[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验装置与方法，尤其是涉及一种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。

背景技术

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，对深水海洋平台“钻-采-储-运”综合能力的要求不断提高，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。

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。

新型深水钻井生产立式储油平台的提出可以极大地提高深水工程技术解决方案的灵活度和降低深水油田开发的总成本，但在浮式Spar平台中采用油水置换技术，不可避免会带来以下几个问题：(1)油水置换操作导致海水对舱壁凝油层的剪切作用会使得部分凝油脱离沉积层而进入海水中，当海水中的含油量超过一定程度时可能会对海洋环境造成污染；(2)油水置换过程中，受到流场扰动、表面活性剂、温度和压力等诸多因素的影响，油水界面附近会产生乳化层，进而影响油水界面监测仪的测量精度；(3)平台在进行储油操作时，进入储油舱内的原油温度较高，热油与低温舱壁和低温海水直接接触，原油的热量会通过舱壁和油水界面传递给舱内外的海水；(4)在风、浪、流等海洋环境载荷的共同作用下，深水钻井生产立式储油平台在海洋中一直处于漂浮的运动状态，平台的运动会导致安装在其船体内的储油舱也产生同步运动，从而引起舱内储存的油和水的晃荡，晃荡引起的油水界面高度变化有可能导致油水界面监测仪失灵，晃荡引起的油水界面波动有可能导致原油和海水相互掺混，增加乳化液的产生，晃荡还将对舱壁产生冲刷作用，使得部分已经沉积在舱壁上的凝油脱离沉积层进入海水中，进而增加海水中的含油量，晃荡还有可能会影响热油与储油舱内外海水的热量传输。因此，研究深水钻井生产立式储油平台油水置换过程是十分必要的，尤其是研究立式储油平台在运动状态下的油水置换过程，而动态模型试验是研究此问题比较可靠的手段。

中国专利CN205487085U提出了一种“深水钻井生产储卸油平台油水置换小型试验装置”，可以模拟深水钻井生产立式储油平台油水置换过程。但是，此专利存在很多不足之处：没有考虑晃荡装置，不能模拟平台在复杂海洋环境条件下的运动对油水置换过程的影响；没有考虑温度采集系统，不能研究储油舱内油水的传热情况；加热系统设计不够合理，不能从油箱内部和外部均匀加热原油；没有在储油舱和水缓冲舱底部设置取样口，不但不利于取样，也不能定量地研究水缓冲舱对含油置换海水进行油水分离的效果。也就是说，目前的模型试验设备既不能系统地研究深水钻井生产储卸油平台油水置换操作涉及的传质传热机理，也不能充分验证油水置换技术应用于浮式平台的可行性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种深水钻井生产立式储油平台动态油水置换试验装置，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；