專利名稱：單柱浮式采油、儲油和卸油系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在深水域或超深水域進行海洋石油開發的單
柱形式的浮式采油、儲油和卸油(FPSO)結構，其設有用于存儲生產 的油的裝置，所述裝置以使平臺在其運動、甚至在不利的海況中更穩 定的方式布置。
更特別地，本發明涉及對使用浮式結構類型的單柱平臺結構的改 進，所述浮式結構包括由(a)淹沒在水中的下部分和(b)在海平面 之上的上部分形成的可旋轉對稱體。所述下部分設有能夠保持與其表 面接觸的大量水的外周突起，產生對抗由于波浪和涌流引起的結構移 位的阻尼力；在所述上部分安裝用于保持石油鉆探和/或生產的設備的 曱板。此外，上述提到的可旋轉對稱體還包括以隔室方式位于殼體的 上部分和下部分中的壓載罐。可旋轉對稱體的下部分具有內部空隙 ("月池")，所述內部空隙用作由波浪引起的運動的阻尼器而且隔水管 從其中穿過，所述隔水管可以傳送由在海底的井生產的流體。
阻尼裝置的均勻應用以及罐的數量和布置給出了有益于這種類型 的殼體的結構功能特征。
背景技術：
位于海洋的深水域和超深水域(水層深度超過2,000米)的石油 生產田的發現要求使用浮式結構，所述浮式結構具有用于接收其開發 和生產所必需的設備和設施的能力和強度。這些浮式結構(或者固定 不動的生產單元-SPU)連接到用于井生產的流體的生產和輸出的隔水 管上，所述浮式結構經受海洋涌流的作用。
由于水層深度、井的生產能力和在這些區域操作的安全要求的 增加，尋求用于面對這種挑戰的技術方案變得日益復雜，其將所包括的巨大費用增加到使整個企業不能獨立生存的程度。
一個將面對的主要挑戰涉及將由浮式結構支承的負載，因而出現 了各種創新的實施例，其與最適合類型的結構選擇相關并且與既用于 浮式結構本身又用于生產隔水管的錨泊系統相關。然而，大多數的革 新應用于傳統結構(比如半潛式鉆機和油罐)。
半潛式鉆機的基本特征是它們在被錨泊之后保持在基本上穩定的 位置并且在環境作用力(例如，比如風、波浪和海洋涌流)的作用下 具有很小的運動。盡管如此，這些鉆機具有有限的接收負載的能力， 這阻礙了它們用于安裝在加工廠使用的設備或用于存儲大量的油的應 用。另一個將要考慮的因素是構造它們的殼體的復雜性，這需要不同
工作的對策的施工技術。
在另一個方面，適用于在它們的甲板上接收生產工廠的油罐的使 用已經成為一個非常好的使用過的備選方案，因為這些船具有大的儲 油能力。然而，在設備的安裝位置和油罐的結構方面，負載分布問題 成為這種結構的一個主要問題，其必須進行非常好的評估。
最近，已經提出了所述領域的技術人員已知的作為SPAR型平臺 的單柱型的深吃水深度結構。這些巨大的平臺通常包括用于支承設施 和設備的大圓筒體；所述圓筒體用纜繩系泊在海底。這種類型的結構 被設計成經受很小的運動并且用于深水。然而，其缺點是具有長度非 常大的吃水深度和很小的用于容納設施的表面積，這使得它很難適應 在其曱板上安裝通常所必需的設施并且很難將其運送到油生產現場。 因此，該工程需要在開闊的海上安裝甲板，由于需要使用各種不同的 海上支援輔助船舶，這些都高度復雜并且承擔很高的操作費用，因而 限制了這種項目的開展。
從嘗試解決上述提到問題的方案中，我們現在討論一些先前的提案。
第一個提案是在1994年3月1日公布的專利文獻JP 1994/056074， 其中提出了一種浮式海洋結構，其由安裝在殼體的上部分上的由盤形和圓筒形的柱形成的殼體組成；所述柱包括在內部的內水隔室，所述 內水隔室通過設在殼體中的水輸送開口與外部的水相連。殼體的外周 表面設有用于擔負減少結構震蕩任務的開口向下的傾斜翼片，使殼體 能夠用于休閑設施、旅館等。所述結構不能滿足在深水域或超深水域 的工作條件。
