專利名稱：一種可搬遷的混凝土人工島的制作方法
技術領域：
本發明涉及海上石油天然氣開發所需的、可搬遷的固定式和浮式共兩種混凝 土人工島，它具有鉆井、石油天然氣生產、液體產品儲存的功能，固定式和浮式 分別適用于海上淺水和深水油氣田的開發。
背景技術：
目前，適用于海上淺水油氣田開發、具有儲液功能的固定裝置主要包括人 工島、混凝土重力平臺和申請人發明的"帶海床儲罐的坐底固定式平臺"。人工 島含大型吹填堆積型和小型混凝土預制型，它們都是永久設施，無法搬遷。混凝 土重力平臺采用油水直接置換的方法儲油，這一方法存在諸多缺點；平臺依靠巨 大的重力坐落在海床上，搬遷和重復使用比較困難。小型混凝土人工島和混凝土 重力平臺類似，采用油水直接置換的方法儲油，也需要較多的固定壓載，依靠巨 大的重力坐落在海床上；二者的區別在于人工島的儲罐從海床伸出水面，重力平 臺的儲罐則位于水下、支腿伸出水面。帶海床儲罐的坐底固定式平臺的下部結構 包括組合式儲液罐和支腿，卸油需要采用多點或單點系泊裝置，難以采用靠船墩 直接靠駁穿梭油輪的方案，結構相對比較復雜，靠駁卸油裝載造價和操作費較高。 除采用帶竹排式組合罐的固定平臺外，帶海床儲罐的坐底固定式平臺難以用于水 深在20米以內的海域。因此，在環境條件較好的淺水水域，帶海床儲罐的坐底 固定式平臺仍具有局限性。適用于深水的浮式人工島主要是圓柱形浮筒平臺 (SSP—SEVAN STABILIZED PLATFORM),已有多個分別用于北海和巴西海域， 它采用和油輪相同的油水置換方法儲油，壓載海水卸載泵和原油卸載泵為深井泵 或傳統的艙底泵，必須配備惰性氣生成、分配和排放系統，設施和系統比較復雜， 建造和操作維護工作量較大。

發明內容
本發明采用申請人已申報的發明專利"液體水下儲存、裝載和外卸裝置"的 兩項核心技術——(1)"密閉氣壓連通式壓載海水和儲液等質量流率自動置換流 程系統"，用于儲存、裝卸普通常溫液體；(2)"組合式儲液罐"，以其中的立式 組合罐為本發明混凝土人工島的島體，同時本發明開發了適合于人工島的"子母 式組合罐"。本發明同時采用申請人另一項發明專利"多功能海上基地和壓載海 水與LNG或LPG等質量置換方法"的核心技術_一 "氣壓式壓載海水和 LNG(LPG)等質量流率自動置換流程系統"和配套的用的組合罐，用于儲存、 裝卸LNG(LPG)。為了儲存、裝卸普通常溫常壓液體，本發明還可以采用與油輪 壓載海水和貨油系統相似的、海水和儲液(等質量流率)置換流程，簡稱"常規 置換流程系統"。上述三種流程系統統稱"壓載海水和儲液等質量流率自動置換 流程系統"。兩種人工島的島體均伸出水面，具有足夠高的干舷。


下面結合附圖對本發明作進一步的描述。
圖1是可搬遷的固定式混凝土人工島的正視圖。
圖2是一個包含鉆井、原油生產、伴生氣回收的淺海油氣田開發生產全套裝 置的平面示意圖。
圖3是圖2的人工島l一l島體所采用的"立式圓筒形單組儲液單元組合罐"圖，其中圖3 — 1是正剖面圖，圖3—2是圖3 — 1的A—A剖視圖。
圖4是圖2的人工島l一2島體所采用的"立式(六邊形)蜂窩狀多組儲液
單元組合罐"圖，其中圖4一1是俯視圖，圖4一2是半邊剖面的正視圖(B-
B剖)，圖4一3是圖4一2局部放大圖C (LPG儲罐罐壁結構)，圖4一4是圖4—
2局部放大圖D (LNG儲罐罐壁結構)。
圖5是子母式組合罐圖，其中圖5—1是俯視圖(A—A咅D,圖5—2是
半邊剖面的正視圖(B—B剖)。
