第五章-单点系泊及浮式生产系统.ppt

1、,2007年度新到大学生培训系列,油气集输工艺-单点系泊及浮式生产系统,王聚锋（13752601263）中海石油（中国）有限公司天津分公司2007年10月25日,目录,第一节 单点系泊系统第二节 浮式生产系统概述第三节 浮式生产储油轮的工艺系统第四节 原油储存,第一节 单点系泊系统,一、概述,全海式集输方式全海式指原油从采出到外输的所有集输过程全在海上进行。它适宜位于远海、深海的油田。由于该方式多数采用浮式设施，费用相应较低，因此一些离岸较远的低产油田，边际油田也往往来用这种方式。海洋油气集输的方式一般可以分为全海式、半海半陆式和全陆式。由于方案不同，对储运方式及工艺设备的布局带来较大的影响。

2、,1、海上油气生产和集输系统的模式：海洋油气集输的方式一般可以分为全海式、半海半陆式和全陆式。由于方案不同，对储运方式及工艺设备的布局带来较大的影响。,半海半陆式集输方式：指集输系统的部分工艺设施在海上，部分在陆上。一般是采集、分离、计量、脱水等在海上。原油经海底管线运送到陆上进行稳定、储存、中转等，该输送方式适应性较强，不论远海、近海都可采用。但该方式必须铺设海底管线，对海底地形复杂，或原油性质不适宜管输的情况，不宜采用这种方式。,一、概述,一、概述,全陆式集输方式：指原油从井口采出后直接由海底管线送到陆上，油气分离、处理、储存全在陆上进行，这种集输方式只能用于离岸很近的油田。由于海上作业工

3、程量少，因而投资省、投产快。但这种集输方式因受井口压力的限制，对离岸远的油田不适用，而且因集输管线是油气水三相混输管内摩阻大，要求管径也相应增大。,2、选择油气集输方式的原则选择集输方式是海上油田开发的第一步，影响因素很多。必须在掌握如下资料的基础上进行综合经济评价后确定。油气藏情况：包括油田面积、可采储量、开采方法、油气井生产能力、开采年限、油气性质等；油田位置：油田离岸距离、岸上码头情况或建港条件、油田附近有无岛屿等；环境条件：油田水深、海底地形、海水和土壤性质、气象、海况、地震资料等；油气销售方向：原油内销还是出口，到消费中心距离、输送路线是水路还是陆路；海上施工技术：承制海上结构的工厂

4、及海上施工、运输、铺管等技术水平和设备条件等；其他条件：如原油价格、材料价格、临时设备重至复利用的可能性、投资、操作费用、经济评价后的盈利情况。,一、概述,一、概述,3、单点系泊系统的发展：50年代后期发展起来，并迅速推广的一种海上系泊油轮的方式。最早的单点系泊是作为在中东和远东地区港口装卸油的终端，来代替新的码头或原有码头的延伸部分。后来发展成为海上油田系泊穿梭油轮或储油轮的单点系泊。如系泊的是储油轮，则穿梭油轮可旁系或串系储油轮，再通过软管从储油轮向穿梭油轮装油。单点系泊的油轮像风向标一样随海流或风向的变化围绕着单点系泊装置自由转动，油轮总是保持在最佳的抗风浪位置，通过海底管道输送来原油经

5、单点系泊立管和旋转接头后，再经软管进入穿梭油轮或储油轮。它具有安全、可靠、经济等优点，对海上边际油田和早期开发起着重要的作用。下面简单介绍几种单点系泊。,一、概述,单点系泊系统-塔式悬挂臂座架 单点系泊系统（SPM）是一种塔式系统结构，可使FPSO随风浪作360回转。即使FPSO处于旋转状态，SPM油水通道仍可以通过产出液和回注液，而通过电滑环则可使FPSO为其它油田设施提供动力。悬挂臂配有大型压载浮筒为FPSO提供系泊恢复力。,二、单点系泊装置的类型,类型：单点系泊装置主要有两种基本类型，即悬链式浮筒系泊装置和单锚腿系泊装置。目前在我国海上油田采用的单点系泊装置大概有4种：导管架塔式刚性臂系

6、泊装置、固定塔式单点系泊装置、可解脱式转塔浮筒系泊装置和永久式转塔系泊装置。,1、悬链锚腿系泊（Catenary Anchor Leg Mooring-CALM）：这是一种最普通的系泊。它是一个漂浮在水面上的大直径的鼓形浮筒，由6根悬链锚固定到海床上。浮筒上装有旋转接头、装油管汇和系泊臂。旋转接头通过浮筒下软管与海底管道相连。油轮由缆绳系泊到浮筒。一条漂浮软管将单点与油轮相连，通过该软管向油轮装油。它的主要优点是结构简单、便于制造和安装；它的组成部件除旋转头和软管之外，都是常规产品，设计、制造、安装简便、造价低廉。缺点是要求海底地貌平坦，浮筒的漂移、升沉随环境条件的恶劣而增长，这将使水下软管过

