多功能海上基地和壓載海水與lng或lpg等質量置換方法

2023-05-03 10:33:31 2

專利名稱：多功能海上基地和壓載海水與lng或lpg等質量置換方法
技術領域：
本發明涉及海洋石油天然氣開發所需的、具有多種功能，適用於深水、惡劣 海況的永久系泊浮式基地，以及適用於淺水的坐底固定式基地；本發明還涉及海 上LNG或LPG儲存、運輸裝置所需的等質量流率置換方法。根據多功能海上基 地(MULTI-PURPOSE OFFSHORE BASE—MPOB)的上部設施的不同，基地的功 能也隨之不同；它的功能可以包括鑽井、乾式井口、原油和天然氣生產處理、 天然氣液化(LNG)、天然氣合成液烴或甲醇(GTL)、液體產品如原油、液烴或 甲醇、LPG、 LNG的儲存(統稱"儲液")和外輸，以及公用和生活等綜合功能。
背景技術：
當前世界上海上石油天然氣開發生產設施面臨的技術難題概括起來有兩個， 一是研發適用於深水、水動力特性好、n可以鑽井和採用乾式井口、可以儲油和卸 油的浮式生產設施，二是離岸很遠、深水的天然氣田的開發及油田伴生氣的利用。
對於第一個難題，人們已取得相當好的成果TLP、 SPAR和SEMI都是水 動力性能好、適用於深水、可鑽井的浮式平臺，TLP和SPAR還可採用乾式井口， 三者均已被廣泛釆用。船形FPSO雖然水動力性能比上述三種平臺稍差，但完全 可以滿足海上原油生產處理和儲運的要求，並可用於深水和海況惡劣的海域，已 成為當今海上石油生產設施的主流型式。可鑽井的FPSO,即在FPSO的月池上 方安裝鑽井機等設備，稱之為FPDS6，;'已進行了多年的研發，近十年前SBM公 司提出了張力腿甲板(TLD)概念，解決了FPSO垂盪大而難以鑽井和安裝乾式 井口的問題。據最新報導，世界上第一個FPDSO目前正處於工程實施階段，第 二個也已進入工程設計階段。現行的"FPDSO採用多點系泊，但由於船形FPSO 水動力特性的限制，只能用於海況條件好的海域。申請人已申報的發明專利"帶 水下儲罐的浮式平臺"(申請號200810024652.4)則提供了一個可以完全解決第一 個難題的方案。 '
對於第二個難題，迄今尚未取得令人滿意的成果。和油田開發相比，氣田開 發涉及天然氣運輸和儲存，具有特殊的難度。傳統的辦法是用海底管道將海上生 產的天然氣直接送至陸上用戶'作燃料、'化工生產原料或在岸上終端液化。上遊海 上氣田和下遊陸上用戶緊密聯繫在一，起;，下遊市場和用戶往往決定上遊氣田能否 開發和如何開發。如果某一海上氣田遠離用戶而周邊又沒有可依託的海底管道等 基礎設施，或者氣田產量達不到所需的規模，採用上述傳統的辦法開發該氣田的 經濟性常常很差；長距離深水海底管道常常因面臨技術障礙而十分困難，乃至使 得一些油氣藏條件很好的氣田也成為暫不具有商業開發價值的氣田。此外，海上 油田的伴生氣的利用也面臨同樣的挑戰回收利用可能既存在技術難題，也存在 費用過高、經濟性差的問題。'過去，人們往往通過火炬將油田伴生氣燃燒放空， 這一做法既浪費能源，又汙染環境;:'&被許多國家明令禁止；於是人們不得不將 其高壓回注至地層，因此額外增加了高昂的設施投資和操作費，況且有些油田因 地質構造特點而不宜於氣體回注。
眾所周知，不採用長輸管道，海上天然氣的儲運和利用通常採用四種辦法 GTL(GAS TO LIQUID),將天然氣合成為.液烴或甲醇，通過穿梭運輸船外運；LNG 將天然氣低溫(-162°C )液化、儲存，逾過LNG運輸船外運CNG(COMPRESSEDNATURAL GAS)，將天然氣壓縮，例如至150bar，用鋼製容器儲存、通過運輸船 外運；GTW(GAS TO WIRE),用天然氣在海上發電，通過海底電纜向外輸電。盡 管上述四種辦法和相應的海上浮式裝置均有很大不同，但研發的內容概括起來無 非是兩個方面1)浮式裝置的上部設施生產系統，2)浮體形式、結構。為了將 上述四種辦法用於海上天然氣的開發和生產，需要設計全新的海上生產裝置，尤 其是浮式生產裝置，它們應具有如下特點就生產裝置整體而言，重要的是應具
有可靠度高、安全性好、健康環保、可重複使用、方便操作維護、費用(造價、
操作維護費、搬遷和棄置費)低等特點；就裝置的上部設施生產系統而言，重要 的是生產流程、系統和設備如何適應海'上作業和生存的特點，如何提高生產效率 和天然氣收率、降低能耗和排放，包括新流程、新設備和新的控制系統的研製， 系統和流程的簡化、設施小型化和模塊化，等等；就裝置的浮體形式、結構而言， 它既是容納和支撐上部設施的基礎結構，也是常溫和低溫液體產品的儲罐，重要 的是應具有單層甲板面積足夠大、能夠保證和方便液體產品的儲存和外卸等特 點，其中，浮式裝置的水動力特性必須好。
資料表明，多年來尤其是近十年來，人們對於用於海上的GTL和LNG流程、 系統和設施開展了大量的研發工作，、取得了令人矚目的成果。
世界上幾乎所有的著名的大型石油公司都對GTL的FISCHER-TROPSCH流 程開展了長時間的研發工作，形成了一系列的專有技術和專利。例如殼牌 (SHELL )的中度精餾合成專有技術(SHELL MIDDLE DISTILLATE SYNTHESIS-SMDS),可以高效地和高收率地將天然氣合成轉化為無硫、無芳香 烴的高級汽油，以及重要的化工原料右腦油和石蠟。SHELL採用該技術於1993 年在馬來西亞建成投產了日產14700桶燃油的GTL工廠；另一個建於卡達日 產140000桶燃油的GTL工廠也正在計劃之中。 一些油公司還和工程公司、研 究機構合作，試圖將GTL技術用於海上船形浮式裝置；但由於船形浮體運動性 能難以滿足GTL的工藝生產要求等原因，.迄今尚未取得突破。
據報導，2007年LNG約佔全球天然氣消耗量的7%， LNG的需求以每年8 10%的速度增長，預計至2030年全球LNG的需求量為5億噸。巨大的市場需求 和海上天然氣開發所面臨的挑戰均促使石油公司、工程公司投入非常大的資源， 研發浮式天然氣液化裝置(FLOATING LIQUIDIZED NATURAL GAS-FLNG)。 前不久SHELL宣布將向日本、韓國的船廠和國際工程公司招標建造世界上第一 條海上鋼製船形FLNG。據悉，該FLNG450米長，75米寬，採用永久系泊的單 點裝置，可抵禦颶風。FLNG通過專門的外輸裝置連接旁靠(適用於海況條件好 的海域)或串靠(適用於海況惡劣的海域)的LNG運輸船，實現LNG的外卸。 一些石油公司和工程公司對於FLNG的LNG外輸裝置、製冷循環和製冷劑、相 應的設備和生產控制系統均做了大量亭有成效的研發工作。SHELL的上述FLNG 採用了許多專有技術，如雙重混合製冷工藝(DUALMIX REFRIGERANT-DMR), 可自行產生製冷劑，不再需要^烷製冷循環，使得設備的數量比傳統流程減少了 約30%，大大提高了系統的安全性和可靠性，降低了二氧化碳的排放。在控制方 面，採用了自動控制冷卻技術(SHELL AUTOMATED COOL-DOWN),可減少 管殼式和列管式製冷換熱器的洩漏和系統因此停車的問題，實現裝置的快速啟動 並減少火炬放空；它像自動導航系統一樣自動控制製冷過程，進一步提高了系統 的安全性、可靠性，方便了生產操作"丄另據報導，和調峰裝置類似，採用以氫氣 為製冷劑的小型LNG裝置，已進入嫂術設計階段；該裝置專門用於FPSO上處 理油田伴生氣，使得該FPSO ^成FONG(FLOATING OIL NATURAL GAS),其產品不僅僅包括原油，還包括凝析油、LPG和LNG。
