[發明專利]深水鉆井生產立式儲油平臺動態油水置換試驗裝置與方法

在審

• 申請號: 201710874834.9
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107591078A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 劉東喜;王晉;尤云祥;劉巍巍;韓盼盼
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;北京高泰深海技術有限公司
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 劉燕武

技術領域

本發明涉及一種試驗裝置與方法，尤其是涉及一種深水鉆井生產立式儲油平臺動態油水置換試驗裝置與方法。

背景技術

隨著近海油氣資源的日益減少和油氣田開發的總成本不斷增加，對深水海洋平臺“鉆-采-儲-運”綜合能力的要求不斷提高，中國專利CN103912245A和美國專利US9327805B2共同提出了一種“新型深水鉆井生產立式儲油平臺”，它采用油水置換技術把Spar平臺生產的原油儲存在平臺主體位于水面以下的儲油艙中。

油水置換技術也叫濕式儲油技術，該技術已被國外石油公司廣泛用于重力式混凝土儲油平臺和海底儲油艙。油水置換儲油技術的原理為：油水不相溶且油的密度低于水；儲油時，原油以較低的速度從艙頂注入儲油艙，油會浮在水的上面，相同體積的海水則從艙底被排出艙外，同時，油和水在艙內會自發地形成一個油水界面；卸油時，從艙頂以較高的速度抽取原油，由于艙底的海水與外界海水連通，海水受靜水壓力的作用從艙底進入儲油艙并填充原油空間。在儲卸油過程中，油水界面上下移動，不斷調整艙內原油和海水的相對體積，使儲油艙始終保持充滿液體狀態。由于濕式儲油艙內始終充滿油和水且位于水面以下，受風浪、海流和冰等影響較小，結構承受載荷較小，需要的艙容和壓載量較小，因此，與傳統干式儲油技術相比，油水置換技術的儲油成本較低，且儲油安全性較高，優勢非常明顯。

新型深水鉆井生產立式儲油平臺的提出可以極大地提高深水工程技術解決方案的靈活度和降低深水油田開發的總成本，但在浮式Spar平臺中采用油水置換技術，不可避免會帶來以下幾個問題：(1)油水置換操作導致海水對艙壁凝油層的剪切作用會使得部分凝油脫離沉積層而進入海水中，當海水中的含油量超過一定程度時可能會對海洋環境造成污染；(2)油水置換過程中，受到流場擾動、表面活性劑、溫度和壓力等諸多因素的影響，油水界面附近會產生乳化層，進而影響油水界面監測儀的測量精度；(3)平臺在進行儲油操作時，進入儲油艙內的原油溫度較高，熱油與低溫艙壁和低溫海水直接接觸，原油的熱量會通過艙壁和油水界面傳遞給艙內外的海水；(4)在風、浪、流等海洋環境載荷的共同作用下，深水鉆井生產立式儲油平臺在海洋中一直處于漂浮的運動狀態，平臺的運動會導致安裝在其船體內的儲油艙也產生同步運動，從而引起艙內儲存的油和水的晃蕩，晃蕩引起的油水界面高度變化有可能導致油水界面監測儀失靈，晃蕩引起的油水界面波動有可能導致原油和海水相互摻混，增加乳化液的產生，晃蕩還將對艙壁產生沖刷作用，使得部分已經沉積在艙壁上的凝油脫離沉積層進入海水中，進而增加海水中的含油量，晃蕩還有可能會影響熱油與儲油艙內外海水的熱量傳輸。因此，研究深水鉆井生產立式儲油平臺油水置換過程是十分必要的，尤其是研究立式儲油平臺在運動狀態下的油水置換過程，而動態模型試驗是研究此問題比較可靠的手段。

中國專利CN205487085U提出了一種“深水鉆井生產儲卸油平臺油水置換小型試驗裝置”，可以模擬深水鉆井生產立式儲油平臺油水置換過程。但是，此專利存在很多不足之處：沒有考慮晃蕩裝置，不能模擬平臺在復雜海洋環境條件下的運動對油水置換過程的影響；沒有考慮溫度采集系統，不能研究儲油艙內油水的傳熱情況；加熱系統設計不夠合理，不能從油箱內部和外部均勻加熱原油；沒有在儲油艙和水緩沖艙底部設置取樣口，不但不利于取樣，也不能定量地研究水緩沖艙對含油置換海水進行油水分離的效果。也就是說，目前的模型試驗設備既不能系統地研究深水鉆井生產儲卸油平臺油水置換操作涉及的傳質傳熱機理，也不能充分驗證油水置換技術應用于浮式平臺的可行性。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種深水鉆井生產立式儲油平臺動態油水置換試驗裝置和方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種深水鉆井生產立式儲油平臺動態油水置換試驗裝置，包括：

分別注有海水和原油的水箱和油箱；

立式平臺儲油系統：包括自上而下依次設置的水緩沖艙、油沉箱、儲油艙和水沉箱，其中，水緩沖艙與油沉箱采用隔板隔開，油沉箱、儲油艙和水沉箱依次連通，所述水緩沖艙與儲油艙底部還設有取樣口；

單自由度晃蕩系統：用于承載所述立式平臺儲油系統并帶動其模擬實際海況下的不規則搖擺運動；