ХРАНИЛИЩЕ, РАСПОЛОЖЕННОЕ НА МОРСКОМ ДНЕ Российский патент 2008 года по МПК B65D88/78 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к морскому хранилищу для сырой нефти или другой текучей среды. Данное изобретение относится, в частности, к расположенному на морском дне хранилищу для стабилизированной сырой нефти.

Изобретение полезно, в частности, в связи с месторождениями с ограниченными запасами нефти, для которых не оправдываются затраты на отдельный трубопровод к побережью или к другой установке, или с месторождениями нефти в конце периода эксплуатации, для которых необходимо удерживать стоимость инвестиций и обслуживания на низком уровне. Изобретение обеспечивает преимущества также для нефтяных месторождений, для которых желательно непрерывная добыча и доставка добытой сырой нефти, и для которых желательно наличие возможности складирования, например, при временном закрытии существующей системы трубопроводов для доставки добытой сырой нефти.

Уровень техники

Хранение сырой нефти в море осуществляется в настоящее время на поверхности моря, на плавающих судах для хранения, в загружаемых буях с возможностью хранения, или в самом добывающем блоке в виде платформы или судна.

Плавающие нефтедобывающие платформы с доставкой сырой нефти с использованием танкера, зависят от наличия емкости для хранения на платформе или вблизи нее в виде судна-хранилища или загружаемого буя с возможностью хранения, из которых нефть можно транспортировать далее, например, в наземный терминал.

Платформы, закрепленные на дне моря, имеют в некоторых вариантах выполнения большой фундамент, который также содержит хранилище для добываемой нефти.

Хранилище для добываемой нефти используется во многих случаях в качестве балласта, и по соображениям устойчивости и механических нагрузок нефть необходимо заменять балластной водой при разгрузке в танкер. Обычно морскую воду впускают в бак одновременно с откачиванием из него нефти. При заполнении бака нефтью находящуюся в хранилище морскую воду вытесняют или выкачивают после прохождения через измеритель содержания нефти в воде, который контролирует содержание нефти в воде перед ее выпуском. Максимально допустимое содержание нефти в выпускаемой воде изменяется, однако в настоящее время в большинстве случаев составляет 40 млн^-1. В связи с хранением указанным способом может образовываться нежелательный слой эмульсии в выгружаемой нефти, включающий нефть, воду и химикаты. Химикаты добавляют для лучшего удерживания воды и нефти в разделенном состоянии. Кроме того, проникновение относительно небольшого количества морской воды в выгружаемую нефть приводит к нежелательному содержанию солей, что приводит к значительному уменьшению стоимости груза. В хранилище нефти с водой указанного выше типа обычной проблемой является нежелательное размножение бактерий (называемое SRB), которое в комбинации с водой приводит к образованию серной кислоты. Известно, что указанное размножение бактерий приводит к серьезным проблемам для системы баков и трубопроводов как на платформах, так и в загружаемых из буев танкеров.

Указанный выше слой эмульсии имеет тенденцию к увеличению толщины, и, тем самым, со временем уменьшается емкость хранилища. Эмульсионный слой можно откачивать в танкер и транспортировать в наземный терминал или в нефтеперерабатывающий завод для разделения воды, нефти и химикатов и для обезвреживания вредных компонентов. Указанное разделение и обезвреживание вредных компонентов является очень дорогим, и лишь некоторые нефтеперерабатывающие заводы или другие предприятия выполняют эту работу.

Существует потребность в создании хранилищ сырой нефти или других текучих сред без указанных выше проблем. Кроме того, существует потребность в обеспечении гибкого хранения сырой нефти так, чтобы блоки для хранения можно было транспортировать туда, где есть необходимость в хранилище, приспособленном для текущей потребности, и обеспечения добычи или продолжения добычи из месторождений с ограниченными запасами. Существует также потребность в хранении без опасности столкновения с надводными судами, льдом или дрейфующими предметами.

Раскрытие изобретения

Согласно данному изобретению создано подводное хранилище для сырой нефти или другой текучей среды, отличающееся тем, что оно содержит

секцию хранения в виде непроницаемой для нефти и воды ткани, выполненной в виде гибкого баллона, в который можно заполнять, хранить в нем и разгружать хранимую текучую среду,

структурную секцию, выполненную в виде наружного корпуса над секцией хранения, которая закрыта в верхней части так, что образуется закрытый сверху объем с размером, соответствующим, по меньшей мере, объему секции хранения, но с отверстием в окружающее пространство в нижней части,

якорную секцию, образованную в виде промежуточной структуры между секцией хранения и морским дном, со средствами для постановки на якорь или устойчивого размещения на морском дне, и

передаточную секцию, содержащую трубопроводы и клапаны для загрузки и разгрузки хранимой текучей среды, расположенную по существу снаружи верхней части хранилища.