圖6是可搬遷的浮式混凝土人工島的正視圖。
圖7是輪圈式固定壓載艙圖，其中圖7—1是俯視圖，圖7—2是圖7—1 的半邊剖面的正視圖A—A剖放大圖。 圖中
l.固定式人工島，其中，l-l.具有鉆井、原油生產和儲運、公用設施和生活 設施等多種功能的混凝土固定式人工島，l-2.具有伴生氣處理、凝析油和LPG回 收、天然氣液化、凝析油儲運、LPG和LNG儲運等多種功能的混凝土固定式人 工島；2.島體組合罐；3.樁、水下樁或吸力錨；4.上部設施；5.海水壓載艙；6. 儲液艙；7.外突裙邊底部固定壓載艙；8丄PG組合罐；9.凝析油組合罐；IO丄NG 組合罐；ll丄NG或LPG儲罐的混凝土或玻璃鋼保護罐12丄PG儲罐的鋼罐； 13丄NG儲罐的外鋼罐；14.LNG儲罐的真空隔熱技術所需的材料；15丄NG儲 罐的內鋼罐；16.系纜墩；17.艏纜；18.穿梭油輪、LNG或LPG運輸船；19.棧橋； 20.安裝于海床上的水下竹排式組合式儲油罐；21.艉纜；22.子母式組合罐，22 —l.母罐，22—2.子罐；23.浮式人工島；24.系泊腿定位系統；25.輪圈式固定壓 載艙兼底部裙邊阻尼板；26.輪圈式固定壓載艙艙體；27.連接鋼結構；27_1. 輻射狀徑向連接板；27—2.上方斜拉桿。 壓載海水和儲液等質量流率自動置換流程系統
根據液體產品的性質，本發明人工島液體產品的儲運可采用上述三種流程系 統中的任一種或二種。用于儲存、裝卸常溫普通液體，如原油和凝析油的壓載海 水和儲液置換流程系統，既可采用"密閉氣壓連通式壓載海水和儲液等質量流率 自動置換流程系統"，也可采用"常規置換流程"。二者均包含海水壓載泵、海水 卸載泵、儲液裝載泵、儲液卸載泵和相應的管路、閥門和控制系統。后者海水壓 載艙和儲液艙之間沒有自動開關閥連通，兩艙內部液面之上的氣體不是密閉連通 帶壓惰性氣體，而必須配置專用的惰性氣體生成、補給和排放設備和系統。因此， 后者的技術經濟性遠遠不如前者。用于儲存、裝卸LNG(LPG)的壓載海水和儲液 置換流程系統，采用"氣壓式壓載海水和LNG(LPG)等質量流率自動置換流程系 統"。有關"密閉氣壓連通式壓載海水和儲液等質量流率自動置換流程系統"，有 關"氣壓式壓載海水和LNG(LPG)等質量流率自動置換流程系統"，可分別參閱 發明專利"壓載海水和儲液置換方法、組合罐和液體水下儲運裝置"和發明專利 "多功能海上基地和壓載海水與LNG或LPG等質量置換方法"，不再贅述。 組合式儲液罐
本發明選用的發明專利"壓載海水和儲液置換方法、組合罐和液體水下儲運 裝置"所涉及的4種立式混凝土組合罐，以及發明專利"帶水下儲罐的浮式平臺" 所涉及的多層圓塔狀多組儲液單元混凝土組合罐，作為人工島的島體，均為立式 罐中罐結構，形成了5種不同形式的人工島。這5種混凝土組合罐是
立式圓筒形單組儲液單元組合罐(參見圖3);
立式花瓣圓筒形單組儲液單元組合罐；立式花瓣圓筒形多組儲液單元組合罐；
立式(圓形或正多邊形)蜂窩狀多組儲液單元組合罐(參見圖4); 多層圓塔階梯狀多組儲液單元組合罐。
有關組合罐的結構形式、技術要素和特點、設計建造的最重要的要求，可參 閱上述兩個專利，不再贅述。其中，立式蜂窩狀多組儲液單元組合罐的中心小組 合罐(參見圖4)的海水壓載艙還可以取消，僅保留一個中心儲液艙，而以周邊 連續分布的小組合罐和中心儲液艙形成的密閉空間為中心儲液艙的海水壓載艙。 固定式和浮式人工島均可采用外突裙邊形固定壓載艙7，浮式人工島還可采用輪