在上述新的海上鑽井、石油天然氣生產裝置的研發過程中，浮體結構始終沒 有重大突破。TLP、 SPAR和SEMI的單層甲板面積均十分有限，並且通常都不 具有儲運功能；申請人發明的"帶水下儲罐的浮式平臺"雖然水動力特性好，具 有儲液功能，但是上部設施甲板亦為多層模塊形式，面積同樣偏小。為了獲得大 甲板面積和具有儲運功能，目前研發的FPDSO和FLNG的浮體均無一例外地採 用船形鋼製FPSO。船形FPSO水線面面積很大，吃水不深(通常數米至20米左 右)，水下浮體的立面尺度很大。眾所周知，波浪的作用力按指數規律隨水深增 加而迅速衰減。以南中國海為例，3/4.的波浪載荷都作用於30 40米水深的範圍 內，以水面的波浪載荷最大。海上浮式結構的水線面面積大，則它由波浪引起的 垂蕩、縱搖和橫搖的運動就大。在水下受波浪影響的深度範圍之內，海上結構的 垂直剖面面積大、外形尺度大,則波浪引起的縱蕩和橫蕩的水平運動就相對較大。 此外，FPSO還存在系統接口多、設施相對複雜、建造周期偏長、鋼船體易於腐 蝕和疲勞、造價和操作維修費偏高等缺點。受水動力特性的制約，FPSO雖然能 滿足深水和海況惡劣海域原油生產的要求V但卻難以滿足鑽井或天然氣生產和利 用的要求。如前所述,在浮體上安裝鑽井設備和採用乾式井口的一個前提條件是， 浮體的垂盪運動必須小。SBM的張力'腿甲板(TLD)僅僅改善了井口部位的垂 盪，整個船體的垂盪問題依然存在，並且系統和設施因增加TLD而進一步複雜 化。如果能夠從根本上改善浮體自身的水動力特性，即使採用多點系泊，垂盪也 可以控制在容許的範圍內。浮體的橫搖、'縱搖和垂盪運動過大，其速度、加速度 將使浮體上的設備、內件、儀表等產生額外的慣性力和振動，可能造成疲勞損壞、 影響系統的可靠性、造成停產；浮體運動過大，將對GTL的某些工藝過程造成 較大的影響。例如，在GTL的合成氣轉化為重石蠟的過程中，採用的流化法或 稀漿懸浮液法催化工藝，均對浮體的運動比較敏感。天然氣合成液烴或甲醇在海 上浮體應用的研發至今沒有重大進展，一個重要的原因是浮體的運動問題沒有解 決。上述SHELL的FLNG的實質是在LNG運輸船上增加天然氣處理、液化裝 置，並在船艏安裝單點系泊裝置，除''了港在船形？ 30的固有缺點外，還必然存 在系統和設施很複雜、造價很高等缺點。
申請人已申請的中國發明專利,"壓載海水和儲液置換方法、組合罐和液體水 下儲運裝置"(申請號200810024564.3、，:僅可用於普通常溫液體產品在海上的儲 運作業，作業過程中操作重量和重心的平面位置均不變，但不能用於非普通的、 非常溫液體，如LNG和LPG的儲運。
發明內容
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本發明多功能海上基地包括浮式和坐底固定式兩種基地，均釆用了申請人已 申請的中國發明專利"壓載海水和儲液置換方法、組合罐和液體水下儲運裝置" 的核心技術一一"密閉氣壓連通式壓載海水和儲液等質量流率自動置換流程系 統"和"組合式儲液罐"，用於常溫常壓液態產品如原油、液烴和甲醇的儲運； 同時，本發明借鑑了上述兩項核心技術，.研發成功滿足常溫LPG和超低溫LNG 的儲運要求的壓載海水與LNG或LPG等質量置換方法及流程海水壓載艙和儲 液艙頂部惰性氣不連通的"氣壓式壓載海水和LNG(LPG)等質量流率自動置換流 程系統"，以及適用於LPG和LNG儲存的組合式儲液罐。上述兩種流程統稱"壓 載海水和儲液等質量流率置換流程"，'它們和兩種組合罐均可以保證儲運作業過 程中，基地的操作重量不僅不^，重心只能沿浮心所在的垂直線上下變動(重心 在平面上的投影位置不變)。兩種基地均具有很大的單層甲板面積，可實現海上石油天然氣的鑽井、生產、氣體利用和儲運功能，完全滿足GTL、 LNG、 CNG
和GTW的生產要求。


下面結合附圖對本發明作進一步的描述。
圖1是常溫液態產品如原油、液烴和甲醇的儲運流程圖。
圖2是圖1的A—A和B—B、圖3的B—B局部剖面放大圖。
圖3是是常溫LPG和超低溫LNG的儲運流程圖。
圖4是圖3的C一C局部剖面放大圖(用於LPG儲罐)。
圖5是圖3的C一C局部剖面放大圖(用於LNG儲罐)。
圖6是雙潛體浮式海上基地外置底部固定壓載艙圖。
圖7是雙潛體浮式海上基地主結構正視圖。
圖8是圖7的B—B剖視圖。 '
圖9是圖7的C一C剖視圖。
圖10是圖7的A向視圖。
圖11是圖9的E—E剖面放大圖。.，
圖12是圖8的D—D局部剖面放大圖。
圖13是竹排坐底固定式海上基地主結構正視圖。
圖14是圖13的A向視圖。
圖15是海上浮式結構(浮體)初懸掛式固定壓載艙連接示意圖 圖16是圖15的A—A剖視圖。'' 圖中
1.海水壓載泵；2.海水卸載泵;3.自動開關連通閥；4.儲液裝載泵；5.儲液卸
載(外輸泵)；6.組合式儲液罐；7.海水壓載艙；8.儲液艙；9.固定壓載物；
IO.LNG(LPG)海水壓載艙天然氣排出閥；11. LNG(LPG)海水壓載艙天然氣注入 閥；12. LNG(LPG)儲罐天然氣排出閥r 13. LNG(LPG)儲罐天然氣注入閥；14. LNG(LPG)裝載泵；15. LNG(LPG)卸載(外輸泵)；16丄NG儲罐；17丄PG儲罐；
18.混凝土或玻璃鋼艙(罐)壁；19丄PG儲罐鋼罐壁；20丄NG儲罐外鋼筒壁；
21丄NG儲罐隔熱圍護層；22丄NG儲罐內鋼筒壁；23.外置固定壓載艙底板；24. 外置固定壓載艙立壁板；25.外置固定壓載艙徑向連接板；26.長圓筒結構單元； 27.水平連接杆；28.艏艉水平阻尼板；'29.工藝艙；30.立柱；30—1.主立柱；30— 2.豎井立柱；30—3.支撐立柱；31.基地上部結構；32.坐底固定基地底部結構橫向 框架；33.樁、水下樁或吸力錨；34.外置固定壓載艙；35.懸掛式固定壓載艙；36. 懸掛式固定壓載艙艙體容器；37.懸索^'化.浮式結構(浮體)的主結構；39.固定 壓載艙艙內垂直分隔；40 — 1.雙潛體浮式基地懸掛式固定壓載艙橫向連接板；40 一2.雙潛體浮式基地懸掛式固定壓載艙橫向連杆；41.懸掛式固定壓載艙艙體容
器壓載物灌入口或海水、空氣排出PKi
本發明多功能基地共包括三大部分:
第一部分，兩種壓載海水和儲液等質量流率置換流程系統，分別適用於常溫