Цель изобретения достигается за счет использования секции хранения в виде ткани, из которой изготовлен большой гибкий баллон, который закреплен в конструкции, выполненной из железобетона, стали или другого подходящего материала, при этом верхняя часть конструкции закрыта для окружающего пространства, так что нефть в секции хранения остается закрытой, если возникает утечка, и при этом конструкция в нижней части открыта и прикреплена к якорной секции, которая удерживает хранилище на морском дне. Загрузка и разгрузка осуществляется через трубопроводы с нефтедобывающей платформы или т.п., и предусмотрены вертикальные трубопроводы к загружающему буй судну или т.п. для выгрузки нефти.

Все клапаны, инструменты и любые насосы, относящиеся к хранилищу, предпочтительно работают с дистанционным управлением из нефтедобывающей платформы с использованием гидроакустических сигналов, но не обязательно по кабелям.

Олеометр и гидроакустический ретранслятор наиболее предпочтительно расположены на хранилище для подачи сигнала тревоги на нефтедобывающую платформу или судно, если возникает утечка нефти, так что можно мгновенно принимать меры исправления. Олеометр, предпочтительно, расположен в соединении с трубой от верхней части закрытого объема к разгрузочному трубопроводу из хранилища. Труба с соединенным олеометром, предпочтительно, включает дистанционно управляемый насос для откачивания нефти утечки в разгрузочную трубу. Нефть утечки можно, но не обязательно, откачивать вверх на судно через отдельный трубопровод.

Наверху структурной секции наиболее предпочтительно расположены соединения, которые можно открывать для замены секции хранения, например, при утечке, и дополнительно к этому, соединения для замены модулей передаточной секции, например, для технического обслуживания или замены клапанов.

Хранилище, предпочтительно, содержит клапаны, которые автоматически закрываются, если загрузочные магистрали, разгрузочные магистрали или секция хранения и передаточная секция отсоединяются от хранилища.

Хранилище, согласно изобретению, предпочтительно содержит инструменты для наблюдения за заполняемым объемом секции хранения, с возможностью считывания с поверхности. Можно использовать инструменты на основе ультразвука.

Один или более насосов, предпочтительно, интегрированы в хранилище для облегчения выгрузки нефти. Однако насосы являются необязательными. Низкий удельный вес нефти (на 15% ниже удельного веса воды) совместно с капиллярным эффектом обеспечивает поток или перемещение нефти вверх. Можно, предпочтительно, использовать насосы на загружаемом судне или, не обязательно, насосы, расположенные в разгрузочных магистралях немного ниже уровня моря, для откачивания нефти вверх в баки хранения судна.

С помощью хранилища, согласно данному изобретению, обеспечивается полное разделение нефти и воды, так что исключается образование слоя эмульсии и опасность размножения бактерий (SRB). Кроме того, достигается высокая степень гибкости, что означает, что хранилище можно соединять с нефтедобывающей установкой любого типа, его можно легко устанавливать и перемещать к новым месторождениям, и хранилище не зависит от глубины воды, на которой происходит в настоящее время и будет происходить в обозримом будущем добыча нефти. Давление воды вокруг хранилища помогает обеспечивать равномерное заполнение и эффективную разгрузку хранилища. Хранилище можно относительно легко поднимать, а материалы можно перерабатывать для других целей после истечения срока службы. Хранилище, согласно изобретению, можно также использовать для хранения газа дополнительно к хранению различных жидкостей при приспособлении конструкции к повышенной плавучести.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится описание изобретения со ссылками на чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - вариант выполнения хранилища согласно изобретению;

фиг.2 - хранилище, согласно изобретению, с указанием средств для замены секции хранения;

фиг.3 - узел из нескольких хранилищ, согласно изобретению;

