[发明专利]深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置与方法

权利要求书

1.一种深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置，其特征在于，包括：

分别注有海水和原油的水箱和油箱；

立式平台储油系统：包括自上而下依次设置的水缓冲舱、油沉箱、储油舱和水沉箱，其中，水缓冲舱与油沉箱采用隔板隔开，油沉箱、储油舱和水沉箱依次连通，所述水缓冲舱与储油舱底部还设有取样口；

单自由度晃荡系统：用于承载所述立式平台储油系统并带动其模拟实际海况下的不规则摇摆运动；

管路系统：包括注油管路、回油管路、注水管路、回水管路和水缓冲管路，其中，注油管路两端分别插入油箱底部和连接位于油沉箱底部的进油口，回油管路两端分别连接油箱和油沉箱顶部的出油口，注水管路两端连接水箱与水沉箱上的进/出水口，水缓冲管路两端连接水沉箱上的进/出水口与水缓冲舱顶部的进水口，回水管路两端分别连接水箱与水缓冲舱底部的出水口；

温度采集系统：包括安装在储油舱内部的测温管，安装在测温管、油箱与外部空气中的温度传感器，以及连接所述温度传感器并用于记录温度传感器所在位置的温度的无纸温度记录仪。

2.根据权利要求1所述的一种深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置，其特征在于，所述的单自由度晃荡系统包括承载所述立式平台储油系统的运动平台，以及控制所述运动平台摇摆运动的控制台，其中，

所述的运动平台包括固定在地面上的平台底座、安装在平台底座上并由机械传动组件带动摇摆的平台台面，固定在平台底座上并分布在平台台面两侧的两组弹簧组件，所述的机械传动组件通过导线束与所述控制台电连接。

3.根据权利要求2所述的一种深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置，其特征在于，所述的机械传动组件由伺服电机、减速机、联轴器、轴承座和传动轴组成，其中，所述伺服电机安装在平台底座一端，并通过联轴器连接所述传动轴，所述传动轴通过轴承座安装在平台底座上，在传动轴上还通过键固定安装所述平台台面。

4.根据权利要求2所述的一种深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置，其特征在于，每组弹簧组件由至少一个并排设置的弹簧单元组成，所述弹簧单元包括弹簧底座、弹簧芯轴、主体弹簧和弹簧顶帽，其中，弹簧底座固定安装在平台底座上，在弹簧底座上安装所述弹簧芯轴，所述主体弹簧的下部套设在所述弹簧芯轴上，顶部顶住接触所述平台台面底部的所述弹簧顶帽。

5.根据权利要求4所述的一种深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置，其特征在于，所述的弹簧顶帽与平台台面接触的部位呈球弧面。

6.根据权利要求2所述的一种深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置，其特征在于，所述平台台面的下端面在摇摆方向的两侧分别设有第一防倾斜支撑，所述平台底座上还设有与所述第一防倾斜支撑位置对应并间隔开来的第二防倾斜支撑，当平台台面向一侧摇摆过度时，第一防倾斜支撑抵接同一侧第二防倾斜支撑实现限位，以防止平台台面过度倾斜。

7.根据权利要求1所述的一种深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置，其特征在于，所述的油箱还采用水浴箱围住并组成双层箱体结构，在油箱内部还布置有多根与外层水浴箱连通的加热圆管，所述水浴箱还通过水管与电热水锅炉连接。

8.根据权利要求1所述的一种深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置，其特征在于，所述的水缓冲舱与回水管路的顶部都设有通气孔。

9.根据权利要求1所述的一种深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置，其特征在于，所述的储油舱中部还设有观察窗，其采用钢化玻璃制成；

所述的水缓冲舱、油沉箱、储油舱和水沉箱的材质均为Q345B钢。

10.采用如权利要求1-9任一所述的深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)往水箱与油箱内注满海水与原油，开启电热水锅炉，加热油箱内原油；

(b)关闭水缓冲管路与注油管路，接通注水管路，海水从水沉箱进/出水口进入水沉箱，直至水沉箱、储油舱与油沉箱内注满海水；

(c)单自由度晃荡系统模拟立式平台储油系统在实际海况下的不规则摇摆运动；

(d)关闭注水管路与回油管路，接通水缓冲管路与注油管路，由油箱不断往油沉箱内注入原油，使得水沉箱内海水受挤压后经水缓冲管路流出进入水缓冲舱顶部，同时，水缓冲舱底部海水受压从底部排出并经回水管路回流至水箱，当储油舱内油水界面下移至指定位置时，切断注油管路和水缓冲管路，注油排水流程结束；

(e)随后，开启注水管路与回油管路，由水箱不断往水沉箱内注入海水，并使得油沉箱内原油受挤压排出至油箱，当储油舱内油水界面上移至指定位置时，切断注水管路与回油管路，注水排油流程结束；

(f)重复循环步骤(d)与步骤(e)，以完成拟定的油水置换循环次数；

(g)在每个循环的注油排水流程中，在储油舱和水缓冲舱底部取样口对置换海水取样，此外，在储油舱底部取样口对油水界面层取样，对所有取样样品化验后，即可了解油水置换过程中置换海水的含油量以及油水的乳化情况，从而了解油水传质情况；

(h)温度传感器将对应位置的温度实时数据反馈到无纸温度记录仪，从而了解动态油水置换过程中储油舱内油水与舱外环境的传热情况。