常壓液體和LNG (LPG)(簡稱"儲液")儲運作業。它們均包括 一組或多組 臥式圓筒形罐中罐式組合式儲液罐^以下簡稱組合罐)；泵、管路、閥門和控制 系統；輔助支持系統，和基地的其它公用設施形成一體。儲運系統和組合罐保證
了在儲液裝載和卸載作業的過程中，遂地的操作重量不變、重心在基地平面投影
位置也不變。
第二部分，基地的下部結構及定位或固定系統。下部結構由主體為長圓筒結構單元26等部件構成的底部結構和立柱30，以及需要時配置的固定壓載艙34 或35和壓載物9共同組成。其中，浮式基地為雙潛體底部結構，坐底固定式基 地為竹排式底部結構。長圓筒結構單元26由一組或多組組合罐6首尾串接構成。 定位系統用於浮式基地，包括多點或單點系泊及輔助的動力定位系統。固定系統 用於坐底固定式基地，包括樁、水下樁或吸力錨33 (統稱"樁")。
第三部分，上部設施和結構31，其中浮式基地的上部結構可以是全水密艙 壁結構，也可以是部分水密艙壁結構。固定基地的上部結構為鋼架結構。鑽井、 石油天然氣生產處理、LPG、 LNG、 GTL、 CNG、 GTW的生產裝置、設備和外 輸裝置均安裝在上部結構上。
.，.,.，
液體儲運流程系統和壓載海水與LNG、或LPG等質量置換方法(參見圖1和圖3) 本發明常溫液體產品，如原油、凝析油、GTL燃油、甲醇等的儲運流程採 用"密閉氣壓連通式壓載海水和儲液等質量流率自動置換流程系統"和"臥式圓 筒形單組儲液單元組合罐6"(參見圖1)。有關該系統的原理、設備和控制等， 可參見發明專利"壓載海水和儲液置換方法、組合罐和液體水下儲運裝置"，不 再贅述。
為了實現壓載海水與LNG或LPG等質量置換，本發明的置換方法不同於"密 閉氣壓連通式壓載海水和儲液等質量流率自動置換流程系統"，而是採用"氣壓 式壓載海水和LNG (LPG)等質量流i自動置換流程系統"，和LNG、 LPG專 用的組合式儲液罐6，在水下飴存LNG或LPG (參見圖3)。 LNG(LPG)組合罐6 的海水壓載艙7和儲液艙(LNG儲罐16或LPG儲罐17)頂部惰性氣為壓縮天 然氣，互不連通，天然氣分別來自上部設施31的LNG或LPG生產流程的不同 部位。LNG(LPG)裝載或卸載時，壓載海水以等質量流率同步卸載或壓載，壓載 艙7和儲液艙(16或17)內部上方天然氣的補給和排出為兩個相關和聯動、但 又互相獨立的系統。LNG (LPG)、組合式儲液罐6的組成形式和"臥式圓筒形 單組儲液單元組合罐6"相似，但LPd'和LNG儲罐(17和16)的罐壁結構(分 別參見圖4和圖5)不僅與普通儲液艙艙壁結構不同，二者之間也不同(參見圖 2、 4和5);並且，LNG和LPG流程:中儲罐(17和16)內上部天然氣的壓力同 樣也不同。 一 '.
壓載海水和LNG等質量置換的儲運流程
眾所周知，LNG的輸送方式有兩種壓力輸送和泵輸送。本流程採用兩種 方式的結合的方法將儲罐內LNG向外輸出將基地上部天然氣處理和液化冷卻 生產流程中的壓縮天然氣(淨化低溫幹n),經閥門13引入LNG儲罐16的頂部， 依靠儲罐16內部的氣體壓力能，克服;LNG流經管道的流阻和高程差，將LNG 從儲罐16底部壓至基地上部模塊的SLNG外輸泵15的進口，最終由外輸泵15 外輸(卸載)。外輸的過程中，儲罐16;內LNG溫度-162'C,壓力為數個個大氣 壓(具體值由輸送工藝計算確定，應大於克服管道摩阻與儲罐16底部至泵15 入口的高程差所需的壓力之和)，處於過冷狀態。引入的天然氣的溫度和壓力均 高於儲罐16內LNG的溫度和壓力，氣體入罐後溫度自動冷卻降至-162'C (所需 冷量由罐內少量LNG氣化獲得)、流X^體的容積相應縮小、壓力則降至與儲罐 內部壓力相等；穩定而連續的壓縮天然氣由閥門13進入，保證了LNG外輸所需 的壓力能。由於儲罐16內部存在數個大氣壓的壓力，基地上部生產的LNG必須 通過裝載泵14灌入儲罐16儲存(裝載)。儲罐16內天然氣氣體在LNG入罐儲存 的同時相應地由閥門12排出，返回到基地上部天然氣處理和液化的生產流程。 在LNG裝載或卸載的過程中，壓載海水通過海水卸載泵2和壓載泵1相應地以等質量流率自動同步卸載或壓載。在海水卸載泵2卸載的過程中，將基地上部經初 歩處理的進料壓縮天然氣經閥門11引入海水壓載艙7的頂部，保持混凝土海水 壓載艙7的壓力高於大氣壓而低於艙外海水的靜水壓(適用於混凝土海水壓載艙 7)。對於鋼製海水壓載艙7，則內部天然氣的壓力應高於艙外海水的靜壓力。海 水壓載泵1在壓載的過程中，海水壓載艙7上部的天然氣從頂部經閥門IO排出， 含有微量水的天然氣氣體返回到基地上部天然氣處理的原料氣流程。為了確保 LNG和壓載海水實現等質量流率置換，確保儲罐16內和海水壓載艙7內天然氣 相應自動注入一排出或排出一注入，LNG裝載泵14一海水卸載泵2， LNG卸載泵 15—海水壓載泵1，以及儲罐16和海水壓載艙7的頂部進排氣自動控制閥門10、 11、 12和13，均實施聯動和比例調節；泵均採用按比例的自動體積流率控制系 統，如無級調速系統或回流控制系統，.按照LNG和壓載海水的體積流率與二者 的重度成反比實現質量流率相等。除上述LNG儲運主流程外，還有一些輔助流程 和系統，如吹掃置換系統、緊急關斷和氣控系統、儀控系統、安全系統、抽真空 系統和取樣系統，等等，它們都是常規流程和系統，不再贅述。
本發明採用上述流程不僅保證了 LNG裝載和卸載的過程中，基地的操作重量 不變這一基本要求，它的另一個最大的優點是，LNG儲罐16內部沒有泵，不需 要類似LNG運輸船常用的可仲縮型潛液電泵，流程依靠壓力能將LNG從水下 儲罐16壓送至儲罐上方的甲板，.再經甲板上的LNG電泵15外輸，LNG在水面 以下的儲運系統主要是管路，電泵1^^類的設備安裝在水面以上的甲板上，或 基地主立柱30—1或豎井立柱30—2內部距水面不遠的甲板上，使得流程系統和 設備安全可靠、方便操作和維修。海水壓載泵1和海水卸載泵2安裝在基地的立 柱內，同樣方便操作和維修。此外，本流程進排氣系統取自生產流程再返回生產 流程，閉式循環、零排放、安全環保'。、'
壓載海水和LPG等質量置換的儲運流程(參見圖3)
液化石油氣(LPG)常溫下南飽和壓力為16 20bar,本發明採用帶壓常溫儲存 LPG。本發明亦釆用壓力輸送和泵輸逢相結合的方式，從儲罐17向外輸送LPG。 LPG儲運流程與LNG流程大同小異"大同之處不再贅述；不同之處在於LNG 流程的設備和系統必須適應-162"的低溫，如必須採用低溫LNG泵，輸液控制採 用氣動系統而非液動控制系統；LPG儲罐17內的最低壓力為常溫下的飽和壓力 加克服管道摩阻與高程差所需的壓力之和，通常不小於20bar,顯然大於LNG儲 罐16內的壓力；此外，LNG低溫隔熱'維護所需的支持系統，如抽真空系統，不 再需要。流程中儲存LNG儲液艙(儲罐)的艙體採用了可儲存低溫液體的圍護 系統和結構，LPG儲罐則為內壓大宇等於20bar的壓力容器。