在2000年9月5日的專利文獻US6，113，314中，顯示了一種用于 快速拆卸浮式結構的方法，所述浮式結構處于主動漂浮狀態，其為被 所屬領域的技術人員通稱為TLP型平臺(張力腿平臺)。這種類型的 平臺包括具有高度穩定性的浮式結構，所述浮式結構用張緊的纜繩錨 泊到海底保持定位并且連接到淹沒在水中的浮式連接頭上。在本文獻 中描述的生產平臺具有安裝在結構頂部的生產設備和具有高存儲能力 的生產容器，所述生產容器能夠接收由各個生產井生產并隨后傳送到 油罐中的油。生產容器優選為圓筒形形式，其能夠包括繞中心部分分 布的內腔室以及通過分隔壁連接到中心部分的外腔室。所述內腔室用 于存儲原油和天然氣，所述外腔室用于存儲海水或空氣以確保結構的 壓載。生產容器利用施加鋼筋混凝土的技術構造而成以確保結構的穩 定性和用于抵抗惡劣的氣候和水山的碰撞以及其他威脅的強度。
在2002年11月14日公布專利文獻WO 02/090177中提出的另一 個提案描述了 一種平臺，所述平臺包括能夠在其上表面支承用于在海 底鉆探和/或生產碳氫化合物的設備的半潛式體。平臺的主體優選為圓 筒形形式，其具有平底面，在其下部分設有位于平臺的重心下方的部 分中的外周切口。圓筒形體設有中心開口，生產所必需的設備和用于 生產流體的生產和輸送的隔水管穿過所述中心開口 。存儲罐和進一步 伸出的壓載罐環繞所述中心開口布置。
2002年1月22日的專利文獻US 6,340,272示出了一種構造海洋 平臺的方法。所述海洋平臺將自浮式曱板結構與自浮式下部結構結合 在一起，所述自浮式曱板結構可能是設備已經安裝在其上的浮式碼頭 或駁船。將結構分別帶到現場，在該處將它們連接在一起；下部結構 部分淹沒在水中，碼頭或駁船位于下部結構的上方；從下部結構除去壓載物以便在下部結構和浮式碼頭之間形成豎向的接合力。所述方法 具有減少構造結構的時間和委托費用以及由于增加甲板復雜性所用的 構造費用的優點。本方法的基本目的是減少與工程有關的費用，例如， 構建臨時使用的碼頭的費用、使用將結構運送到生產現場的駁船費用、 在運輸操作過程中由于失誤而毀壞結構的費用等等。
在2003年8月7日公布的專利文獻WO 03/064246中提出了一種 SPAR型結構，其浮式殼體由被細分成隔室的多個單元形成，其漂浮 由固定的和/或可變的壓載物控制。所述單元可以不同方式制成并具有 不同形式。壓載物可以布置在單元上或單元中以便調節浮動、節省空 間和提高結構的穩定性。即使如此，還不能完全解決由于結構的大小 (主要是所需的深吃水深度)所引起的問題。
在2004年12月28日公布的專利文獻BR 0300265-9中描述的提 案提出了一種用于在深水域或超深水域的海上使用的石油生產或鉆探 的海洋設施的浮式結構。所述浮式結構由相對于豎向軸的旋轉對稱體 形成，所述旋轉對稱體包括中心開口并具有兩個不同部分在海平面 上的圓筒形或多邊形的上部分，在其上部準備用于保持曱板，所述曱 板設有鉆探或生產操作所必需的所有設施，下部分有比上部分的尺寸 更大的外部尺寸，兩部分連接在一起以便形成形狀為向下傾斜的過渡 區的外部輪廓。過渡區負責根據海洋波浪的運動來控制引起結構傾斜 的振蕩。內部空隙和下部開口用作限制結構豎向運動("垂蕩")的裝 置，允許隔水管穿過其內部并連接到平臺結構上，確保在連接點處的 張力明顯減少。該結構構造成模塊，所述模塊彼此連接以形成真正的 生產人工島，所述結構的運動被最小化，為接收和輸出產品的裝置的 選擇提供了更大的靈活性，以及明顯減少了工程費用。
不像SPAR型平臺，這種類型的平臺具有淺的吃水深度和用于安 裝設備的大平面，大大有助于其構建和安裝。
發明內容
本發明涉及一種單柱形式的FPSO型平臺，優選圓形或多邊形水平橫截面或者圓形和多邊形水平橫截面的組合，所述平臺包括中心加
載罐(load tank),所述加載罐為單個罐或被永久性壓載罐和通向大海 的壓載罐("月池")以交替和均勻分布的方式間隔開和環繞的罐。選 擇單元的外部幾何形狀以便給出減輕單元的角運動("俯仰")和豎向 運動("垂蕩")最大效果并且簡化在殼體上曱板的安放，同時罐的這 種以與上述的儲罐和壓載罐具有接合作用的布置的內部幾何形狀提高 了其相對海洋波浪所引起的運動的衰減的效率。