7、度挠曲而易于损坏。在持续摇荡期间，工作艇难于靠近，给维修保养工作带来不便。,二、单点系泊装置的类型,2、单锚腿系泊装置（Single Anchor Leg Mooring，简称SALM）该装置它有一个细长的圆柱形浮筒，通常直径约为67m，高度约为15m。浮筒下面用锚链拉住，锚链的下端固定在海底基座上。由于浮筒具有正的剩余浮力，所以锚链始终保持一定的张力。海底基座是以承受浮筒的正浮力和最大系泊载荷为条件的。锚链与浮筒之间、锚链与海底基座之间，都用万向接头相连接；这种结构能使整个浮筒和油轮围绕系泊中心转动，而无需在浮筒上面安装轴承和转台。输油管路不通过浮筒，水下软管与漂浮软管合为一条，直通油轮。,

8、二、单点系泊装置的类型,二、单点系泊装置的类型,3、单浮筒刚臂系泊装置（Single Bouy Storage，简称SBS）该装置是在悬链式浮筒系泊装置的基础上发展起来的，其主要差别是用刚性轭臂系泊取代缆绳系泊，如图所示。刚性轭臂与储油轮之间的铰链连接，允许产生纵摇；它的另一端支持在浮筒上，可以围绕浮筒旋转，并通过万向接头连接在一起，这样就可使浮筒、刚性轭臂油轮的摇摆角各自独立。大多数刚性轭臂都设计成A字架形式，采用封闭的箱型结构。,二、单点系泊装置的类型,4、单锚腿刚臂系泊装置（Single Anchor Leg Storage，简称SALS）该装置是在单锚腿系泊装置的基础上发展起来的，如图

9、所示。刚性轭臂与油轮是铰链连接，并通过一个允许有相对纵摇和横摇运动的铰链接头与系泊立管相连。铰链接头通过滚柱轴承连接到立管顶部，使轭臂和油轮能随风摆动。与立管组合在一起的浮力舱趋于使立管保持垂直位置，从而为油轮保持在停泊点位置提供了恢复力。立管底部是通过万向接头与海底的锚定底座相连的。这两种类型的系泊装置，使用的刚性轭结构，可以减少油轮的自由度，改善其作业状况，使整个系泊系统的性能更为稳定。系泊油轮与单点系泊之间的刚性连接，可以避免在较恶劣海况下，油轮对浮筒的碰撞和失控飘移以及油轮和浮筒之间的激励振荡。这就是使用刚性轭臂的效应。油轮无需倒车推进器或拖轮控制，作业比较安全可靠。,二、单点系泊装置

10、的类型,二、单点系泊装置的类型,5、导管架塔式刚臂系泊装置 下图是我国渤海某油田采用的导管架塔式刚臂系泊装置。浮式生产储油轮是借助于系泊刚臂连接到架管架上。系泊头安装在导管架顶部中央的将军头上。系泊头上安装有转输油、气、水的流体旋转头和一个转动轴承，它可以使生产储油轮和系泊刚臂一起绕着导管架转动。系泊臂是一个刚性“A”字形钢管构架，其前端依靠横摇-纵摇绞接头与系泊头相连接，后端依靠系泊腿与生产储油轮的系泊构架连接。在系泊刚臂后的压载舱中，装有防冻的压载液。当系泊系统处于平衡状态时，悬吊系泊刚臂的系泊腿是垂直的。当生产储油轮由于环境力而移动时，系泊刚臂被抬起，从而产生恢复力，迫使生产储油轮回到平

11、衡位置。系泊腿的上、下端均用万向节分别与系泊构架和系泊刚臂相连接。系泊刚臂的前端和系泊头的连接是横摇纵摇绞接头，再加系泊头上的转动轴承，这就使生产储油轮在风浪中，能自由地进行所谓的六向运动（即纵摇、横摇、前后移动、升沉、漂移、摆艏）。,二、单点系泊装置的类型,二、单点系泊装置的类型,二、单点系泊装置的类型,单点系泊系统-塔式悬挂臂座架 单点系泊系统（SPM）是一种塔式系统结构，可使FPSO随风浪作360回转。即使FPSO处于旋转状态，SPM油水通道仍可以通过产出液和回注液，而通过电滑环则可使FPSO为其它油田设施提供动力。悬挂臂配有大型压载浮筒为FPSO提供系泊恢复力。,二、单点系泊装置的类型