組合式儲液罐(參見圖1和圖3> ';:
如前所述，本發明儲存常溫和低溫液體的組合罐6均為臥式"罐中罐"型， 它的儲液艙(8或罐16或17)和海水壓載艙7均為臥式圓筒形容器，儲液艙(罐) 位於海水壓載艙內部的下方(參見圖1和圖3)， 二者中心軸線水平平行，兩艙 之間可根據需要設置徑向支撐結構'('圖'中沒有示明)。儲存常溫常壓液體(如原 油)的組合罐，它的海水壓載艙和儲液艙頂部密閉惰性氣體可通過自動開關閥相 連通。儲存LPG和LNG的組合罐的'海水壓載艙和儲液艙(儲罐)頂部不連通， 液體上方壓縮天然氣來自上部設施流程中不同的部位。本發明組合罐6推薦採用 混凝土建造(參見圖2、圖4、 5);也_可採用鋼材建造，但需要加設更多的固定 壓載，要注意水下防海水腐蝕，並儘量使海水壓載艙內部的壓力略大於艙外海水 靜壓力；儲存常溫常壓液體(如原油).組合罐的內罐(儲液艙)還可以採用玻璃鋼建造。本發明基地的組合罐6在多數情況下需要設置固定壓載9，固定壓載物 9可以置於海水壓載艙7的內底部。需要注意的是，必須保證壓載海水在海水壓 載艙7的底部是連通的。為此，每隔適當間距須在固定壓載9上或海水壓載艙7 底部內壁預留連通槽(圖1和圖3沒有示明)。浮式基地的組合罐也可以採用外 置底部固定壓載艙34，或採用浮式基地統一設置的懸掛式固定壓載艙35。坐底 固定式基地由於採用竹排式底部結構，固定壓載物9也可以直接加在底部結構長 圓筒結構單元(組合罐)的頂部。本發明兩種基地的固定壓載(艙)屬於基地的
下部結構的一個組成部分，應作為基地總體設計的一個重要的方面統一考慮，因 此將在後面分別詳細討論。. .,， LNG儲罐(參見圖3)
如前所述，LNG專用組合罐的關鍵是儲液艙為適合儲存一162'C低溫液體、 帶有一定內壓力、具有真空隔熱系統的特殊儲罐。例如，本發明LNG儲罐16 可以採用和LNG槽車基本相似的結構和圍護系統內鋼筒22為兩端帶中拱封頭 (如橢圓形封頭)臥式圓筒形鋼製內壓壓力容器，材料為耐低溫且溫度膨脹係數 小的不鏽鋼材料，如耐低溫的奧氏體不鏽鋼0Crl8Ni9;外鋼筒20為兩端帶中拱 封頭(如橢圓形封頭)臥式圓筒形鋼製外壓壓力容器，材料為低合金鋼板，如 i6MnR;內外筒水平中心軸線重合，,.內外筒之間的支承採用耐低溫且隔熱性能較 好的環氧玻璃鋼與Crl8Ni9鋼板組合結構(圖3和圖5沒有示明)，或其它性能 相似的材料和結構形式；內外鋼筒('22和20)之間填充真空隔熱技術所需的材 料20 (參見圖5)，真空隔熱技術包括高真空多層隔熱(簡稱CD)技術、真空 纖維隔熱(簡稱CB)和真空粉末隔熱(簡稱CF)技術，它們的低溫隔熱性能依 次由高向低，施工和維護的難度及造價則正相反，依次由低向高。和LNG槽車 不同的是，本發明可以根據需要，在LNG儲罐16的外鋼筒20外側緊緊包覆鋼 筋混凝土保護筒18 (參見圖5)，其目的一是防止海水對於外鋼筒的腐蝕，二是 有助於提高外鋼筒抗曲屈的能力；'如果不加混凝土層則必須釆取可靠的防腐保 護，也可採用玻璃鋼保護筒。
LPG儲罐(參見圖3) .
同樣，LPG專用組合罐的儲液艙為適合儲存內部壓力(大於等於20bar)常 溫液體的儲罐，為常溫內壓容器。例如r本發明LPG儲罐17內鋼筒19 (參見 圖4)為兩端帶中拱封頭(如橢圓形M'頭)臥式圓筒形鋼製內壓壓力容器，材料 為低合金鋼板，如16MnR,儲'罐17的外側緊緊包覆鋼筋混凝土保護筒18 (參見 圖4);如果不加混凝土層則必須採取:可靠的防腐保護，也可採用玻璃鋼保護筒。 多功能基地的下部結構及其定位或固定系統
兩種多功能基地中的浮式基地借鑑小水線面雙體船和深吃水半潛式平臺的 優點，它的水下結構的基礎是以兩個完全相同的、水平平行的、具有一定間距的 潛浮體(長圓筒結構單元26)為主要構件的底部結構，長圓筒結構單元26的內 部或外部可根據需要，帶有不同形式的固定壓載艙和固定壓載物，採用多點或單 點定位系統將浮體系泊在海^上，稱之為"雙潛體浮式海上基地(TWIN SUB OFFSHORE BASE——TSOB)'"。由爭水動力特性好，本浮式基地可用於深水和 海況條件惡劣的海域。本發明借鑑"臥式連排圓筒形多組儲液單元組合罐"("竹 排"式組合罐)，坐底固定式基地的底部結構由多個長圓筒結構單元26水平緊密 排列，通過橫向框架結構32連接形成一體；採用和借鑑了申請人已申請的中國 發明專利"帶海床儲罐的坐底固定式平臺"(申請號200810024653.9)的相關技 術，不依靠基地的重力而依靠水下樁或吸力錨將基地固定在海床上，可用於淺水和海況條件好的海域；稱之為"竹排坐底固定式海上基地(BAMBOO RAFT-GROUNDED BASE——BRGB)"。
長圓筒結構單元
浮式和固定式基地底部結構的主體均是長圓筒結構單元26，它由一組或多 組組合式儲液罐6串接而成，多組組合罐6可以儲存同一種類儲液，也可以儲存 不同類種的儲液。由單組組合罐6組成的長圓筒結構單元26僅可用於固定式基 地；由多組組合罐6組成的長圓筒結構單元26則可用於兩種基地。這是因為浮 式基地在環境載荷的作用下，會產生縱搖，長圓筒結構單元26的長度很長，如 果由僅一個組合罐構成，縱搖角度稍汰.一儲液上部的氣體就有可能集中到臥式組 合罐的一端，造成儲運作業的困難。如果長圓筒結構單元26內包含進出管線多、 管線結構複雜(如需要隔熱)的組合罐，如LNG組合罐16，該組合罐16的一 端或兩端可以增設工藝艙29 (參見圖12)，以便管線從組合罐16的端部接出； 工藝艙29的圓筒形艙壁的材料、結構形式和其兩端組合罐的海水壓載艙7相同。 對於管線少而簡單的混凝土組合罐，也可不設工藝艙，僅需適當加大相鄰兩罐的 連接長度，將罐兩端的引出管線澆築在混凝土的結構內，從連接處引出管線接口 。
浮式基地的下部結構及定位系統'(參見圖7 11)