現在參照附圖僅通過實例的方式進一步描述本發明，其中:
圖1示意性顯示了現有技術的單柱型平臺；
圖2示意性顯示了本發明的第一實施例；
圖3示意性顯示了本發明的第二實施例；
圖4示意性顯示了本發明的第三實施例；
圖5示意性顯示了本發明的第四實施例；
圖6顯示了本發明的實施例的A-A橫截面；
圖6A顯示了本發明平臺的一種輪廓的變型的A-A橫截面;
圖7顯示了本發明的實施例的B-B橫截面；
具體實施例方式
為了更好地理解本發明，將結合附圖給出實施例的描述。 現有技術已知了平臺結構的各種不同方案，所述平臺用于在深水 中操作，能夠存儲大量的油并且具有很大的穩定性。在2003年1月 31曰提出的巴西專利申請P1 0300265-9中提出了這種類型的浮式結構 (或殼體)特別有趣，如在圖l中的示意性顯示。
如可以注意到的，浮式結構(1)具有淺吃水深度和大直徑，其直 接區別于SPAR型平臺。這種結構可以通過錨索(3)的方式固定到海 底(2)上，所述錨索根據海洋情況和需要而在結構的外表面的不同點 處適當地連接起來。結構主體(4 )相對豎向軸呈對稱形式而且可以是圓筒形或多邊形 形式。在外形上，所述結構主體具有較小直徑的上部分(5)和較大直 徑的下部分(6)，所述上部分保持在海平面的上方，所述下部分保持 淹沒在水下并且通過向下傾斜的過渡區(7)與上部分(5)結合，所 述下部分在其下部終止于形成了舭龍骨(8)的較大直徑區域，所述舭 龍骨形成了結構的平底。在內部，所述結構主體設有中心開口 (9)-"月池"，所述中心開口的輪廓遵循主體的外部輪廓但允許其通過比具 有所述中心開口更小的直徑的下開口 (10)與海洋連接。
如上述提到的文獻中所討論的，由于較小直徑的下開口 (10)與 海洋波浪反相作用，其通過軟化由潮沙所引起的豎向振蕩運動(垂蕩) 為浮式結構提供了更大平衡。過渡區(7)起作用，衰減了由波浪的作 用力所引起的角運動("俯仰")，確保結構的更大穩定性。
這些特征在非常深的水層和在不利的海洋情況下操作的結構中 是非常希望的。
在最近的時間，已經出現了很大強度的颶風，尤其是在墨西哥海 灣，對具有大的運動和振蕩的操作平臺造成了很大損害，對所屬領域 的實踐者提出了挑戰。
本發明設法改善作用力的平衡和分布，因此所述作用力更好地分 布在整個結構中。
因此，在本發明的一個實施例中提出了一種FPSO型的浮式結構， 其構造成單柱形式，其體現并完善了在浮式結構的運動和海水運動之 間的水力補償，所述海水以可控的方式進入設在并布置在所述浮式結 構的殼體中的開口，使得這些運動以反相的方式彼此作用。
本發明的浮式結構包括具有圓形或多邊形橫截面或者具有圓形和 多邊形相結合的橫截面的圓筒形體或殼體，包括在其內部、在其中部 的加載罐，和交替、適當地環繞所述加載罐分布的永久性壓載罐和通 向大海的壓載罐。
為了更好地理解本發明，根據本發明提出的浮式結構在圖2-7中 示意性示出。在圖2-5中，其中顯示了形成平臺的殼體(11)的單柱的水平橫 截面，可以確定的是殼體可以具有包括多種形式的組合的不同形式， 優選圓筒形或多邊形形式。用于儲油或加載的一個或多個儲罐(12) 位于結構的中部，其被永久性壓載罐(13)和通向海洋的壓載罐(14) (在此也被稱為"月池")以交替和對稱的方式環繞。不具有通向海洋 的開口的壓載罐可認為是永久性壓載罐(13)。然而，這些罐可設有傳 統的控制設備，比如用于調節空氣的入口和出口的閥或節流器。
通向海洋的壓載罐(14)在其基部設有開口 (15)，所述開口的大 小適當以便在結構中產生有效的阻尼作用。在上部，設置了閥(在圖 中未顯示)以便調節空氣的入口和出口或者通過在通風管(16)中施 加空氣壓力的方式直接連接到外界，目的是增大減輕平臺的豎向運動 和角運動的效率。
罐的徑向和交替布置確保作用力平衡地分布在結構上，而且，從 而，衰減了結構的運動，給出了對角運動("擺動"和"俯仰")的動 態補償的條件。
