计 ( 4 ) 向储油装置的空气舱内注水，储油装置会因为浮力减少缓慢下沉。 ( 5 ) 当储油装置的浮力小于重力时吊缆拉紧，然后通过吊机将储油装置 r 沉覃海底。 ( 6 ) 储油装置在海底稳定后，根据不同水深，进行压载物压载。最后，连 接管线进行生产。 ( 7 ) 当储油装置需要辽移到另处工作地点时，首先用吊机提起所有的压 载物，再吊起储油装置放在驳船h ，最后通过驳船运到f 一个工作海域，完成储 油装置的重复利用。 圈22 a 海上安装过程 2 2 储油装置工作原理 目2 - 2 b 海上安装过程 水下储油装置包括储罐主体、储油内胆( 油水隔层) 、进排水口、注油管路、 出油管路、充气管路、含油污水抽吸软管见图2 - 3 。油水隔层边缘l 刮定于储罐 主体边壁中部进排水口在储罐主体油水隔层下侧，注油管路、出油管路、充气 管路、舍油污水柔性吸管安装在储罐卞体上油水隔层上侧。 盔堡丕兰堡主! ! ! 堂苎 里三兰查! 堡堂茎墨垡些墨堕些薹墨堡韭 2 3 油水隔层设计 罐主体2 - 油水隔层3 进排水口4 注油管路 5 一出油管路6 - 充气管路：7 污水吸管 陌2 - 3 储油装罱结构拼意幽 储油装置中首次使用丁油水隔层，其主要由三种构件组成：隔油膜，隔油板 和隔油克层。如图2 - 4 所示，黄色平板为隔油板，红色窄板为隔油夹层，半透叫 曲面为隔油膜，隔油膜由柔软水密耐油、耐热材料制成。隔油板的使用，可以降 低隔油膜的使用面积，进而降低了建造成本。同时，可以很好的控制隔油膜的运 动。 罔2 4 隔油膜、隔油夹层、隔油扳布冠 天津大学硕士学位论文第二章水下储油开采模式及储油装置设计 2 4 细长立方体储油装置结构设计 2 4 1 储油装置整体尺寸 ( 1 ) 储油装置设计储量：2 0 0 0 0m 3 。 ( 2 ) 储油装置型式：双壳体结构，有底，外形为立方体，具体型式如图2 - 5 。 图2 - 5 细长立方体储油装置整体效果图 ( 3 ) 储油装置外形尺寸：长宽高= l11 4m 2 7 4m l1 4m ； ( 4 ) 储油舱尺寸：长宽高= 1 0 9 0m 2 5 0m x 9 0m ； ( 5 ) 储油舱舱顶与舱底的四边设置2m 倒角，倒角后储油舱实际舱容为 2 0 4 5 4m 3 ： ( 6 ) 结构采用纵骨架式结构，内设三个舱室，每个舱室长3 6 m ，舱室划分 如图2 6 a 。 天津大学砚士学位论文 第二章水下储油开采模式及储油装氍设计 图2 巧a 储油舱的舱审划分示意圈 舱壁由一组立卡丰组成，如图2 6 b 所示而未来片i 板粱结构作为舱壁，主要 原因： “允许原油从立柱问通过”，满足储油装置的1 作要求。 如果采用板粱结构舱壁，需要在舱壁上设置肋板，容易对隔油膜造成破 坏；采用立柱相对与板梁结构对隔油膜更安全。 圈2 - 6 b 舱壁立柱示愈陶 无津太学硕士学位论文第二章水下储油开聚模式及储浦装置设计 2 4 2 构件布置 储油装置采用般壳体结构，双壳体内部设置水密舱壁、纵桁、横粱、纵骨。 水密舱壁间距为6 m ，纵桁间距为2 m ，横架间距2 m ，纵向目材问距为05 m ，构件的整体布置效果如图2 - 7 a ，主甲板构什的具体布置如图2 7 b ，主甲板 双壳体顶板与底板之间间距取为i2m ，舷侧构件的具体布置如图2 7 c ，舷倒烈 壳体外板与内板之间间距取为l2m 。 罔2 - 7 a 构件整体布置圈 实线为水管舱壁，2 一单点划线为纵桁3 一取点划线为横粱卜虚线为纵骨 】一实线为水密舱壁：2 - - 单点划线为纵桁：3 一取点划线为横架4 一虚线为纵召 图2 7 c 舷侧构件和置国 1 3 天津大学硕士学位论文第二章水下储油开采模式及储油装置设计 2 4 3 构件尺寸设置 构件尺寸的选取主要参照中国船级社钢质海船入级规范( 2 0 0 6 ) 与中 国船级社海上移动平台入级与建造规范( 2 0 0 5 ) 中的有关规定。纵骨选用l 型钢，横梁选用t 型钢，舷侧肋骨选用l 型钢，强肋骨选用t 型钢。所有构件 的钢材型号均选用d 3 2 ，屈服强度为3 1 5m p a 。