下部結構的底部結構包括帶有和不帶有懸掛式固定壓載艙的兩種形式。如前 所述，底部結構的主體是兩根完全相同的、水平平行的、有足夠間距的長圓筒結 構單元26 (潛浮體)；連接兩個潛浮體，使之成為一個整體的是水平連接杆27、 艏部水平阻尼板和艉部水平阻尼板28..(參見圖8和圖10)。艏、艉水平阻尼板 28分別位於兩根長圓筒結構單元&;的艏艉兩端部，它的形式有單層板和雙層板 兩種，分別如圖IO的實線和雙點劃線所示。雙層板可進一步增加連體水附加質 量。單阻尼層板28和水平連接杆27'位於兩長圓筒結構單元26 (潛浮體)中心 軸線所在的平面，雙層阻尼板28分另^立於兩長圓筒結構單元26 (潛浮體)外壁 的頂部和底部的連線上。艏艉水平阻尼板28應具有足夠的水平面積，以利在浮 體運動時產生足夠的阻尼和連體水附加質量。艏艉水平阻尼板28對於改善浮式 基地垂蕩和縱搖運動性能具有十分重要的意義。水平連接杆27作為和基地兩舷 立柱配套的結構構件，它的直徑在保證強度的前提下，應儘可能小；它的數量由 浮式基地的結構分析來確定。雖然存在艏艉水平阻尼板28和水平連接杆27，但 是，兩根長圓筒結構單元26之間水體的絕大部分仍然是上下通透的，這是改善 本發明浮式基地水動力特性的一個重要關鍵點。兩根長圓筒結構單元26的間距 和艏艉水平阻尼板28的面積，由浮式基地的水動力和水池模型試驗確定。此外， 類似船形FPSO，在每個長圓筒結構單元26 (潛浮體)兩下角的徑向45°方向還 可以安裝砒龍骨(圖IO沒有示明)，.以增加阻尼。依靠定位系統，浮式基地被系 泊在海床上(圖7和10沒有示明)W浮式基地的兩個潛浮體26的頂部位于波浪 影響非常小的水深處；例如，，在南中國海，這一深度約為40米。底部結構的固 定壓載物9應根據基地的浮性、浮態和穩性計算的結果來決定是否需要和如何設 置。如前所述，本發明浮式基地固定壓'載物9可以直接置於海水壓載艙7的底部， 也可以置於外置底部固定壓載艙34或懸掛式固定壓載艙35內。
下部結構的立柱30是連接長圓筒結構單元26和基地上部設施結構的重要構 件，共兩排，每排的結構形式和布局相同(參見圖7和圖8)。立柱的結構形式 為圓筒(管)，材料為混凝土或鋼材'，、水線面附近的立柱可為雙層圓筒。立柱包
括1)主立柱30—1,直徑最大，具有三項功能結構支撐；圓筒可內安裝各
種管線、纜線、小型設備如水泰等，稱之為豎井；為浮體提供足夠的水線面面積，每個基地共4根。2)豎井立柱30—2，在保證功能的前提下直徑應儘可能小， 兼具結構支撐和豎井兩項作用。3)支撐立柱30—3，直徑最小，僅作為結構支 撐。立柱30的總水線面面積大，浮式基地的垂蕩剛度和可變載荷就大；同時， 水線面面積對於浮體的耐波性和穩性均有很大的影響。為了既保證浮式基地對於 可變載荷和穩性的要求，又降低由此對耐波性所產生的負面影響，在保證浮式基 地的垂蕩剛度和可變載荷的前提下，立柱30的總水線面面積應儘可能地小，4 根主立柱30 — 1的水線面面積應該佔總水線面面積的絕大部分，並盡最大可能加 大它們的間距將它們安裝在長圓筒結構單元26的艏艉兩端，即位於基礎結構 的四角(參見圖7和圖8)。豎井立&30—2位於長圓筒結構單元內有管線接出 的兩個組合罐7的連接部位，或工藝艙29中間部位。支撐立柱30—3根據基地 結構受力和計算分析結果的需要設立。如前所述，連接兩個潛浮體的水平連接杆 27應和立柱相配套，使得經過兩立柱30的基地垂直橫剖面形成一個矩形框架結 構，框架的上部為基地上部結構31、兩邊為立柱30、兩下角為圓筒(長圓筒結 構單元26)、底部為水平連接杆27 (參見圖10)。水平連接杆27是上述框架結 構的重要構件；如果沒有水平連接杆227這一構件，在載荷的作用下，立柱30 和上部結構31的連接部位將產生非常大的彎矩。 浮式基地的固定壓載(艙)浮式裝置設置固定壓載艙、獲得壓載配重的目的是第一，平衡浮體多餘的 浮力，第二，降低浮體重心的位置。/位於浮體主結構下方的固定壓載艙可以作為 主結構的一部分，也可以和浮體主結構分離、垂直下移，以利進一步降低浮體重 心的位置。從降低浮體重心的角度，後者顯然優於前者。如前所述，本發明浮式基地的固定壓載艙應和下部結構統一設計，並考慮兩 長圓筒結構單元26 (潛浮體)的特點。;(本發明浮式基地固定壓載物的重量沿長 圓筒結構單元26的長度方向的分布可一以'是不均勻的，目的是盡最大的努力減少 浮體沿長度方向(縱向)的浮力分布和重量分布的差異，以便降低由此產生的靜 水總縱彎矩。同時，固定壓載物的重量沿浮體寬度方向(橫向)必須對稱。浮式基地的外置底部固定壓載艙3'4:'在海水壓載艙7的外底部兩側對稱設 置L形開口式固定壓載艙9 (參見圖6)，其底板23和海水壓載艙7外底齊平或 在其下方、單邊寬度等於或略大於海水壓載艙7的外半徑、立壁板24垂直或略 向外傾斜、板寬應根據所需壓載物9堆積的高度確定，以利海上安裝時加固定壓 載物，固定壓載艙依靠沿長度方向適當距離均布的徑向連接板25連接固定在海 水壓載艙7上。懸掛式固定壓載艙35 (參見圖7、 9 11、 15、 16):目前，和浮體主結構分 離的壓載艙與主結構固定的方法有兩種^一是建造階段即固定，二是海上安裝階 段滑移固定，均給建造或海上安裝帶來不便，並且壓載艙和主結構的距離也將受 到限制。本發明採用懸掛式固定壓載艙>35^包括(1)壓載艙艙體36，它可以 是無頂頂板的容器結構(頂部敞開的蓉器)，頂部敞開可十分方便地在海上向艙 體36內加入固定壓載9，如圖11所示，'艙內可以設置一些垂直分隔39，如圖9 所示，目的是保證艙內壓載物9的穩定；艙體36也可以是封閉容器，如圖15 和16所示，但應帶有壓載物加入口和排水排氣口，以便在海上能夠將固定壓載 9加進艙體容器36內部。艙體容器'36:對採用混凝土或鋼材建造。(2) —根或數 根懸索37將固定壓載艙艙體36懸掛在浮體主結構38的底部，懸索37可釆用鋼 鏈、鋼絲繩或高強度的聚合物繩索,(POLYESTER ROPE)。根據主體結構38形式的 不同，固定壓載艙艙體36的水平投影可以是矩形、環形或圓形，但必須和浮體的結構形式相適應。固定壓載艙艙體36和浮體主結構38可以一體建造、臨時固 定和拖航，也可以分別建造和拖航。浮體主結構38在海上初步安裝就位後，連 接懸掛繩索37、懸掛固定壓載艙艙體36,最後向固定壓載艙加灌固定壓載物9， 完成安裝。申請人發明的"帶水下儲罐的浮式平臺"，可採用前一建造安裝方法 (參見圖15、 16)，本發明浮式基地則採用後一建造安裝方法(參見圖7、9 11)。 本發明採用懸掛式固定壓載艙最大的優點是，固定壓載艙艙體36和主結構38 之間的距離可根據需要隨意確定，尤其適用於各種需要確保重心低於浮心的深水 浮式結構，只要設計得當，可適用於任何一種海上浮式平臺。本發明浮式基地的 懸掛式固定壓載艙35採用兩個完全相同的長條形無蓋的盒體(艙體容器36)， 它的橫剖面如圖11所示，盒體內部每隔一定的縱向距離安裝橫向垂直隔板39(參 見圖9); 二盒體36的橫向中心距和兩個長圓筒結構單元26的橫向中心距相同， 兩盒體底部每隔一定的縱向距離安裝橫向連接杆(板)40，使之成為一個整體， 如圖9所示。本發明浮式基地'的艙體36還可以採用兩端封閉的圓管(如圖15、 16所示)、異型(如矩形)管，取代長條形無蓋的盒體，但需要加設壓載物加入 口和排水排氣口 41。本發明浮式基地可根據需要，採用縱向連續的懸掛式固定 壓載艙35，或縱向不連續的懸掛式固定壓載艙35 (如圖9所示，僅在浮式基地 的艏底部和艉底部懸掛固定壓載)。無論哪種形式，均應根據降低靜水總縱彎矩 的要求，確定固定壓載物9的重量沿長圓筒結構單元26的分布。當懸掛式固定 壓載艙35安裝在浮式基地艏底部或磁底部時，應採用具有一定面積的連接板取 代連接杆40，它同樣可作為迫尼板，,:改善浮體的水動力性能(參見圖9)。