圈式固定壓載艙25。需要注意的是，當組合罐為多組儲液單元時，島體組合罐
必須在水平面上保持結構的幾何對稱性和裝載的對稱性，以保證在儲運作業過程 中，操作重心和島體的浮心在同一條垂線上。
上述組合罐用于儲存LNG或LPG時，位于混凝土海水壓載艙內部的儲液艙 為LNG儲罐或LPG儲罐，其艙(罐)壁結構與儲存普通液體產品的混凝土結構 儲液艙不同。LNG儲罐的結構和圍護系統和LNG槽車基本相似(參見圖4—4): 內鋼罐15為兩端帶中拱封頭(如橢圓形封頭)立式圓筒形鋼制內壓壓力容器， 材料為耐低溫(一162'C)且溫度膨脹系數小的不銹鋼材料，如耐低溫的奧氏體 不銹鋼0Crl8Ni9;外鋼罐13為兩端帶中拱封頭(如橢圓形封頭)立式圓筒形鋼 制外壓壓力容器，材料為低合金鋼板，如16MnR;內外罐之間如需要支承，可 采用耐低溫且隔熱性能好(高熱阻)的環氧玻璃鋼與Crl8Ni9鋼板組合結構(圖 中沒有示明)；內外鋼罐之間填充真空隔熱技術所需的材料14，真空隔熱技術包 括高真空多層隔熱(簡稱CD)技術、真空纖維隔熱(簡稱CB)和真空粉末隔 熱(簡稱CF)技術；和LNG槽車不同的是，本發明可以根據需要，在LNG儲 罐的外鋼罐13外側緊緊包覆鋼筋混凝土或玻璃鋼保護罐11;如果不加混凝土或 玻璃鋼保護層則必須采取可靠的防腐保護措施。立式圓筒形LPG儲罐由于它的 頂部和混凝土海水壓載艙頂部不連通，內部工作壓力(不低于20bar)高于外部 海水壓載艙的內壓力，屬內常溫內壓容器。與原油儲液艙的結構和LNG儲罐的 結構不同(參見圖4一3)，它需要一個鋼罐12，但不需要雙層鋼罐和低溫真空隔 熱維護系統。鋼罐12為兩端帶中拱封頭(如橢圓形封頭)立式圓筒形鋼制內壓 壓力容器，材料為低合金鋼板，如16MnR,鋼筒12的外側緊緊包覆鋼筋混凝土 或玻璃鋼保護罐11;如果不加混凝土或玻璃鋼保護層則必須采取可靠的防腐保 護措施。
對于采用立式圓筒形單組儲液單元組合罐，或立式花瓣圓筒形單組儲液單元 組合罐為島體的人工島，如果該人工島需要儲存兩種不同液體產品，或同一液體 需要分兩罐儲存，可在它的單組儲液單元的中間位置增設水平分隔封頭，將其變 為上下相連的兩組獨立的儲液單元，實現分罐儲存。
子母式組合罐(參見圖5)
子母式組合罐22的母罐22 — 1為共用海水壓載艙5,它是一個大的立式圓 筒形容器，當需要設置固定壓載艙時，底部為外突裙邊形固定壓載艙7、或為僅 用于浮式人工島的輪圈式固定壓載艙25。子罐22—2為多個儲液艙6，每個子罐 22—2均為一個小的立式圓筒形容器，呈蜂窩狀豎向、中心對稱的緊密或不緊密 排列形成子罐群，位于母罐22—1內部，子罐群的對稱垂直中心軸線和母罐22 一l圓筒垂直中心軸線重合。每兩個對稱的子罐22—2為一組，儲存同一種儲液， 同步裝卸。當采用"密閉氣壓連通式壓載海水和儲液等質量流率自動置換流程系 統"，用于儲存、裝卸同一種或多種普通常溫液體時，無論子罐22—2儲存的液體是否相同，全部子罐22 — 2的自動開關閥均與母罐22—1連通；子母罐22內 上方為密閉帶壓的惰性氣體，儲卸作業過程中罐內惰性氣體不和子母罐22外部 發生傳質交換。當單獨釆用"氣壓式壓載海水和LNG(LPG)等質量流率自動置換 流程系統"，或同時采用上述兩種流程系統時，母罐22—1需要設置天然氣排出 閥和注入闊，與人工島上部設施的天然氣生產流程相連接，每一個儲存普通常溫 液體的子罐22_2的自動開關閥均與母罐22_1連通；母罐22—1和儲存普通常 溫液體的子罐22—2的內部上方為密閉帶壓的常溫天然氣，儲卸作業過程中，罐 內天然氣和子母罐22外部發生傳質交換。