Sistemas de amarre para unidades flotantes de producción y almacenamiento en alta mar
Los dispositivos de sistemas de amarre se pueden dividir en dos grandes series, a saber, sistemas de amarre de un solo punto y sistemas de amarre multipunto. El sistema de amarre de un solo punto es para cuerpos flotantes, es decir, el punto de conexión de amarre es un punto, y es adecuado para cuerpos flotantes con una gran relación de aspecto (como petroleros, FPSO, barcos de transporte, etc.). Su característica es que tiene la función de una veleta, que puede hacer que el cuerpo flotante gire 360 grados alrededor del punto de amarre, de modo que el cuerpo flotante esté siempre en la dirección de mínima tensión. Otra característica de este modelo de utilidad es el uso de juntas rotativas, que pueden transmitir bien el flujo, la energía eléctrica y la comunicación. Los sistemas de amarre de un solo punto se utilizan ampliamente en la industria petrolera debido a sus múltiples ventajas, pero su inversión en ingeniería también es alta y técnicamente están monopolizados por varias empresas de un solo punto. Los sistemas de amarre multipunto son diferentes de los sistemas de amarre de un solo punto. Hay muchos puntos de conexión de amarre en el cuerpo flotante, no hay función de veleta y no se necesitan juntas giratorias. Es adecuado para proyectos donde la longitud y el ancho del cuerpo flotante son similares y las condiciones ambientales en alta mar son suaves. El posicionamiento dinámico es también un tipo de amarre del sistema de cuerpo flotante. Se basa total o parcialmente en las hélices y propulsores del cuerpo flotante y es gestionado y operado por una computadora para mantener el cuerpo flotante en la dirección con la menor fuerza ambiental y. colóquelo en un punto determinado del mar.
Existen diversos tipos de sistemas de amarre en el mundo. Desde que China National Offshore Oil Corporation adoptó FPSO para el desarrollo de petróleo y gas en alta mar, esto ha ido acompañado de la introducción de equipos de sistemas de amarre del extranjero. Los tipos principales son los siguientes: Dispositivo de sistema de amarre de un solo punto con brazo rígido blando tipo torre (también conocido como sistema de amarre 1e con brazo transversal blando tipo torre), como se muestra en la Figura 13-7, se utiliza principalmente en aguas poco profundas. áreas del mar de Bohai y es adecuado para profundidades de agua inferiores a 40 m. Anticongelante y removible. Actualmente hay cuatro conjuntos de dispositivos de este tipo en uso; en la Figura se muestra el dispositivo del sistema de amarre de un solo punto de boya catenaria (también llamado sistema de amarre silencioso) utilizado en la terminal de exportación de petróleo crudo del campo petrolero W12-1 en el Mar de China Meridional. 13-8. Sistema de amarre de torreta interna (denominado sistema de amarre de torreta interna), ***7 juegos de este dispositivo se utilizan en el campo petrolífero de Nanhai, adecuados para profundidades de agua de 50 ~ 400 m, de los cuales 5 juegos se usan en el antiguo petrolero programa FPSO de reconstrucción, y se utilizan 2 juegos. El nuevo FPSO, como se muestra en la Figura 13-9, se divide en tipos desmontables y no desmontables. Puede soportar condiciones ambientales adversas como tifones. La Figura 13-10 muestra el mecanismo de rotación de la torreta interna, que utilizan la mayoría de las FPSO de aguas profundas del mundo.
Debido a las necesidades del desarrollo petrolero en alta mar, han surgido docenas de diseños de sistemas de amarre, pero solo una docena se utilizan realmente. Desde la aparición de FPSO en el mundo, empresas relevantes se han comprometido con la investigación y el desarrollo de varios tipos de dispositivos de sistemas de amarre, con el objetivo de realizar investigaciones exhaustivas en diferentes áreas marítimas, diferentes ciclos de servicio y diferentes funciones para reducir la inversión en ingeniería. Actualmente, la tecnología de sistemas de amarre de un solo punto está monopolizada por varios fabricantes de puntos únicos. En los últimos años, China National Offshore Oil Corporation ha introducido continuamente sistemas avanzados de amarre de un solo punto en todo el mundo para cumplir con los requisitos de fuerte resistencia a tifones, amarre permanente y reducción de la inversión en ingeniería.
