一种深水浮式平台中试试验压载水系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及船舶与海洋工程领域，具体而言，特别涉及一种深水浮式平台中试试验压载水系统及其控制方法。


背景技术：

2.在海上作业的浮式平台需要一套完整的压载水系统来保证其具有良好的浮态。随着近海油气资源的日益减少和油气田开发的总成本不断增加，对新型深水海洋平台研发要求不断提高。中国专利cn103912245a和美国专利us9327805b2共同提出了一种“新型深水钻井生产立式储油平台”，它采用油水置换技术把spar平台生产的原油储存在平台主体位于水面以下的储油舱中，从而大大减小了深海油气开采成本。
3.油水置换技术也叫湿式储油技术，该技术已被国外石油公司广泛用于重力式混凝土储油平台和海底储油舱。油水置换储油技术的原理为：油水不相溶且油的密度低于水；储油时，原油以较低的速度从舱顶注入储油舱，油会浮在水的上面，相同体积的海水则从舱底被排出舱外，同时，油和水在舱内会自发地形成一个油水界面；卸油时，从舱顶以较高的速度抽取原油，由于舱底的海水与外界海水连通，海水受静水压力的作用从舱底进入储油舱并填充原油空间。在储卸油过程中，油水界面上下移动，不断调整舱内原油和海水的相对体积，使储油舱始终保持充满液体状态。由于湿式储油舱内始终充满油和水且位于水面以下，受风浪、海流和冰等影响较小，结构承受载荷较小，需要的舱容和压载量较小，因此，与传统干式储油技术相比，油水置换技术的储油成本较低，且储油安全性较高，优势非常明显。
4.新型深水海洋平台的研发需要做大量的模型试验进行验证。研发新型深水海洋平台需要逐步跨越技术成熟度台阶，其中小试的技术成熟度可达到4-5级。按照国际新技术研发就绪度的标准（trl），必须进行高仿真度的中试试验，使技术就绪度达到7级，从而将该项新技术推向工业应用。在中试试验中必须考虑该新型平台的压载水系统及其控制方法。
5.目前浮式平台试验绝大多数采用小尺度非钢质材料模型在室内进行，鲜有大尺度钢质材料室外环境系统齐全的中试试验，遑论适用于中试试验的压载水系统及其控制方法。
6.浮式平台中试试验压载水系统的设计需考虑该新型平台的技术要求及中试试验的成本及可行性。对于中国专利cn103912245a和美国专利us9327805b2共同提出的“新型深水钻井生产立式储油平台”，在储油流程，等体积的原油将等体积的海水置换出储油舱，平台载重减小，在卸油流程，等体积的海水将等体积的原油置换出储油舱，平台载重增大。相应地，平台的吃水将会发生变化。为保证中试试验的顺利进行，需设计一套保持该新型浮式海洋平台吃水不变的压载水系统。


技术实现要素：

7.本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。有鉴于此，本发明需要提供一种简单可靠、操作方便，造价低廉，易于施工，能有效保持浮式平台中试
模型的浮态，保证中试试验的顺利进行，为各类新型深水浮式平台中试研究提供保障的深水浮式平台中试试验压载水系统及其控制方法。
8.本发明提供一种深水浮式平台中试试验压载水系统，包括：中试试验水池、中试试验模型、注水组件、出水组件和控制组件，所述中试试验模型包括设置在所述中试试验水池中的深水钻井生产立式储油平台和压载水舱，所述压载水舱设在所述深水钻井生产立式储油平台上，所述注水组件的两端、所述出水组件的两端均与所述中试试验水池和所述压载水舱连通，其中所述注水组件伸入所述压载水舱端侧的高度高于所述出水组件伸入所述压载水舱端侧的高度，所述控制组件分别与所述注水组件、所述出水组件电连接，以对所述注水组件和所述出水组件的动作进行控制。
9.根据本发明的一个实施例，所述注水组件包括注水泵以及分别与所述注水泵连接的注水前管道和注水后管道，其中所述注水前管道的末端伸入所述中试试验水池中，所述注水后管道的末端伸入所述压载水舱中，以形成注水储油过程。
10.根据本发明的一个实施例，所述出水组件包括出水泵以及分别与所述出水泵连接的出水前管道和出水后管道，其中所述出水前管道的末端伸入所述中试试验水池中，所述出水后管道的末端伸入所述压载水舱中，以形成出水卸油过程。