壓載 艙體36和連接杆(板)40可採用混凝土、鋼材或玻璃鋼建造。浮式基地的總體性肯^ :本發明浮式^功能基地兼具小水線面雙體船和深吃水半潛式裝置的特點，具 有雙潛體、小水線面、深吃水、浮心可根據需要，低於或高於重心。 浮性、浮態和穩性本發明浮式基地的操作重量的絕犬部分由底部結構的排水量提供支承，其餘 小部分由立柱的排水量提供支承；基地在靜水中為正浮態。本發明不帶有懸掛式固定壓載艙的浮式基地的重心高於浮心，穩性依靠立柱 30的水線面面積所形成慣性矩。雖然本發明立柱30的水線面面積的值應儘可能 地小，但由於立柱30間的距離比較大，本發明浮式基地的縱搖和橫搖兩個自由 度的慣性矩都還是比較大。同時，本發明浮式基地應儘可能減小浮心至重心的距 離，以利增大GM值，提高穩性，增大恢復力矩。本發明帶有懸掛式固定壓載艙的浮式基地的浮心可以高於也可以不高於重 心；高於重心時，穩性既依靠立柱30的水線面面積所形成慣性矩，也依靠不倒 翁效應。為了確保浮式基地的破艙穩性，本發明採取了三個措施。第一，立柱30在 水線面附近可採用雙層壁或加厚加強。"第二，雙潛體長圓筒結構單元26是對稱 的，如果某一個組合罐6的海水壓載艙破艙，可相應調整其它艙的壓載海水，以 保證穩性和浮態。第三，基地上部結構31的下部採用全水密艙結構或對稱的部 分水密艙結構，作為確保破艙穩性的最啟一道防線。耐波性 '計算機水動力分析的結果表明，i'本發明浮式基地在惡劣海況條件下6個自由 度，尤其是垂蕩、橫搖和縱搖的運動性能良好。這是因為本發明浮體的總體構形 決定的本發明基礎結構的吃水深；立—柱30雖然穿過波浪作用影響較大的水深，但立柱30的數量有限，總水線面面積較小，立面的尺度較小，截面積最大的主 立柱30—1位於潛浮體26艏艉兩端，間距很大；大尺度的底部結構位于波浪作 用影響很小的水深，底部結構的兩個潛浮體26之間除艏、艉阻尼板28和水平連 接板27之外，絕大部分是上下通透的，這一點十分重要。上述總體構形使得 浮體所受到的波浪力比較小；阻尼，特別是垂蕩阻尼和縱搖阻尼矩均比較大；連 體水的附加質量大。本發明浮式基地的固有周期均大於20秒，遠離波浪有效波 高所對應的周期(通常12 16秒)。如前所述，本發明浮式基地兼具小水線面雙 體船和深吃水半潛式平臺的特點，浮體的底部結構的長度至少是寬度的3 4倍， 它穩性所需的縱向復原力、以及垂蕩和縱搖的運動性能均應特別重視，本發明浮 體的總體構形對此均予以了特別的考慮。'以上設計措施既大大降低了浮體所受到 的環境載荷，又壓制了浮體的運動、避免和降低了諧振，使得本發明浮式基地的 耐波性優於任何一種現有的浮式平臺。.浮式基地帶有懸掛式固定壓載艙'35後，它的阻尼和連體水的附加質量均有 所增加，有利於進一步改善浮式基地的水動力特性。定位系統根據環境條件和設施的功能要求，將浮式基地系泊在海床上的定位系統可分 別採用多點系泊或單點系泊裝置，,-並.可輔以動力定位系統。多點系泊的形式和 半潛式平臺的系泊形式相同，系泊腿的導纜孔位於基地四角的主立柱上，系泊腿 可採用垂懸線、張緊索(TUAT MOORING LEG)或半張緊索(SEMI- TUAT MOORING LEG)之中的任一種形式由於本發明浮式基地的水動力優異，即使 在惡劣的海況條件下，採用多點系泊…也能滿足FPDSO、 FLNG和FONG、以 及採用乾式井口的設計條件。單點系泊裝置位於基地的艏部，可採用內轉塔單點 裝載或外轉塔單點裝置，系泊腿同樣可採用垂懸線、張緊索和半張緊索之中的任 一種形式。採用具有風標效應的單點系泊，.浮式基地的運動性能將更好，將更適 合FGTL的設計條件，更有利於液體^J外輸作業；但由於單點的轉塔的限制，安 裝鑽井設備目前尚比較困難。'坐底固定式基地的基礎結構及固定系統(參見圖13和圖14)坐底固定式基地的底部結構包括:J多根水平緊密排列的長圓筒結構單元26、 將多根長圓筒結構單元連接而形成一個整體結構的橫向框架32，形成竹排形結 構。事實上，坐底固定式基地的底部結構與前面引述的發明專利"帶海床儲罐的 坐底固定式平臺"所釆用的"臥式連排圓筒形多組儲液單元組合罐"("竹排"式 組合罐)基本相同。所不同的是，長闔筒結構單元26可以由單組或多組儲存不 同儲液組合罐串接而成。對於其有鑽井功能的基地，底部結構和上方井口區相對 應的部位設有上下貫通的矩形月池。''；('由於坐底固定式基地功能多，設施複雜，上部甲板面積比"帶海床儲罐的坐 底固定式平臺"大很多，立柱可以根據需要採用多排多根。立柱包括豎井立柱 30—2和支撐立柱30—3，立柱的根部必須坐落在橫向框架32上，在保證功能和 結構要求的前提下，立柱30—2或30，3的水線面面積應儘可能地小，數量應盡 可能地少，以減小波浪和海流和載荷。'"'本發明坐底固定式基地採用發明專利"帶海床儲罐的坐底固定式平臺"的相 關技術，不依靠重力而依靠水下樁或吸力錨33，使基地坐落和固定在海床上。 有關本基地的重量控制、總體設計、建造和安裝等內容，可參閱上述專利，不再 贅述。需要注意的是，如果個別安裝在橫向框架32上的立柱30—2或30—3根 部的內力過大，可以加設水下樁穿過底部結構打入海床，再將立柱安裝在水下樁14上，以免除立柱作用於底部結構的力。上部結構本發明海上基地上部結構31可以採用沿基地長度方向連續的、單層或多層 甲板結構，也可以採用多個不連續的單層或多層模塊結構，相鄰模塊間有通道連 接。就海上安裝的靈活性和生產操作的安全性而言，後者優於前者。如前所述， 浮式基地上部結構31的下部採用全水密艙結構或部分水密艙結構。部分水密艙 結構應位於浮式基地的艏艉兩端，橫向左右對稱。無論何種形式，水密艙的設置 均應能滿足浮式基地破艙穩性的要求。在進行基地總體設計時，對於基地上部結 構和設施操作重量的分布，對於基礎結構浮力和溼重的分布，均應予以特別的注 意，盡最大的可能減小浮力分布和操作重量分布的差異，尤其是浮式基地。由於 本發明浮式基地水線面面積較小，沿長度方向分布的基地總縱彎矩和剪力，主要 取決於溼重和浮力的分布差異所產生的靜水彎矩和剪力。 海上基地建造和海上安裝本發明基地的基礎結構除前述的LNG和LPG儲罐(16和7)必須採用鋼 板製造，浮式基地底部結構的水平連接杆27如果拉應力過大，可能需要採用鋼 材建造，其餘絕大部分的結構均推薦採用混凝土結構。發明專利"壓載海水和儲 液置換方法、組合罐和液體水下儲運裝置"對於採用混凝土結構的優點已作了詳 細的說明和比較，不再贅述。基礎結構採用鋼材建造也並非絕對不可以，但必須 要解決添加大量的固定壓載物和防海氷腐蝕的問題。如前所述，儲存常溫常壓液體(如原油)組合罐的內罐(儲液艙r還可以釆用玻璃鋼建造。採用鋼材和玻璃鋼建造基礎結構的優點是重量輕，吃水不太深即可漂浮，由此可利用幹船塢進行 建造，建造場地選擇餘地大。玻璃鋼(管)具有耐高溫和高壓^耐腐蝕，材料重度小、結構重量輕，導熱 係數小、保溫性能好，安裝、，運輸方便，免維護許多優點。