фиг.4 - типичная система с использованием хранилища согласно изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показано хранилище, согласно изобретению. А именно, показано хранилище 1 из непроницаемого для нефти и воды материала. Кроме того, показана структурная секция 2, которая может быть изготовлена из железобетона, стали или другого подходящего конструкционного материала. Отверстия 3 для свободного прохода морской воды предусмотрены в нижней части структурной секции. Между секцией хранения и разгрузочной магистралью расположен дистанционно управляемый клапан 4. В соединении с трубой, которая проходит между верхней частью структурной секции и разгрузочной трубой, расположен дистанционно управляемый клапан 7, олеометр 5 для регистрации содержания нефти между секцией хранения и верхней частью структурной секции, в дополнение к ретранслятору 6 для подачи сигнала тревоги об утечке нефти на платформу или, не обязательно, на загружающее буй судно. При утечке нефти из указанной трубы нефть можно подавать в разгрузочную трубу с помощью специального насоса (не изображен). Другой дистанционно управляемый клапан 8 расположен между платформой и хранилищем наверху хранилища. Соединительная муфта 9 трубы направляет загружаемую нефть в секцию хранения. Направляющие проушины 10 предусмотрены для упрощения соединения подъемного оборудования при замене секции хранения. В нижней части хранилища расположена стальная юбка 11 для стабилизации хранилища на морском дне, и крепление 12 в виде якорей, свай или т.п. для крепления к морскому дну. Труба 13, например гибкая труба, направляет нефть с нефтедобывающей платформы в хранилище. Другая труба 14, например гибкая труба, предусмотрена для разгрузки нефти из хранилища в танкер или т.п.

На фиг.2 показано, как можно выполнять замену секции хранения. Предусмотрено, что все оборудование, которое может нуждаться в техническом обслуживании, можно отсоединять от хранилища и поднимать на поверхность как совместно, так и в виде модулей оборудования, предпочтительно, с использованием дистанционно управляемых болтов, соединений и точек фиксации.

На фиг.3 показан узел из нескольких хранилищ, согласно данному изобретению, при этом слева направо показана почти пустая секция хранения, полностью заполненная секция хранения и секция хранения с утечкой. Передаточная секция содержит систему трубопроводов, соединенных с платформой, а также с загрузочной системой. Передаточная секция сама по себе с клапанами, трубами и олеометром имеет конструкцию, слегка отличную от конструкции, показанной на фиг.1, однако выполняет аналогичные функции.

Хранилище, согласно изобретению, или узлы из них можно соединять с одним или несколькими аналогичными или различными источниками для загрузки, и с одним или несколькими аналогичными или различными приемниками для загрузки, включая подводные нефтедобывающие установки и подводные системы трубопроводов.

На фиг.4 показана типичная система, в которой хранилище, согласно данному изобретению, показано в более широком аспекте, оно расположено на морском дне и соединено с нефтедобывающей платформой для загрузки и соединенной с танкером для разгрузки.

Конкретная конструкция различных частей хранилища, согласно изобретению, может изменяться при условии сохранения функций и отличительных признаков, согласно изобретению. Конструкционные материалы можно свободно выбирать с учетом прочности, веса, износостойкости и стоимости. Подразумевается, что нагрузки во время транспортировки и установки/подъема являются существенными для выбора размеров. Форма секции хранения и верхней части структурной секции может быть, предпочтительно, симметричной относительно вертикальной оси с учетом устойчивости, прочности и простоты загрузки и разгрузки. С учетом возможностей изготовления может быть более предпочтительной квадратная форма вокруг вертикальной оси, такая как наружная поверхность структурной секции, показанной на чертежах.

Структурная секция может быть, предпочтительно, изготовлена в виде модифицированного варианта выполнения мешка Unibag фирмы Enviro Team, Осло, Норвегия. Unibag используется для хранения и транспортировки воды, нефти и химикатов. Стандартный вариант выполнения Unibag изготовлен из ткани с названием Protex 092, которая непроницаема для нефти и воды и легко поддается сварке с помощью высокочастотного оборудования. В частности, ткань является тканым сложным полиэфиром, покрытом с обеих сторон сополимерным сплавом на основе хлорированного, структурированного этилена. Покрытие является резиноподобным, но не требует вулканизации, и пластификаторы не выщелачиваются как в обычных поливинилхлоридных материалах (PVC-материалах). Предпочтительные модификации содержат при необходимости увеличенный размер, усиления и внутренние или наружные вставки, непроницаемый кожух или рубашку из полиэтилена низкой плотности, полиамида (РА), поливинилиденфторида или т.п. для увеличения срока службы.