儲存LNG(LPG)的子罐22_2同樣需 要設置天然氣排出閥和注入閥，與人工島上部設施的天然氣生產流程相連接，其 天然氣注入和排出流程和采用上述5種組合罐的流程系統沒有差異。子母罐22 用于上述兩種流程系統時，裝卸作業過程中卸載泵的背壓、裝載泵所需的揚程， 雖然和采用上述5種組合罐的流程系統存在差異，但不影響壓載海水和儲液的等 質量流率的置換。對于常規置換流程系統，采用子母罐22和上述5種組合罐的 流程系統沒有實質變化。
和上述3種多組儲液單元組合罐相比較，子母式組合罐22的優點是結構和 系統簡單，建造更方便。
用于浮式人工島的輪圈式固定壓載艙兼底部裙邊阻尼板(參見圖7) 輪圈式固定壓載艙兼底部裙邊阻尼板25包括(1). 一個輪圈艙體26，它 是中空的、上部開口或不開口的容器，其徑向截面可為矩形、U形或O形。如 果浮式人工島需要加固定壓載，固定壓載物填充在艙體26內；如果浮式人工島 不需要加固定壓載，艙體26內則充滿海水，成為單純的底部裙邊阻尼板。艙體 輪圈的內徑大于組合罐2罐體(海水壓載艙5或母罐22—1)的外徑，二者垂直 中心軸線重合；輪圈艙體26的底部平面可低于、或略高于組合罐2罐體(海水 壓載艙5或母罐22—1)的底部平面，二者的高度也可相同。輪圈艙體26可采 用鋼材、玻璃鋼或混凝土材料建造。(2).將輪圈艙體26安裝固定在組合罐2 罐體(海水壓載艙5或母罐22—1)的底部的連接鋼結構27，它包括若干個輻射 狀徑向連接板27—1，和在必要時設置的、與連接板27—1配套的上方斜拉桿27 —2。
和外突裙邊形固定壓載艙7相比較，采用輪圈式固定壓載艙25的浮式人工 島的水動力特性更好。這是因為輪圈艙體26和組合罐2罐體(海水壓載艙5或 母罐22—1)之間的水體上下通透性好，輪圈艙體26的阻尼矩和回轉半徑均比 外突裙邊形固定壓載艙7大。 固定式人工島(參見圖1)
本發明固定式人工島1的島體為伸出水面的混凝土組合式儲液罐2，水下樁 或吸力錨3將島體組合罐2固定在海床上，上部設施4安裝在島體組合罐2的頂 部。本發明固定式人工島不依靠自身的重量，而依靠樁3將島體固定在海床上。 人工島的樁3可根據設計條件也采用樁、水下樁或吸力錨(三者統稱"樁")。
本發明固定式人工島的重量控制應遵循的原則是第一，人工島滿載時的操 作重量應大于等于高潮位時島體設計吃水的浮力；第二，島體組合罐內部海水和 儲液排空后，人工島空載的重量小于等于低潮位時島體設計吃水的浮力。第一條 原則可保證不會出現由于操作重量小于浮力的問題，避免由此產生作用于樁的上 拔力。第二條原則既可保證建造安裝和拖航過程人工島的浮性，也可保證搬遷時 島體具有起浮的條件。如果不考慮搬遷要求，第二條原則可取消，由此形成一種 永久固定的混凝土人工島。由于固定式人工島伸出水面，考慮到水面以上島體的操作重量，有可能不需 要設置固定壓載艙7和添加固定壓載就可滿足上述第一條原則。此時，島體組合 罐的固定壓載艙7可以取消。總之，本發明固定式人工島的組合罐可根據需要， 采用或不采用固定壓載艙。如果需要固定壓載艙7，可采用外突裙邊形底部固定 壓載艙，如圖3和圖4—1、 4—2所示。