构件类型、尺寸以及钢号的具体 选取结果如表2 1 。 表2 - 1 构件尺寸选取 构件构件类型构件尺寸( m m ) 钢材型号 甲板板板 t = 1 0d 3 2 主 田 甲板纵骨l 型钢 l = 1 6 0 x1 0 0 x1 4d 3 2 板 甲板横梁 t 型钢t = 1 4 x 1 2 5 1 6 x 2 5 0 d 3 2 底板板 板t = 1 0d 3 2 底 板 底板纵骨l 型钢 l = 1 6 0 x 1 0 0 x 1 4d 3 2 底板横梁t 型钢 t - 1 4 x 1 2 5 1 6 x 2 5 0d 3 2 板材板 t = 1 0d 3 2 左右舷侧艏 舷侧肋骨 l 型钢l - - - 1 6 0 x 1 0 0 x 1 4d 3 2 艉封板 强肋骨t 型钢 t = i6 x 2 4 0 16 x 4 8 0d 3 2 立柱圆管圆管 d x t = 5 0 0 x1 0d 3 2 2 4 4 重量重心计算 按照以上设计，细长立方体储油装置总用钢量为：3 7 5 0t 。 其重心距底板高度为：5 7 0m 。 1 4 天津大学硕士学位论文 第二章水下储油开采模式及储油装置设讨 2 5 规整立方体储油装置结构设计 2 5 1 储油装置整体尺寸 ( 1 ) 储油装置原油设计储量：2 0 0 0 0m 3 。 ( 2 ) 储油装置型式类型：双壳体结构，无底，外形为立方体如图2 - 8 a 。 ( 3 ) 储油装置尺寸：长宽高= 3 84 1 1 1 3 84 m 1 8 a m ； ( 4 ) 储油舱尺寸：长宽高= 3 60 m 3 6 0 m 1 60 m ： ( s ) 储油舱舱顶与舱底的四边设簧2m 倒角，倒角后储油舱实际舱容为 2 0 4 4 41 3 1 3 。 罔2 - 8 a 规整立方体储油装置整体效果翱 结构采用纵骨架式结构。内设四个舱室，每个舱室长1 8 m ，如图2 8 b 所示。 舱壁与细长立方体储油装置设计相同，由一组立柱组成，主要原罔：“允许原 油从立柱间通过”，满足储油装置的工作要求。如果采用板粱结构舱壁，需 要在舱壁上设置肋板，容易对隔油膜造成破坏；采h l 立柱相对与板梁结构对隔油 膜更安全。 兀津大学硕士学位论文 第二章水下储油开采模式及储油装置设计 2 5 2 构件布置 图2 8 b 规整立方体储油装置内部剖视图 储油装置采用双壳体结构，积壳体内部设置水者舱壁、纵桁、横粱，纵骨， 水密舱壁间距为8 m ，纵桁间距2 m ，横粱间距2 m ，纵向骨材间距为0 5 m ， 构件的整体布置效果如罔2 9 a ，丰甲板构件的具体布置如图2 9 b ，主甲板般壳 体顶板与底板之间间距取为12m 。舷侧构件的具体布置如图2 - 9 c ，舷例职壳体 外板与内板之间间距取为l2m 。 图2 - 9 a 构件整体布置图 天津大学硕士学位论文第二章水下储油开采模式及储油装置设计 l f，1 7 二jj 一广旷1 一广_ j i i 剌二! l _ _ l i l lii fi - = 蛀j t劢 ：习一二 ；三f ：j；e 习三丰： 。一 一歹4 f多k l ：l t l l l 一i l i 1 ! 二一一! 一 +1 l 1il 1 j ； l i l t i ， l l 一一， 。 一 l j _ r lf 一1 l 一实线为水密舱壁；2 一单点划线为纵桁；3 一双点划线为横梁；4 一虚线为纵骨 图2 - 9 b 规整立方体储油装置主甲板构件布置图 ! ! 7 一! l i i y，。1 j ：l 上ll 一一 一l l土上列i j l 11 | r1 11 一r 广r11 - r l l l l| | i l 1 一实线为水密舱壁；2 一单点划线为强肋骨；3 一双点划线为横梁；4 一虚线为纵骨 图2 - 9 c 舷侧构件布置图 1 7 天津大学硕士学位论文 第二章水下储油开采模式及储油装置设计 2 5 3 构件尺寸设置 构件尺寸的选取主要参照中国船级社钢质海船入级规范( 2 0 0 6 ) 与中 国船级社海上移动平台入级与建造规范( 2 0 0 5 ) 中的有关规定。