如圖2所示，可以看到一種布置，其包括在中部的加載罐(12) 和以加載罐(12)具有僅與通向海洋的壓載罐(14)直接接觸的壁的 方式分布的永久性壓載罐(13)和通向海洋的壓載罐(14)。作為一種 備選方案，永久性壓載罐(13)和通向海洋的壓載罐(14)可以交換 使得加載罐(12 )具有僅與永久性壓載罐(13 )接觸的壁。殼體(11) 可以具有圓形橫截面或與多邊形橫截面結合的圓形橫截面。
在圖3所示的布置中，殼體(11)具有多邊形橫截面的形式，加 載罐(12)在其中部，但是具有以加載罐(12)不具有與海洋直接接 觸的壁的方式布置的永久性壓載罐(13)和通向海洋的壓載罐(14)。
在國4中所示的布置中，殼體(11)具有完全多邊形橫截面，但 是無雙壁的徑向罐繞加載罐(12)分布。
這種布置的 一個優點為節省了雙壁，讓所有油罐遠離由于碰撞(即 使在外部)可能引起的損壞區域。為了符合環境立法的強制要求，中 心儲罐(12)可以構造成具有雙底，防止在發生損壞的情況下將油倒入海洋中。
在圖5所示的布置中，提出了一個替代實施例，但是具有被保留 的罐分布的最初概念。在這種布置中，中心罐旨在用于壓載或保持倒 空，而油罐(12)、永久性壓載罐(13)和通向海洋的壓載罐(14)以 交替的方式環繞所述中心罐分布，使得油罐(12)總是被永久性壓載 罐(13)從外部保護，而且被通向海洋的壓載罐(14)從橫向保護。
清楚的是在不脫離本發明的范圍的情況下，圖中所示的殼體(ll) 可以具有圓形或多邊形形式或二者的組合。
壓載罐(13、 14)的徑向和交替布置的另一個優點是它們為布置 生活住所提供了更大的面積，防止它們在油罐的上方，從而，避開了 具有很大振蕩和在它們的下部可能遭受波浪沖擊的結構。
圖6以簡化的形式顯示了在圖2-4中提出的結構的A-A縱向截面。 在通常的輪廓中，在橫截面中，中心儲罐(12)、永久性壓載罐(13) 和上部分(17)突出來。還注意到上部分(17)的水平部分的加寬， 其具有與現有技術相關的優點，如果在進行"曱板接合"或"海洋接 合"類型(即在帶有很深的吃水深度的浮動單元的殼體上安裝甲板) 的操作的情況下，利用所述加寬部分可能增加殼體的橫向面積并且可 能有對甲板的更大支承面積。
另一個優點涉及殼體(11)的下部的"舭龍骨"(18)。根據操作 和結構要求，可能使這些"舭龍骨"(18)的內部和外部形式更自由地 變化。圖6A提出了平臺輪廓的可能變化，但是本發明不限于所提出 的這些。
如圖6A所示，外部形式在主操作吃水深度的水平處可以具有多 于一個的"海灘"，通過殼體的流體靜力剛性的變化來幫助減輕角運動。 換句話說，可能有更大量的殼體直徑的變化，以這種方式使得更好地 響應具有從完全加載到完全倒空的各種不同操作的吃水深度的運動。 所述領域的技術人員清楚構造許多其它變型的可能性。
在圖7中呈現的截面B-B顯示了中心儲罐(12)、永久性壓載罐 (13)和通向海洋的壓載罐(14)的部分，所述通向海洋的壓載罐(14)的部分設有與海洋連接的下開口 (15)和在其上部的通風管(16)。隨 著適當調整下開口 (15)的大小以及結合這些通向海洋的壓載罐(14) 的空氣入口和出口的變化，通過對于平靜的、平均的或較嚴重的海況 進行簡單調節，可能增加消除不希望的運動的區域。
所屬領域的技術人員清楚的是在操作者發現適合的中心油罐或加 載儲罐時，所述中心油罐或加栽儲罐可以被間隔開，能夠包括用于容 納壓載泵或加載泵以及"海箱(sea chests)"的封閉的存儲"主體 (trunk)"或"柱身(shaft )"。
本發明的另一個優點涉及更好地保護隔水管的可能性。所述隔水 管從海底上的井將生產流體傳送到平臺上，所述隔水管可以向上穿過 開口 (15)，從而被保護免受由碰撞引起的損壞。
對于所屬領域的技術人員來說，其他可能的布置是顯而易見的， 這些符合本發明的一般概念，將加載罐定位于浮式結構的中部并且將 永久性壓載罐和通向海洋的壓載罐交替布置，使得這種布置的接合作 用能夠減輕結構的角運動和豎直運動。