11.根据本发明的一个实施例，所述控制组件包括设在所述中试试验水池的池壁上的遮蔽容器以及容置于所述遮蔽容器内的控制开关。
12.根据本发明的一个实施例，所述注水泵和所述出水泵均为冷热水自吸电泵。
13.根据本发明的一个实施例，所述注水前管道和所述出水前管道均为pvc钢丝软管。
14.根据本发明的一个实施例，所述注水后管道和所述出水后管道上均设有流量调节阀。
15.根据本发明的一个实施例，所述遮蔽容器为木质方箱，所述木质方箱顶部覆盖有彩钢瓦。
16.根据本发明的一个实施例，所述压载水舱为环形的水密结构，并与所述深水钻井生产立式储油平台上的储油舱间隔开设置。
17.本发明还提供一种深水浮式平台中试试验压载水系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、在中试试验水池中安装深水钻井生产立式储油平台，并在后者的甲板底侧安装压载水舱；s2、在所述中试试验水池的池壁上分别安放注水泵和出水泵，注水泵的注水端通过注水前管道与所述中试试验水池相连，注水泵的出水端通过注水后管道与所述压载水舱相连，出水泵的注水端通过出水前管道与所述压载水舱相连，出水泵的出水端通过出水后管道与所述中试试验水池相连，其中所述注水后管道伸入所述压载水舱端侧的高度高于所述出水后管道伸入所述压载水舱端侧的高度；s3、通过控制开关控制注水泵完成注水储油过程，由注水后管道上的流量调节阀控制注水量和原油的进油量相协调；s4、通过控制开关控制出水泵完成出水卸油过程，由出水后管道上的流量调节阀控制出水量和原油的卸油量相协调。
18.本发明的深水浮式平台中试试验压载水系统，通过控制开关控制注水泵和出水泵
的运动状态，并通过流量调节阀调节加注压载水的流量，使其与储油或卸油流量一致，有效保持浮式平台中试模型的浮态，从而在深水钻井生产立式储油平台储卸油操作中有效保持平台的吃水，该吃水位置可在平台的设计水线或其他位置，以有效保证中试试验的顺利进行，为各类新型深水浮式平台中试研究提供保障，系统简单可靠，造价低廉，易于施工，且控制方法简捷、操作方便。
附图说明
19.图1是根据本发明的一种深水浮式平台中试试验压载水系统的结构示意图。
20.图2是根据本发明的一种深水浮式平台中试试验压载水系统控制方法的流程示意图。
21.附图标记：1-深水钻井生产立式储油平台；2-中试试验水池；3-压载水舱；4-注水组件；5-出水组件；6-控制组件；41-注水泵；42-注水前管道；43-注水后管道；51-出水泵；52-出水前管道；53-出水后管道；61-遮蔽容器；62-控制开关。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.如图1所示，一种深水浮式平台中试试验压载水系统包括：中试试验水池2、中试试验模型、注水组件4、出水组件5和控制组件6，中试试验模型包括设置在中试试验水池2中的深水钻井生产立式储油平台1和压载水舱3，压载水舱3设在深水钻井生产立式储油平台1上，注水组件5的两端、出水组件6的两端均与中试试验水池2和压载水舱3连通，其中注水组件5伸入压载水舱3端侧的高度高于出水组件6伸入压载水舱端3侧的高度，控制组件7分别与注水组件5、出水组件6电连接，以对注水组件5和出水组件6的动作进行控制。
24.本发明的深水浮式平台中试试验压载水系统，通过控制开关62控制注水泵41和出水泵51的运动状态，并通过流量调节阀7调节加注压载水的流量，使其与储油或卸油流量一致，有效保持浮式平台中试模型的浮态，从而在深水钻井生产立式储油平台储卸油操作中有效保持平台的吃水，该吃水位置可在平台的设计水线或其他位置，以有效保证中试试验的顺利进行，为各类新型深水浮式平台中试研究提供保障，系统简单可靠，造价低廉，易于施工，且控制方法简捷、操作方便。
25.如图1所示，注水组件4包括注水泵41以及分别与注水泵41连接的注水前管道42和注水后管道43，其中注水前管道42的末端伸入中试试验水池2中，注水后管道43的末端伸入压载水舱3中，以形成注水储油过程，储油时，生产的原油由平台上部注入储油舱，此时打开注水泵41，调节流量调节阀7，使压载水的注水流量与原油的进油流量相协调，此时深水钻井生产立式储油平台1吃水维持不变。