纵骨选用l 型钢，横梁与纵桁选用t 型钢，舷侧肋骨选用l 型钢，强肋骨选用t 型钢。所 有构件的钢材型号均选用d 3 2 ，屈服强度为3 1 5m p a 。构件类型、尺寸以及钢号 的具体选取结果如表2 2 。 表2 - 2 构件尺寸选取 构件构件类型选取钢材( m m )钢材材质 甲板板板t = 1 2d 3 2 主 甲板纵骨l 型钢 l = 1 6 0 x 1 0 0 x 1 4d 3 2 田 甲板纵桁t 型钢t ：1 4 x 2 4 0 1 6 x 4 8 0d 3 2 板 甲板横梁t 型钢t ：1 4 x1 2 5 1 6 x 2 5 0d 3 2 底板板板t = 1 2d 3 2 底 底板纵骨l 型钢 l = 1 6 0 x 1 0 0 x 1 4d 3 2 板 底板纵桁t 型钢 t = 1 4 x 2 4 0 l6 x 4 8 0d 3 2 底板横梁t 型钢t = 1 4 x 1 2 5 1 6 x 2 5 0d 3 2 板材 板 1 = 1 2d 3 2 左右舷侧艏 艉封板 舷侧肋骨l 型钢 l = 1 6 0 x1 0 0 x1 4d 3 2 强肋骨t 型钢 t = 1 6 x 2 4 0 1 6 x 4 8 0d 3 2 立柱圆管圆管d x t = 5 0 0 x1 0 d 3 2 2 5 4 重量重心计算 按照以上设计，规整立方体储油装置总用钢量为：1 7 5 2 3t 。 其重心距底板高度为：l o 9 7m 。 天津大学硕士学位论文 第二章水下储油开采模式及辅油装置设计 2 6 圆柱体储油装置结构设计 2 6 1 储油装置整体尺寸 ( 1 ) 储油装置原油设计储量：2 0 0 0 0m 3 。 ( 2 ) 储油装置型式类型：艰壳体结构，无底，外形为圆柱体如图2 - 1 0 ( 3 ) 储油装置尺寸：半径高= 2 0 m 2 6 m ： ( 4 ) 储油舱尺寸：半径高= 1 6 m 2 2 m ； ( 5 ) 储油舱舱顶与舱底的四边设置2m 倒角，倒角后储油舱实际舱容为 2 0 7 1 7m ，。 国圈 2 6 2 构件布置 图2 - l o 圆柱体储汕装置整体效果幽 储油装置采用双壳体结构，双壳体内部设置水密舱壁、非水密舱壁、纵桁、 横粱，纵骨，构件的整体布置效果如图2 ，1 1 a 。 水密舱壁间距为4 6 m ，非水密舱壁间距为2 叫m 纵桁间距2 4 m ，横粱 甘j 距2 m ，纵向骨材间距为仉5 m 一10 m 。主甲板构件的具体布置如图2 - 1 l b ，主 甲板双壳体项板与底板之日间距取为2 0m 。 天津大学硕士学位论文 第二章水下储油丌采模式厦储油装臂设“ 图2 - 】l a 阿柱体储油驻置构件整体布置图 实线为水出舱晕：2 一取点划线为纵桁：3 一单点划线为横粱：卜虚线为纵召 圈2 - 1 l b 圆拄体储油装置甲扳构件布置图 天津大学硕士学位论文第二章水下储油开采模式及储油装置设计 2 6 3 构件尺寸选取 构件尺寸的选取主要参照中国船级社钢质海船入级规范( 2 0 0 6 ) 与中 国船级社海上移动平台入级与建造规范( 2 0 0 5 ) 中的有关规定。纵骨选用l 型钢，横梁与纵桁选用t 型钢，舷侧肋骨选用l 型钢，强肋骨选用t 型钢。所 有构件的钢材型号均选用d 3 2 ，屈服强度为3 1 5m p a 。构件类型、尺寸以及钢号 的具体选取结果如表2 3 。 表2 3圆柱体储油装置构件尺寸选取 构件 构件类型选取钢材( m m )钢材材质 甲板板板 t = 1 2d 3 2 主 甲板纵骨l 型钢l - - 1 6 0 x l o o x1 4d 3 2 田 甲板纵桁t 型钢t = 1 4 x 2 4 0 l6 x 4 6 0d 3 2 板 甲板横梁t 型钢 t = 1 6 x 3 0 0 1 6 x 6 0 0d 3 2 底板板板仁1 2d 3 2 底 底板纵骨l 型钢l = 1 6 0 xl o o x1 4d 3 2 板 底板纵桁t 型钢t = 1 4 x 2 4 0 1 6 x 4 6 0d 3 2 底板横梁t 型钢 t _ 1 6 x 3 0 0 1 6 x 6 0 0d 3 2 板材板t = 1 2d 3 2 左右舷侧艏 舷侧肋骨l 型钢l = 1 6 0 x 1 0 0 x 1 4d 3 2 艉封板 强肋骨 t 型钢t - - 1 6 2 4 0 1 6 4 6 0d 3 2 2 6 4 重量重心计算 按照以上设计，圆柱体储油装置总用钢量为：2 3 8 0 6t 。 