外側和內側可為圓筒形或多邊形或其組合，具有縱向或徑向的加 強結構，試圖更適合將使用的構造方法。
權利要求
1. 一種單柱FPSO，包括具有圓形或多邊形橫截面或二者組合的橫截面的殼體(11)，所述殼體(11)包括在其內部的且在其中部的用于存儲油的至少一個加載罐(12)和環繞所述至少一個加載罐交替布置的永久性壓載罐(13)和通向海洋的壓載罐(14)，所述通向海洋的壓載罐(14)設有與海洋連接的下開口(15)和在其上部的通風管(16)，從而減輕結構的角運動和豎向運動。
2. 根據權利要求1所述的單柱FPSO，其中所述殼體(11 )是圓 筒形體。
3. 根據權利要求1或2所述的單柱FPSO，其中多個加載罐(12) 包含在所述殼體(11)的中部。
4. 根據前述權利要求中的任一項所述的單柱FPSO，其中角運動 和豎向運動通過海水流動穿過所述下開口 (15)而減輕。
5. 根據前述權利要求中的任一項所述的單柱FPSO，其中殼體 (11)具有上部分(17)，該上部分(17)在其頂部具有加寬的水平部分，使得能得到甲板的更大支承面積。
6. 根據前述權利要求中的任一項所述的單柱FPSO，還包括在所 述單柱FPSO的下部分的舭龍骨(18)。
7. 根據前述權利要求中的任一項所述的單柱FPSO，該單柱FPSO 構造和布置成提供浮動結構的運動和海水的運動之間的水力補償，所(;5)。 、 '一 、-,、、、/,
8. 根據前述權利要求中的任一項所述的單柱FPSO,還包括用于 調節所述下開口 (15)大小的裝置，以及用于改變通向海洋的壓栽罐(14)的空氣入口和出口的裝置，從而通過對平靜的、平均的或嚴重 的海況進行簡單調節來增加消除不希望的運動的區域。
9. 根據前述權利要求中的任一項所述的單柱FPSO，其中罐的徑 向和交替布置確保結構上的作用力的平衡分布并且衰減了結構的運動，從而對角運動("搖擺"或"俯仰")進行了動態補償。
10. 根據前述權利要求中的任一項所述的單柱FPSO，其中中心 加載儲罐(12)是分隔開的。
11. 根據前述權利要求中的任一項所述的單柱FPSO，還包括被 倒空的或用于壓載的中心罐。
12. 根據權利要求11所述的單柱FPSO,其中，所述至少一個加 載罐(12)、永久性壓載罐(13)和通向海洋的壓載罐(14)以交替的 方式環繞中心罐布置，以這種方式使得至少一個加載罐(12)總是被 永久性壓栽罐(13)從外部保護并且被通向海洋的壓載罐(14)從側 向保護。
13. 根據前述權利要求中的任一項所述的單柱FPSO，其中至少 一個加載罐(12)構造有雙底，使得其在被損壞的情況下，不易將油 倒入海洋中。
14. 根據前述權利要求中的任一項所述的單柱FPSO，其中所述 至少一個加載罐(12)的中心定位使所述至少一個加載罐遠離由于即 使是外部的碰撞可能損害的區域。
15. 根據前述權利要求中的任一項所述的單柱FPSO，其中從海 底上的井將生產流體傳送到平臺的隔水管向上穿過通向海洋的壓載罐(14)的下開口 (15)，從而保護隔水管免受碰撞所引起的損壞。
16. 根據前述權利要求中的任一項所述的單柱FPSO，還包括在 主操作吃水深度的水平上的多于一個的"海灘"，從而提供許多殼體直 徑的變化以便更好地響應從完全加載到完全倒空的各種不同操作吃水 深度的運動，通過殼體的流體靜力學剛性的改變來幫助減輕角運動。
全文摘要
本發明涉及一種具有圓形或多邊形水平截面或圓形和多邊形截面的組合的單柱形式的FPSO型平臺，包括一個或多個中心加載罐(12)，其可以是單個罐或者被永久性壓載罐(13)和通向海洋的壓載罐(14)以交替和均勻的分布方式分隔開和環繞的罐。
文檔編號B63B43/06GK101421151SQ200780013478
公開日2009年4月29日 申請日期2007年4月13日 優先權日2006年4月17日
發明者A·P·多斯·桑托斯, G·馬查多, I·Q·馬塞蒂, V·L·F·馬托斯, 西本和生 申請人:巴西石油公司