由于固定式人工島1水線面面積很大，潮位的變化將造成島體2吃水相應改 變，由此將嚴重影響人工島1的浮力大小的變化，樁3的受力也將隨之變化，十 分不利。為了平衡吃水造成的浮力變化，需要相應地增減壓載海水。為此，需要 在上述三種壓載海水和儲液置換流程中增加壓載海水自動增減補償系統，或者單 獨設置補償海水壓載艙和獨立的壓載海水增減補償系統，每種系統均可根據周期 性的和可預報的潮位的變化，進行壓載海水的自動增減補償。 浮式人工島(參見圖6)
本發明浮式人工島23的島體同樣為伸出水面的混凝土組合式儲液罐2，依 靠系泊腿定位系統24系泊固定在海床上，上部設施4安裝在島體組合罐2的頂 部。本發明浮式人工島23的重心高于浮心，穩性依靠自身非常大的水線面面積。 本發明浮式人工島23依靠底部裙邊阻尼板改善水動力性能，可適用于惡劣海況， 這一點已被SSP平臺所證明。因此，無論本發明浮式人工島23是否需要加固定 壓載，固定壓載艙兼底部裙邊阻尼板(7或25)都是必須的；區別是，如需要、 則固定壓載物灌注在固定壓載艙艙體內，如不需要、則固定壓載艙艙體內充滿海 水。本發明浮式人工島23于SSP平臺看似相同，實際上有非常大的不同
1. 儲運系統不同。本發明浮式人工島23可采用三種"壓載海水和儲液等質 量流率自動置換流程系統"。如果采用申請人發明的兩種自動置換流程系統，在 裝載、卸載的過程中，島體2的吃水深度不變；沒有含烴氣體和惰性氣體的排放， 環保節能；既可用于原油的儲運，也可用于多種性質不同的液體的儲運；島體儲 罐內部除必要的管路，沒有設備，方便建造和維修；不需要配套的惰性氣體發生、 配送和排放設備和系統。因此，設施和系統簡單、維護工作量減少，建造投資和 操作費相應降低。
2. 島體結構形式不同。本發明浮式人工島23的島體采用多種形式的混凝土 組合罐，結構簡單、抗腐蝕、抗碰撞、免維護、建造投資和操作費低。
3. 底部裙邊阻尼板結構形式不同。本發明采用外突裙邊固定壓載艙7的浮 式人工島23和SSP的水動力特性類似，采用輪圈式固定壓載艙25的浮式人工 島23則優于SSP。
需要特別說明的是，兩種人工島的島體組合罐必須在水平面上保持結構的幾 何對稱性和裝載的對稱性，保持整個人工島(含上部設施)的操作重心和島體的 浮心在同一條垂線上。其目的是避免因二者不在同一條垂線造成的傾覆力矩，避 免由此造成固定式人工島一側的樁受壓、另一側的樁受拉，造成浮式人工島的側傾。
上部設施
本發明兩種人工島島體2組合罐的頂部伸出水面，干舷的高度取決于罐頂部 是否允許上浪。如果不允許頂部上浪，必須保證較高和足夠的干舷高度，島體2 周邊還可設置防浪墻。如果允許上浪，上部設施4結構的支腿的長度必須足夠長， 以避免上部設施4的底甲板上浪，支腿和支腿座的設計建造必須考慮上浪的載 荷。和船形FPSO相類似，上部設施4通過多根支腿固定在組合罐的頂部。由于 島體沒有明顯的中垂和中拱，支腿與島體2頂部的連接可采用固定節點支座，頂部罐壁應采取相應的結構加強。上部設施4采用單層或多層甲板的結構形式。上 部設施4的底層甲板和組合罐頂部之間應保持一個安全距離，通常不小于2. 5~ 3米。
建造、安裝和搬遷
本發明島體2組合罐釆用混凝土結構。本發明所指混凝土結構包括鋼筋混凝 土結構、預應力混凝土結構、鋼管混凝土結構、鋼骨混凝土結構、纖維增強混凝 土結構、鋼板混凝土結構(也可用玻璃鋼板取代鋼板)之中的一種或數種，具體 采用哪種，應根據工程的實際和技術、經濟比較的結果確定。所謂鋼板混凝土結 構是指混凝土結構的內外壁為薄鋼板，兩層鋼板之間焊有許多鋼柱，使之成為殼 結構，鋼板中間澆筑混凝土。