本發明基地可採用多種方法，用現有成熟的技術和設施完成建造和海上安 裝。例如，混凝土基礎結構可採用和泡凝i:重力平臺建造方法相同的方法，在深 度足夠的土幹瑪建造底部結構，然後在遮蔽的深水場地完成後續的建造。鋼製基 礎結構可利用幹船塢建造。上部結構和設施可採用浮託法完成海上安裝；等等， 不再贅述。浮式基地的懸掛式固定壓載艙艙體容器36和基礎結構的主體分開建造，可 採用乾塢建造，但可能需要安裝臨時漂浮物，以便漂浮出塢，或者釆用駁船進塢， 將固定壓載艙艙體36懸掛在血底出塢。.採用漂浮拖航或水下拖航進行海上運輸。 艙體容器36材料可採用混凝土、鋼材或玻璃鋼。懸掛式固定壓載艙艙體容器36 和基礎結構的主體的海上連接的關鍵是；將水下懸掛式固定壓載艙艙體容器36 移位至基礎結構的主體的下方，再將懸索37連接和固定在基礎結構的主體上。 多功能海上基地的優點本發明海上基地的最大的優點是^ .決了海上天然氣和伴生氣利用，如LNG、 GTL、 CNG、 GTW所需的海上固定鈾^和浮式結構的難題。本發明坐底固定式和浮式te上基地均具有發明專利"帶海床儲罐的坐底固定 式平臺"和發明專利"帶水下儲罐的浮式平臺"的主要優點如，系統和結構簡 單、建造工藝簡單、建造工期短、安全環保、投資和操作維護費用低、抗腐蝕性 能好、結構物的壽命長、浮式基地水動力性能好等；適用範圍廣，既可用於淺水， 也可用於深水；既可用於海上大型、生產壽命長的油氣田的開發，又可用於小型、 生產壽命短的油氣田，尤其是邊際油氣田的開發， 一個油氣田開發結束後，基地可以遷移至其它油氣田重複使用。最重要的是，本發明海上基地具有上述兩個專利所不具備的特點和優點單 層甲板面積通常遠大於FPSO，可同時安裝鑽井、石油天然氣生產和處理、天然 氣和伴生氣的液化、合成加工等多種設施和設備；解決了上述兩個專利無法儲存和外運LNG和LPG的問題。因此，本發明安裝不同的設備設施後可形成下列浮式和坐底固定式石油天然氣開發生產裝置或其組合裝置-浮式鑽井、生產儲卸裝置(FPDS0)浮式原油天然氣生產儲卸裝置(F0NG)浮式液化天然氣生產儲卸裝置(F.14Q)浮式天然氣合成液烴或甲醇生產儲卸裝置(FGTL)坐底固定式原油天然氣生產儲卸裝置(G0NG)坐底固定式液化天然氣生產儲卸^置(GLNG)坐底固定式天然氣合成液烴或甲醇生產儲卸裝置(GGTL) 應用實例l:浮式鑽井、生產儲卸裝置(FPDS0)本裝置基礎結構為混凝土結構，'它的兩個完全相同的長圓筒結構單元26， 由多組儲存原油的組合式儲液罐6串接而成，每個組合罐的長度不大於50米， 儲液艙採用混凝土或玻璃鋼建造。.在f長圓筒結構單元26中部可設置儲存鑽井完 井所需的鑽井液、完井液等的組合式儲液罐。兩個長圓筒結構單元26水平中心 軸線的距離通常不小於長圓筒外徑的i 2倍。本裝置用於深水水域時，長圓筒 結構單元26的頂部水深不小於40米。兩個長圓筒結構單元26和使二者成為一 個整體的水平連接杆27和艏、艉水平阻尼板28，共同組成了底部結構(參見圖 8)。在底部結構的艏、艉水平阻尼板'28下方各連接了一個懸掛式固定壓載艙35 (參見圖7和圖9)，艙體36採用混凝土或玻璃鋼建造。連接底部結構和上部設 施結構31的是立柱30，包括位於四角的主立柱30—1、中部的豎井立柱30—2 和必要的支撐立柱30 — 3，其設置形式應根據水動力分析和結構分析的結果確 定。和半潛式鑽井船類似，本裝置採用多點系泊，系泊導纜孔位於裝置四角的主 立柱30—1上。本裝置採用懸掛式固定壓載艙35對於降低裝置的重心、增加系統的阻尼和 連體水附加質量、改善裝置的穩性和耐波性，對於減小裝置靜水彎矩的中垂、改 善結構受力，均具有重要的作用。.、為了減少預埋於長圓筒結構單元和水平連接杆混凝土結構的海水和原油管 線，減少安裝於單元外部的管線，本裝置用於原油儲運的泵組模塊可採用2 4 套，通過切換閥門組，為兩邊各2 4:個組合罐6配套。本裝載採用密閉氣壓連 通式海水和儲液等質量流率自動置換流程系統，內部惰性氣體壓力低於組合罐外 部海水靜壓力。基礎結構的立柱30—1,和30—2的豎井圓筒內安裝各種管線、纜 線、海水壓載泵l、海水卸載泵2和原'油卸載泵5等。由於組合罐6內部惰性氣 體具有一定的壓力，可以保證卸載泵的吸入口所需的壓頭，海水卸載泵2所在的 甲板位於水下的深度不需要很深，:原油卸載泵5所在的甲板通常可位於水面以上上部設施31的甲板結構採用艏艉兩端和橫向左右對稱的部分水密艙結構。 水密艙的設置應能滿足浮式裝置破艙穩性的要求。上部設施包括鑽井設施、乾式 井口、油氣生產設施、含油汙水處理設施、公用設施和生活設施等，月池和鑽機 位於裝置的中心部位。卸油採用穿梭油輪艉部串靠或旁靠的方式。根據長圓筒結構單元26的直徑和長度大小，本裝置儲存原油10 15萬方以 上，可用於西非和巴西等深7jC:海域。應用實例2:浮式原油天然氣生產儲卸裝置(F0NG)
本裝置基礎結構為混凝土結構，它的兩個完全相同的長圓筒結構單元26， 由多組儲存原油、凝析油、LPG和LNG的組合式儲液罐6串接而成，每個組合 罐的長度不大於50米，LNG的儲罐16的端部設置工藝艙。兩個長圓筒結構單 元26水平中心軸線的距離、頂部水深、連接兩個長圓筒結構單元26水平連接杆 27和艏艉水平阻尼板28、連接底部結構和上部設施結構31的立柱30的設置形 式等，和應用實例l相似，不再重複，不同的是採用外置底部固定壓載艙34而 非懸掛式固定壓載艙35,工藝艙的上部必須相應配置豎井立柱30—2。
本裝置的原油和凝析油的儲運採甩密閉氣壓連通式壓載海水和儲液等質量 流率自動置換流程系統，內部惰性氣體壓力低於組合罐外部海水靜壓力。LNG 和LPG的儲運採用氣壓式壓載海水和LNG (LPG)等質量流率自動置換流程系 統。LNG (LPG)卸載泵15的泵艙設置在豎井立柱30—2內部的水面以上的位 置，裝載泵14可設置在同一艙內或另行設置在上部設施的某一甲板上。上部設 施31的甲板結構下部採用全水密艙^楠，應能滿足浮式裝置破艙穩性的要求。 上部設施31包括油氣生產設施、油田伴生氣處理設施、凝析油、LPG和LNG 回收和生產裝置、含油汙水處理設施》公用設施和生活設施等。原油和凝析油卸 油採用穿梭油輪艉部串靠的方式，LPG'和LNG採用運輸船旁靠的方式。
本裝置採用位於艏部的外轉塔單點系泊裝置，並可輔以動力定位系統。
本裝置水動力特性非常好，可用於北海、墨西哥灣和南中國海等海況惡劣的
深水水域o
應用實例3:坐底固定式鑽井和液化'夭'然氣生產儲卸裝置(GDLNG)
本裝置的底部結構為竹排形結構,,包括多根水平緊密排列的長圓筒結構單 元26、及將它們連接、形成一個整體結構的橫向框架32。每根長圓筒結構單元 26為一個LNG組合罐6， LNG儲罐16兩端均設置工藝艙。為了減少LNG組合 罐6的數量，可將相鄰兩個或多個長圓筒結構單元的組合罐的海水壓載艙7底部、 和頂部、LNG儲罐16底部和頂部分別從兩端用管線連通，使它們合併為一個大 的LNG組合罐，相應的工藝艙的數量也可減少，兩端只保各留一個。