26.如图1所示，出水组件5包括出水泵51以及分别与出水泵51连接的出水前管道52和出水后管道53，其中出水前管道52的末端伸入中试试验水池2中，出水后管道53的末端伸入压载水舱3中，以形成出水卸油过程，卸油时，储油舱储存的原油由平台上部抽出，此时打开出水泵51，使压载水的抽水流量与原油的出油流量相协调，此时深水钻井生产立式储油平
台1吃水维持不变。
27.如图1所示，控制组件6包括设在中试试验水池2的池壁上的遮蔽容器61以及容置于遮蔽容器61内的控制开关62，其中控制开关62可采用最简单多开关插排，将注水泵41及出水泵51电机线路分别接于插排，并对对应的电源开关做标注，通过操作相应电源的开关，可操控注水泵41及出水泵51的运行状态，电源可固定于遮蔽容器61内壁上。
28.如图1所示，注水泵41和出水泵51均为冷热水自吸电泵，为保持平台模型的吃水，注水泵41及出水泵51的功率须根据储卸油技术要求选取：在已知储卸油功率的情况下，注水泵41及出水泵51功率可由油水密度差及压载水密度换算获得，在该系统中，压载水由水池抽取，与储油舱置换水密度一致，注水泵41及出水泵51的功率可由下式计算得出：p=((ρ
水-ρ
油
)/ ρ
水
)
·
p＇。其中p为注水泵41或出水泵51的功率，相应地，p＇为储油或卸油功率，ρ
水
及ρ
油
分别代表水及油的密度。
29.如图1所示，注水前管道42和出水前管道52均为pvc钢丝软管，以方便布置及防治管道折叠堵塞，共两套：注水前管道42用于注入压载水，出水前管道42用于抽取压载水，软管直径大小与注水泵41或出水泵51功率匹配，其中注水管道与注水泵41相连接，注水前管道42插入水池2，压载水由水池2抽取，注水后管道43设置三通通道，压载水通过泵后，可通过其中一条管道进入压载水舱3，多余的压载水由另一条管道流回水池2，并在流回水池2的管道上设置截止阀，以调节进入压载水舱3压载水的流量，出水管道与出水泵51相连接，出水后管道53插入压载水舱3，压载水由压载水舱3抽取，压载水经由出水泵51流入水池2，流回水池2的两个软管可悬空置于池沿，便于观察。
30.如图1所示，注水后管道43和出水后管道53上均设有流量调节阀7，便于调整流量的大小，对应于不同的注油流量（对应于不同的原油生产速率），可在流量调节阀7上做相应的标记，以适应不同的工况，其中流量调节阀7采用截止阀。
31.如图1所示，遮蔽容器61为木质方箱，以保证注水泵41和出水泵51的散热，木质方箱顶部覆盖有彩钢瓦，防止雨水对电机及控制开关62造成损坏，其中遮蔽容器61可置于水池2旁边。
32.如图1所示，其中压载水舱3为环形的水密结构，并与深水钻井生产立式储油平台1上的储油舱间隔开设置，该压载水舱顶部即平台上甲板，在甲板上开设圆形孔，使压载水管道即注水后管道43、出水后管道53自由穿过。
33.如图1和图2所示，一种深水浮式平台中试试验压载水系统的控制方法，包括以下步骤：s100、在中试试验水池2中安装深水钻井生产立式储油平台1，并在后者的甲板底侧安装压载水舱3，完成中试试验模型构造；s200、在中试试验水池2的池壁上分别安放注水泵41和出水泵51，注水泵41的注水端通过注水前管道42与中试试验水池2相连，注水泵41的出水端通过注水后管道43与压载水舱3相连，出水泵51的注水端通过出水后管道53与压载水舱3相连，出水泵51的出水端通过出水前管道52与中试试验水池2相连，其中注水后管道43伸入压载水舱3端侧的高度高于出水后管道53伸入压载水舱3端侧的高度；s300、通过控制开关62控制注水泵41完成注水储油过程，由注水后管道43上的流量调节阀7控制注水量和原油的进油量相协调；
s400、通过控制开关62控制出水泵51完成出水卸油过程，由出水后管道53上的流量调节阀7控制出水量和原油的卸油量相协调。
34.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。