本發明人工島建造的關鍵是島體組合罐的建造。既可和混凝土重力平臺一 樣，在深的土干塢完成島體下部的建造，但建造地點的選擇十分有限；也可在普 通干船塢建造或岸上碼頭場地完成下部鋼板殼體、玻璃鋼殼體或混凝土殼體的建 造；下部或下部殼體建造完成后運至海上油氣田現場、或水深滿足人工島漂浮的 水域，在漂浮狀態繼續完成島體的全部建造。在船塢或碼頭場地建造下部殼體的 關鍵是減輕重量。例如，全部或下部采用鋼板(玻璃鋼板)混凝土結構的島體， 在陸上僅建造鋼板(玻璃鋼板)殼體，而不澆筑混凝土。再如，對于不采用鋼板 (玻璃鋼板)混凝土結構的罐體下部，可在陸上僅完成能保證水密性能的外殼體 的建造，其余部分留待海水建造。采用普通干船塢或碼頭場地建造的地點選擇十 分廣泛。
本發明人工島的上部設施在陸上和島體分開建造，上駁拖航至海上現場，在 海上安裝至島體頂部。整個人工島抵達油氣田現場后，固定式人工島的海上安裝 主要工作包括就位、下沉、坐底和調平、最后打入樁或水下裙樁、或使吸力錨貫 入海床；浮式人工島的海上安裝工作主要是錨腿在海床的安裝、與島體的回接。
采用樁或水下樁的固定式人工島需要搬遷時，主要步驟如下切斷樁或水下 樁；排空壓載海水和儲液，使人工島空載的重量小于其水下部分的浮力；向建造 時已預安裝的噴水管線和罐底部噴嘴注入具有足夠壓力的海水，目的是破壞海床 表面對罐底的吸附力，保證島體起浮；上浮后濕拖搬遷。采用吸力錨的固定式人 工島需要搬遷時，主要步驟如下排空壓載海水和儲液，使人工島空載的重量小 于其水下部分的浮力；向建造時已預安裝的噴水管線和罐底部噴嘴注入具有足夠 壓力的海水，目的是破壞海床表面對罐底的吸附力，保證島體起浮；同時，向吸 力錨內注入高壓海水，實現島體上浮；上浮后濕拖搬遷。浮式人工島的搬遷更簡 單，無須多述。
浮式人工島的搬遷十分容易，不再多述。 適用條件和主要優點
本發明人工島的水線面面積大，它所受到的波浪載荷較大，固定式人工島適 用于環境條件相對較好的淺水海域；浮式人工島由于外突裙邊固定壓載艙7的阻 尼作用，其水動力性能仍然相當好，適用于惡劣海況的深水水域。
本發明人工島和穿梭油輪系泊設施(如，淺水海域靠船小平臺加系纜墩、單 點或多點系泊裝置等)配套后，可以實現海上石油、天然氣開發生產所需要的鉆 井、石油天然氣生產、天然氣液化、油氣液體產品和LNG、 LPG的儲存和外輸 的全套功能，實現油田伴生氣全組分回收。在生產和儲運過程中不會造成油氣的 浪費(排放)和任何污染。
本發明人工島建造和安裝靈活，操作維護簡單，造價和操作費用低； 一個油氣田開發結束后，可以遷移至其它油氣田重復使用；既可用于海上大型、生產壽 命長的油氣田的開發，又可用于小型、生產壽命短的油氣田，尤其是邊際油氣田
的開發。
應用實例 一個包含鉆井、原油生產、伴生氣回收的淺海油氣田開發生產全套裝 置(參見圖2)
本全套裝置(也可稱之為"油氣田地面設施的總體設計方案")包含 一個 具有鉆井、原油生產和儲運、凝析油儲運、公用設施和生活設施等多種功能的混 凝土固定式人工島l-l，島體為混凝土立式圓筒形單組儲液單元組合罐； 一個具 有伴生氣處理、凝析油和LPG回收、天然氣液化、凝析油儲運、LPG儲運和LNG 儲運等多種功能的混凝土固定式人工島1-2，島體為混凝土立式正六邊形蜂窩狀 多組儲液單元組合罐，或子母罐，共7個(子)罐，周邊6個，凝析油組合罐9、 LPG組合罐8和LNG組合罐10各2個，同一儲液的罐完全相同、對稱布置， 中心為一個LNG組合罐10;兩個人工島l一l和1_2的干舷高度一致，相距不 遠，以便作為穿梭油輪、LNG或LPG運輸船18的兩個靠船平臺；兩個人工島 的外側不遠處，各設置了一個系纜墩16 (共2個)，用于系泊油輪或運輸船的艏 纜17和艉纜21;人工島之間有棧橋19連接；固定式人工島1 —1、 l一2和系纜 墩16之間是否加設棧橋連接，可根據油氣田項目的具體情況選定。