其重心距底板高度高度为：1 3 8 2 2m 。 2 1 天津大学颈士学位论文 第二章水下储油开采模式及储油装置设计 2 7 胜利油田1 0 0 0 方储油装置结构设计 2 7 1 储油装置整体尺寸 ( 】储油装置原油设计储量：1 0 0 0m3 。 ( 2 ) 储油装置型式类型：单壳体结构，有底外形为立方体。 ( 3 ) 储油装置尺寸：长宽高= 2 50 m i8 0 m x5 0 m ，储油舱尺寸长 宽高= 2 40 m 1 60 m 3 0 m ，舱顶与舱底的四边设置1 m 倒角，倒角后储 油舱实际舱容为】1 4 2m 3 。结构采用横骨架式结构，如图2 - 1 2 。 鞫 滞劂麟捌8 嚼 圈2 - 1 2 胜利油口】o o o 方1 l 青油姨置整体布置圈 ( 4 ) 舱壁外侧设置保温层，如陶2 - 13 所示，保温层的作用：一南面保证储 油装置内部油温在一个允许范围，另一方商保护外露钢材，同时使储油装置外表 面光滑降低其波浪力。 圈2 * 13 保温层币意图( 上部蓝乜与下部红色构件均表示保温层 天津丈学硕士学位论文第二章水下储油开采模式及储油装骨设t | 2 7 2 构件布置 储油装置设置强横粱，纵向桁材，横向骨材，如图2 1 4 所示 强横粱间距为：6 m ； 纵向桁材问距：2 m ； 横向骨材间距：】m 。 图2 - 1 4 a 髀利油m 】0 0 0 方整体敬果图 圈2 - l a b 胜利油m1 0 0 0 方储油装置二视图 天津大学硕士学位论文第二章水下储油开采模式及储油装置设计 2 7 3 构件尺寸选取 构件尺寸的选取主要参照中国船级社钢质海船入级规范( 2 0 0 6 ) 与中 国船级社海上移动平台入级与建造规范( 2 0 0 5 ) 中的有关规定。纵骨选用l 型钢，纵桁与横向强构件选用t 型钢，舷侧肋骨选用l 型钢，强肋骨选用t 型 钢。所有构件的钢材型号均选用d 2 3 5 ，屈服强度为2 3 5m p a 。构件类型、尺寸 以及钢号的具体选取结果如表2 4 。 表2 - 4 胜利油田1 0 0 0 方储油装置构件尺寸选取 构件构件类型选取钢材( 姗)钢材材质 甲板板板卢1 0 q 2 3 5 主 甲板纵骨l 型钢 l = 1 6 0 1 0 0 1 4 q 2 3 5 田 甲板纵桁t 型钢 t = i6 x 2 4 0 1 6 x 4 8 0 q 2 3 5 板 横向强构件t 型钢 t = 1 6 x 4 8 0 1 6 1 0 0 0 q 2 3 5 底板板板t = 1 0 q 2 3 5 底 底板纵骨l 型钢 l = 1 6 0 x1 0 0 x1 4 q 2 3 5 板 底板纵桁t 型钢 t _ 16 x 2 4 0 1 6 x 4 8 0 q 2 3 5 横向强构件t 型钢 t = i6 x 4 8 0 1 6 1 0 0 0 q 2 3 5 板材板仁l o q 2 3 5 左右舷侧艏 舷侧肋骨l 型钢l = 1 6 0 x 1 0 0 x 1 4 q 2 3 5 艉封板 强肋骨t 型钢 t = 1 6 2 4 0 1 6 4 8 0 q 2 3 5 横梁t 型钢 t = 1 6 2 4 0 1 6 4 8 0 q 2 3 5 2 7 4 重量重心计算 按照以上设计，胜利油田1 0 0 0 方储油装置总用钢量为：2 0 9t 。 重心距底板高度高度为：2 3 8m 。 无津大学硕士学位论文第二章整体性能计并 第三章整体性能计算 在整体计算中重点考虑了整体稳性与坐底稳性。平台的完整稳性是指漂浮 着的平台依靠倾斜后其自身的复原力矩来抵抗外加倾覆力矩的能力一般包括韧 稳性与大倾角稳性两部分。平台的坐底稳性是指平台坐底或桩腿插人海床后，在 浮力、重量和海床对平台的作用力的联合作用下，