本裝置的立柱30可以根據需要架用多排多根。其中，豎井立柱30—2位於 工藝艙上部與之配套，數量和'工藝艙數量相同，其餘均為支撐立柱30—3。立柱 的根部均坐落在橫向框架32上。在保證功能和結構要求的前提下，立柱30—2 或30—3的水線面面積應儘可能地小，(數量應儘可能地少，以減小波浪和海流和 載荷。
LNG的儲運採用氣壓式壓載海水和LNG等質量流率自動置換流程系統。 LNG卸載泵15的泵艙設置在豎井立柱30—2內部的水面以上的位置，裝載泵14 可設置在同一艙內或另行設置在上'部設施的某一甲板上。
本裝置依周邊的靠水下樁33，使之坐落和固定在海床上。由於本裝置包含 鑽井設備和乾式井口，因此底部結構和甲板並口區相對應的部位設有上下貫通的 矩形月池。甲板井口區位於裝置下風向的端部。上部設施31除鑽井和井口釆油 樹外，主要包括天然氣乾燥和脫酸處理、;壓縮設施、液化設施、LNG外輸設施、 公用設施和生活設施等。本裝置既可釆用縱向旁靠、也可採用橫向旁靠LNG運 輸船的方式外卸LNG。
本裝置適用於海況條件較好的淺水海域的天然氣田的開發。
權利要求
1.一種多功能海上基地，具有海上油氣田鑽井、生產、氣體利用和儲運功能，並能滿足GTL、LNG、CNG和GTW的生產要求，包括雙潛體浮式海上基地(TWIN SUB OFFSHORE BASE——TSOB)、竹排坐底固定式海上基地(BAMBOO RAFT-GROUNDED BASE——BRGB)兩種形式，為了保證在儲液裝載和卸載作業的過程中，基地的操作重量不變、重心在基地平面投影位置也不變，它們都採用壓載海水和儲液等質量流率置換流程和流程配套的組合罐儲存儲液。其技術特徵在於它們均由下部結構和上部結構兩部分組成，形成一個整體結構；下部結構由一個底部結構和多個立柱構成，底部結構的主體為可儲液的長圓筒結構單元、必要時配置的固定壓載艙；上部結構內安裝生產設施；立柱連接底部結構和上部結構。
2. —種壓載海水和LNG或LPG等質量置換方法，用於LNG和LPG在海 上的儲存和運輸，該方法流程系統的設備主要包括組合罐內部的海水壓載艙及其 頂部的天然氣注入閥和天然氣排出閥、LNG或LPG儲罐(簡稱"儲液罐")及 其頂部的天然氣注入閥和天然氣排出閥，海水壓載泵、海水卸載泵、儲液裝載泵、 儲液卸載泵和相應的管路閥門、控制系統等。流程中壓載海水分別由海水壓載泵 送往海水壓載艙，由海水卸載泵從海水壓載艙排出；儲液(LNG或LPG)由儲 液裝載泵送往儲液罐，由儲液卸載(外輸)泵從儲液罐外輸；在儲液裝載或卸載的過程中，壓載海水相應地以等質量流率自動同歩卸載或壓載。其技術特徵在於海水和儲液卸載時，經注入閥注入的壓縮天然氣來自基地上部設施的生產流程， 海水和儲液卸載所需的能量既來自卸載泵，也來自上部生產流程連續提供的壓縮天然氣的壓縮能；海水或儲液壓載或裝載時，經排出閥排出的壓縮天然氣依靠壓 載泵或裝載泵所提供的能量，返回基地上部生產流程。
3. —種懸掛式固定壓載艙，可用於包括如權利要求1所述的浮式基地在內的各種海上浮式結構(浮體)，它包括艙體容器和一根或數根將固定壓載艙艙體容器懸掛固定在浮體主結構底部的懸索，共兩部分組成，其技術特徵在於固定 壓載艙容器的安裝、懸掛、固定和向容器內添加固定壓載物，均屬於浮體海上安 裝作業的一部分內容，均是在海上場地完成的。
4. 如權利要求1所述的長圓筒結構單元，其技術特徵在於長圓筒結構單 元由一組或多組臥式組合式儲液罐串接而成；如果長圓筒結構單元內部有LNG 組合罐，則該組合罐的一端或兩端可以增設工藝艙，以便管線從組合罐的端部接 出；工藝艙的圓筒形艙壁的材料、結構形式和其兩端組合罐的海水壓載艙相同。
5. 如權利要求1所述的雙潛體浮式海上基地，其技術特徵在於雙潛體、 小水線面、深吃水、浮心可根據需要，低於或高於重心。
6. 如權利要求1所述的雙潛體浮式海上基地下部結構的底部結構，它的主 體為兩根完全相同的、有足夠間距和水平平行的長圓筒結構單元(潛浮體)，潛 浮體位於受波浪影響很小的水深處；連接兩個潛浮體、使之成為一個整體的是艏、 艉水平阻尼板和二者之間的數根水平連接杆。其技術特徵在於在兩個潛浮體之 間，雖然存在水平阻尼板和水平連接杆，但絕大部分必須是上下通透的；水平阻 尼板的水平平面面積遠大於數根水平連接杆的水平平面面積，水平連接杆在保證 結構強度的條件下直徑應儘可能地小。
7. 如權利要求1所述的雙潛體浮式海上基地下部結構的立柱，共兩排、連接基地的兩個長圓筒結構單元(潛浮體)和基地上部結構，每排的結構形式和布 局完全相同；立柱中包括共4根位於基地四角的主立柱、以及數根豎井立柱和支 撐立柱。其技術特徵在於在保證浮式基地對於可變載荷和穩性的要求的前提下, 立柱的總水線面面積應儘可能地小；三種立柱中，主立柱的直徑(水線面面積) 最大，在保證豎井立柱內部管線和設施安裝要求和強度要求、支撐立柱的強度要 求的條件下，它們的直徑(水線面面積)均應儘可能地小。
8. 如權利要求1所述的雙潛體浮式海上基地，其技術特徵在於它可以採 用多點系泊的定位系統系泊於海床上，和半潛式鑽井船類似，定位系統的系泊腿 採用垂懸線、張緊索和半張緊索之中的任一種形式，系泊腿的導纜孔位於主立柱 水面線附近。
9. 如權利要求1所述的雙潛體浮式海上基地，其技術特徵在於它可以採 用單點系泊的定位系統，單點系泊裝置位於基地的艏部，可採用內轉塔單點裝載 或外轉塔單點裝置，系泊腿可採用垂懸線、張緊索和半張緊索之中的任一種形式。
10. 如權利要求1所述的竹排坐底固定式海上基地，其技術特徵在於它的 下部結構包括多個豎井立柱和支撐立柱、一個由多個長圓筒結構單元水平緊密排 列而成的"竹排形"底部結構，底部結構採用水下樁或吸力錨，使基地坐落和固 定在海床上。
全文摘要
一種可實現海上石油天然氣的鑽井、生產、氣體利用和儲運功能，滿足GTL、LNG、CNG和GTW生產要求的海上多功能基地，包括依靠定位系泊系統系泊在海床上的雙潛體浮式海上基地(TWIN SUB OFFSHORE BASE——TSOB)，和依靠樁固定在海床上的竹排坐底固定式海上基地(BAMBOO RAFT-GROUNDED BASE——BRGB)，它們都採用壓載海水和儲液等質量流率置換流程和配套的組合罐儲存、裝卸液體產品。基地的系統和結構簡單、抗腐蝕性能好、壽命長，安全環保、投資和操作維護費用低，適用水深範圍寬；可用於大型和生產壽命長的、或小型和生產壽命短的油氣田，尤其是邊際油氣田的開發；一個油氣田開發結束後，可以遷移至其它油氣田重複使用。
文檔編號B63B35/44GK101665143SQ20081019633
公開日2010年3月10日 申請日期2008年9月5日 優先權日2008年9月5日
發明者吳植融 申請人:吳植融