采用密閉氣壓連通式壓載海水和儲液等質量流率自動置換流程系統，用于儲 存、裝卸原油和凝析油。兩種儲液的組合罐海水壓載艙和儲液艙均采用混凝土材 料建造。分別采用管線將凝析油的兩個組合罐9的海水壓載艙的頂部和底部相連 通，兩個組合罐9的儲液艙的頂部和底部相連通，使兩個凝析油組合罐9合而為 一。LNG(LPG)的壓載海水和儲液置換流程系統采用氣壓式海水和LNG(LPG)等 質量流率自動置換流程系統，用于儲存、裝卸LNG(LPG)。采用同樣的方法將兩 個LPG組合罐8合而為一。LNG(LPG)組合罐的海水壓載艙采用混凝土材料建造， 儲液艙分別是適用于儲存LNG和LPG的專用儲罐，儲罐的鋼罐外側緊緊包覆鋼 筋混凝土保護罐ll，參見圖4-3和圖4—4。為了平衡吃水造成的浮力變化，兩 種自動置換流程系統中均相應地增加壓載海水自動增減補償系統。
全套裝置所需的電力等公用資源由第一個人工島提供；生產污水全部由第一 個人工島處理，合格后排放或回注地層；全部生產作業可在第一個人工島實施集 中控制。因此，第一個人工島也可稱之為中心人工島。和原油相比，天然氣的生 產作業更具有危險性，這是生活設施不安裝在第二個人工島的原因。
本裝置作為地面設施，可用于環境條件相對較好的淺水海上油田、氣田或凝 析油氣田的開發。
對于需要更大原油儲存容量的裝置，對于用于小邊際油田的開發的地面設 施，還可以采用其它增減設施的方案例如，在緊鄰人工島的海床上，另外安裝 坐底固定式組合式儲液罐，例如平面面積較大的竹排式組合式儲液罐20儲存原 油；或者再建兩個人工島原油儲罐，代替前述方案的兩個系纜墩；或者在附近另 建一個或多個人工島儲油罐，用棧橋或海底管道與中心人工島相連；或者只釆用 一個人工島，配以簡易的靠船卸油設施，等等。如果需要較大的LNG儲存容量， 第一個人工島島體也可改為儲LNG的組合罐。總之，本發明混凝土人工島的一 個最大的優點是十分靈活，可根據不同的油氣田開發方案的需要，增減不同的設 施，形成不同的裝置。由于本發明人工島搬遷比較方便，可形成集鉆、采、儲和 運為一體"蜜蜂式"設施，特別適用于多個淺水邊際油氣田的先后滾動開發。
權利要求
1.一種可搬遷的混凝土人工島，包括固定式和浮式兩種型式，它們的島體為混凝土立式組合罐，上部設施安裝在島體組合罐頂部，組合罐可根據需要設置固定壓載艙；為了保證在儲液裝載和卸載作業的過程中，人工島的操作重量不變，它們都采用“壓載海水和儲液等質量流率自動置換流程系統”。其技術特征在于它們的島體均伸出水面，島體具有足夠高的干舷，減少或避免島體頂部上浪；上部設施的底層甲板和組合罐頂部之間的距離必須保證在設計海況條件下底層甲板不得上浪，且不小于最小的安全距離。
2. —種如權利要求1所述的混凝土島體組合罐，它可以是子母式組合罐，由 一個作為共用海水壓載艙的母罐、多個安裝在母罐內部的作為儲液艙的子罐組 成，其技術特征在于母罐和子罐均為立式圓筒形容器，子罐呈蜂窩狀、豎向、 中心對稱的緊密或不緊密排列形成子罐群，子罐群的對稱中心軸線和母罐圓筒垂 直中心軸線重合，每兩個對稱的子罐為一組，儲存同一種儲液，同步裝卸。