12、,1）主要部件的技术参数导管架：高度43.6m，底部15.415.4 m，顶部.8m5.8 m，四根桩腿的直径为1.3m转台轴承：直径2.44m。转盘：直径3.1m。流体旋转头：（a）输油模块：直径8in3个；（b）输气模块：直径4in1个；（c）输水模块：直径8in1个。系泊臂：总长36.5m，宽度24m（与系泊腿连接处）。系泊腿：直径0.6 m，总长13m。系泊构架：高度15.75m。,二、单点系泊装置的类型,2）环境设计条件：该单点系泊系统是按照以下环境条件设计的：A、无冰条件：百年一遇的风暴，与生产储油轮连接时的生存条件：有效波高:5.3 m；最大波高：9.9 m；平均波浪周期：9.3

13、s；1小时平均风速：33m/s；1分钟阵风：41m/s；表层海流:1.76m/s。一年一遇的风暴，与生产储油轮连接时的环境条件：有效波高:2.3 m；最大波高：4.3 m；平均波浪周期：6.1s；1小时平均风速：18m/s；1分钟阵风：21m/s；表层海流1.37m/s。,二、单点系泊装置的类型,B、有冰条件：该系泊系统系泊臂的设计，在连接情况下，可以抵抗由下述的风、海流、冰而综合形成的载荷和运动：百年一遇的风速；25年一遇的冰情，即24cm厚的平板冰；44cm厚的冰堆，破碎的5 m5 m44cm冰块；冰的漂移速度：1m/s；无浪（因为被冰层压住）；冰的漂移方向和风的方向平行或稍有变化，足以保

14、证生产储油轮能够转动。,6、固定塔式单点系泊装置 右图为我国南海某油田采用的一种固定塔式系泊。塔身是圆柱形的，立径为5.7m。塔底座用钢桩锚固在海床上。塔身水面上有一防碰圈。旋转接头安装在塔顶，一端连接立管，另一端与软管相连。该系泊的设计能抗南海的台风。当台风来时，系泊的储油轮可迅速撤离，解脱后的软管靠自重沉于海底。,二、单点系泊装置的类型,1）上部结构 固定部分是个直径为2.3m的圆柱体，是下部结构的延长部分，焊装有转台轴承座和三层固定平台，分别支承着流体旋转头、电仪设备、管线系统、阀门、清管器收发装置和通道设施等。旋转部分包括系泊转台、防碰圈和转动框架 2）下部结构下部结构是由一个直径为5

15、.7m的圆柱体焊接在一个基座上，该基座由三个各成120度的径向箱形梁构成，用6根桩固定在海底，每根桩长60m。圆柱体内安装有三根用于输送油、水、气的刚性立管，采用法兰跟海底管线连接。3）系泊缆绳一段耐磨链，通过挂钩连接在单点系泊臂上。一条周径68.6cm(27in)，长60m的尼龙缆绳，其最小破坏载荷为1700t。,二、单点系泊装置的类型,4）柔性软管：在单点系泊和FPSO油轮之间，连接着两条悬垂的柔性软管；在油轮船头配有可以迅速连接或解脱的接头装置，解脱后软管末端的球阀会自动关闭，防止原油溢出。,二、单点系泊装置的类型,7、BTM,二、单点系泊装置的类型,二、单点系泊装置的类型,二、单点系泊

16、装置的类型,三、单点系泊的主要部件,1、浮筒：除了固定塔式单点系泊装置之外，其余类型的单点系泊装置大多装设一个浮筒，以提供正浮力以及安装转盘和流体旋转头之用。浮筒尺寸的大小是根据所需正浮力和结构要求而确定的。除了强度上的要求外，浮筒必须满足水中稳定要求，包括在无链拖航和最大外界环境中的稳定。浮筒壳体通常分隔为多个水密舱并满足一舱不沉不翻。浮筒应能承受最大系泊负荷和外界环境负荷的作用。建成后的浮筒应经过1.5倍最大设计压力的试验。2、桩腿构件：单点系泊系统的桩腿是将浮筒支持在安装点的部件，基本上分为锚链类（或锚链立管）和刚性构件两种，按数量划分有单桩腿和多桩腿之分。桩腿构件之间的连接一般采用万向接头。桩腿受力相当复杂，一方面须作动态分析，另一方面需作水池模型试验。分析和试验时，对安装海域的风、浪、海流、潮汐、系泊船的参数等因素都需考虑。按照规范规定，桩腿必须能承受百年一遇的风暴负荷。APS规范规定，锚链的安全系数一般不得小于3。,3、系泊缆绳：系泊缆绳是系泊船只的主要部件。按APS规范规定，系泊缆绳最多只能由两根组成。它由系泊负荷决定。设计单点系泊系统时，系泊负荷是主要参数。目前国内外海