Объем хранилища ограничен с учетом прочности и возможности обращения с ним. Предпочтительными являются объемы хранилища, приблизительно, до 35 000 м³. Это соответствует радиусу около 20 м, если секция хранения имеет фонд сферы. Однако секция хранения может иметь полусферы, грушевидную, прямоугольную или другую форму.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения две секции хранения, каждая объемом около 35 000 м³, собираются внутри общей структурной секции и секции крепления. За счет этого размеры становятся равными 35м×35м×102м, а вес при выполнении структурной секции из стали равен около 5000 т. При этом предполагается, что структурная секция содержит плиты толщиной 12 мм с элементами жесткости L300 и портальными рамами (Т2500×600×20×30) через каждые три метра. Если сталь заменить железобетоном, то вес становится равным около 30 000 т. Естественно, можно собирать несколько секций хранения в одной структурной секции или же собирать модули хранения в соответствии с текущими потребностями.

Наиболее предпочтительно используются вакуумные якоря, если позволяют условия на морском дне, в противном случае для крепления используются сваи.

Якорная секция может быть, предпочтительно, интегральной частью структурной секции. При этом средства для крепления или устойчивого расположения на морском дне интегрированы в структурную секцию без других частей, составляющих часть якорной секции.

Хранилище, согласно изобретению, можно изготавливать на верфи и транспортировать с помощью судна. Транспортировку можно осуществлять посредством заполнения секции хранения достаточным количеством воздуха, так что хранилище или узел из нескольких хранилищ остается устойчиво на плаву при буксировке, с балластом для обеспечения устойчивости.

Установка хранилища выполняется с использованием плавучего крана или, по меньшей мере, крана. Соответствующий объем воздуха выпускают через люки, трубы или другие выходы, так что достигается слабая положительная плавучесть, в то время как хранилище или узел из нескольких хранилищ устойчиво зацепляются краном. В начале установки воздух контролируемым образом выпускают до достижения слабой отрицательной плавучести. При погружении хранилища в море воздух сжимается и плавучесть становится все более отрицательной, что полностью воспринимается плавучим краном или т.п.

Подъем хранилища или узла из нескольких хранилищ также осуществляется с помощью плавучего крана или т.п. Если глубина не очень большая, то секцию хранения можно заполнять воздухом для облегчения подъема, однако так, чтобы вблизи поверхности моря не возникала не управляемая положительная плавучесть.

При использовании плавучих элементов, которые удерживаются на поверхности, установку и подъем можно выполнять без использования плавучего крана.

Подводное хранилище для сырой нефти или другой текучей среды содержит секцию хранения в виде непроницаемой для нефти и воды ткани, якорную секцию, структурную секцию и передаточную секцию. Секция хранения выполнена в виде гибкого баллона, который можно наполнять, использовать для хранения и освобождать от хранимой текучей среды. Якорная секция выполнена в виде промежуточной структуры между структурной секцией и морским дном со средствами крепления или устойчивого размещения на морском дне. Передаточная секция содержит трубы и клапаны для загрузки и разгрузки хранимой текучей среды и расположена по существу снаружи верхней части хранилища. Структурная секция выполнена в виде наружного корпуса над секцией хранения и закрыта в верхней части так, что образуется закрытый сверху объем с размером, по меньшей мере, соответствующим объему секции хранения, но с отверстиями в окружающее пространство в нижней части. Секция хранения изготовлена из тканого сложного полиэфира, покрытого на каждой стороне сополимерным сплавом на основе хлорированного структурированного этилена. Изобретение обеспечивает получение нового подводного хранилища для сырой нефти и другой текучей среды легкого в эксплуатации и исключает возможность образования слоя эмульсии и опасности размножения бактерий. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Подводное хранилище для сырой нефти или другой текучей среды, содержащее:

секцию (1) хранения в виде непроницаемой для нефти и воды ткани, выполненной в виде гибкого баллона, который можно наполнять, использовать для хранения и освобождать от хранимой текучей среды,

якорную секцию (11, 12), выполненную в виде промежуточной структуры между структурной секцией (2) и морским дном, со средствами крепления или устойчивого размещения на морском дне,

передаточную секцию (13, 8, 9, 4, 14), содержащую трубы и клапаны для загрузки и разгрузки хранимой текучей среды, расположенную, по существу, снаружи верхней части хранилища,

при этом структурная секция (2) выполнена в виде наружного корпуса над секцией (1) хранения, причем структурная секция закрыта в верхней части так, что образуется закрытый сверху объем с размером, по меньшей мере, соответствующим объему секции хранения, но с отверстиями (3) в окружающее пространство в нижней части, а секция хранения изготовлена из тканого сложного полиэфира, покрытого на каждой стороне сополимерным сплавом на основе хлорированного структурированного этилена.