3. 如權利要求1所述的混凝土固定式人工島，其技術特征在于人工島在儲 液裝卸過程中的操作重量必須大于或等于高潮位時島體設計吃水的浮力；同時， 島體組合罐內部海水和儲液排空后，人工島空載的重量小于等于低潮位時島體設 計吃水的浮力。
4. 如權利要求1所述的儲液儲存和裝卸所需的壓載海水和儲液置換流程系 統，當它用于固定人工島時，其技術特征在于為了平衡潮位吃水差造成的島體 浮力的變化，需要設置壓載海水自動補償增減系統，該系統既可設置在壓載海水 和儲液置換流程中，也可單獨設置；無論何種設置方法，補償系統均可根據潮位 的變化，進行壓載海水的自動增減補償。
5. 如權利要求1所述的混凝土固定式人工島，其技術特征在于島體組合罐 通過樁、水下樁或吸力錨固定于海床上。
6. 如權利要求1所述的混凝土浮式人工島，其技術特征在于浮式人工島 均必須配置底部裙邊阻尼板，包括外突裙邊形底部固定壓載艙兼阻尼板和輪圈式 固定壓載艙兼底部裙邊阻尼板共兩種形式。
7. 如權利要求6所述的輪圈式固定壓載艙兼底部裙邊阻尼板，其技術特征 在于它由一個采用鋼材、玻璃鋼或混凝土材料建造的輪圈艙體、以及將輪圈艙 體安裝固定在組合罐罐體底部的連接鋼結構組成，輪圈艙體內部填充固定壓載物 或海水；輪圈的內徑大于組合罐罐體的外徑，以保證二者之間的水體上下通透， 二者垂直中心軸線重合，輪圈艙體的底部平面可低于、或略高于組合罐罐體的底 部平面，二者的高度也可相同；連接鋼結構包括若干個輻射狀徑向連接板，和在 必要時設置的、與連接板配套的上方斜拉桿。
8. 如權利要求1所述的混凝土浮式人工島，其技術特征在于島體組合罐通 過錨泊定位系統將島體組合罐系泊于海床上。
9. 如權利要求1所述的安裝在島體組合罐頂部的上部設施，其技術特征在 于上部設施的結構采用單層或多層甲板的形式，上部設施結構通過多根支腿固 定在組合罐的頂部，釆用固定節點支座，上部設施結構和支腿為鋼材建造。
10. 如權利要求l所述的一種可搬遷的混凝土人工島，其技術特征在于既 可在深的土干塢法完成島體混凝土下部的建造，也可在普通干船塢建造或岸上碼 頭場地完成下部鋼板(或玻璃鋼)殼體的建造，下部或下部殼體建造完成后運至海上油氣田現場、或水深足夠的水域，在漂浮狀態繼續完成島體的全部建造；下 部殼體的重量控制必須保證船塢進水后殼體可以漂浮，或保證殼體可以通過滑道 滑移上駁。
全文摘要
本發明涉及海上石油天然氣開發所需的、可搬遷的固定式和浮式共兩種混凝土人工島，固定式用樁、浮式用系泊定位系統分別將島體固定或系泊于海床上；它們具有鉆井、原油、天然氣、凝析油、LPG和LNG生產和液體產品儲運，以及公用和生活的功能。人工島的島體為伸出水面的多種形式混凝土立式組合罐。上部設施安裝在島體的頂部；根據液體產品的不同，儲存和裝卸采用不同的“壓載海水和儲液等質量流率自動置換流程系統”。本人工島建造和安裝靈活，操作維護簡單，安全環保，造價和操作費用低；一個油氣田開發結束后，可以遷移至其它油氣田重復使用；既可用于海上大型、生產壽命長的油氣田的開發，又可用于小型、生產壽命短的油氣田，尤其是邊際油氣田的開發。
文檔編號E02B17/00GK101666080SQ200810196338
公開日2010年3月10日 申請日期2008年9月5日 優先權日2008年9月5日
發明者吳植融 申請人:吳植融