Figura 13-7 Dispositivo de sistema de amarre de un solo punto de brazo blando-rígido
Figura 13-8 Dispositivo de sistema de amarre de un solo punto de boya de catenaria
Fig. 13-9 Dispositivo de sistema de amarre de un solo punto con plataforma giratoria interna
Desde la década de 1980, China National Offshore Oil Corporation ha estado comprometida con la investigación y el desarrollo de sistemas de amarre. A mediados de la década de 1990, el dispositivo de sistema de amarre de dos puntos desarrollado independientemente se utilizó en tres proyectos de prueba de extensión en el Mar de Bohai, como se muestra en la Figura 13-11. En el futuro desarrollo de campos petroleros marginales, también utilizaremos los medios y niveles técnicos existentes para realizar gradualmente la localización de algunos dispositivos de amarre para mejorar los beneficios económicos del desarrollo de campos petroleros.
La FPSO del campo petrolífero Lufeng 22-1 en el Mar de China Meridional adopta un posicionamiento dinámico auxiliar, como se muestra en la Figura 13-12.
Figura 13-10 Mecanismo de rotación de la torreta interna
Figura 13-11 Dispositivo del sistema de amarre de dos puntos
1. p>La chaqueta de un solo punto es la base que soporta las tensiones del sistema de amarre de un solo punto. A la hora de diseñar no sólo se deben considerar los factores ambientales adversos y posibles combinaciones de cargas como viento, olas, corrientes, hielo, terremotos, etc., sino también la fuerza de amarre generada por estas fuerzas ambientales sobre la FPSO. Se deben realizar cálculos estáticos, dinámicos, sísmicos y de fatiga para garantizar la seguridad y confiabilidad de un solo punto durante su vida útil. La fuerza que actúa la FPSO sobre un solo punto es un proceso complejo. Además del cálculo y análisis de fórmulas teóricas, la fuerza máxima de amarre que actúa en un solo punto y el proceso de cambio de fuerza con el tiempo también se pueden obtener mediante pruebas de modelos para satisfacer las necesidades de diseño. Cuando se construye el conducto de un solo punto BZ28-1, la fuerza de amarre horizontal máxima causada por condiciones ambientales extremas alcanza 455 t, y la fuerza de amarre vertical máxima causada por condiciones ambientales extremas es de 160 t.
La camisa de un solo punto se fija al fondo marino mediante pilotes de acero hincados. El tamaño del pilote de acero está determinado por el diseño y la profundidad de penetración en el lodo puede alcanzar entre 70 y 80 m. La parte superior de la chaqueta está equipada con una columna de soporte, comúnmente conocida como columna principal, que está firmemente conectada a la columna de la pata de la chaqueta. Sirve como soporte y estructura fija del mecanismo giratorio del cabezal de amarre y es el componente principal para la transmisión. la carga de fuerza de amarre. Su interior se utiliza como canal para el trazado de oleoductos y gasoductos.
Figura 13-12 Sistema de posicionamiento dinámico auxiliar y amarre de plataforma giratoria interna FPSO
2. Amarre
El cabezal de amarre se refiere a la dirección hacia arriba del mecanismo giratorio en la columna general. , la parte que puede girar libremente con el FPSO. Esta parte incluye principalmente la plataforma giratoria que fija el cojinete giratorio, el canal del sello giratorio de petróleo, gas y agua y la estructura de soporte del tubo cruzado. La plataforma giratoria es una fundición de acero y un mecanismo de conexión está colocado en el lado de la plataforma giratoria del cabezal de amarre como soporte de conexión entre el brazo rígido flexible y el cabezal de amarre para transmitir la fuerza de amarre generada por la FPSO después de conectar el brazo rígido flexible. a un solo punto en el mar. La parte superior del cabezal de amarre es un soporte de acero, que sirve como estructura de soporte del tubo de puente. Está conectado a la plataforma giratoria a través de la columna, de modo que el soporte del tubo de puente gira con la plataforma giratoria.
3. Yugo flexible de conexión en forma de A
El brazo flexible de conexión en forma de A es el principal componente de conexión entre el FPSO y el punto único, y generalmente está compuesto por una pieza circular de gran diámetro. tubos. Su parte superior está conectada a la plataforma giratoria del cabezal de amarre a través de una junta giratoria universal, y ambos lados de la parte inferior están colgados de las patas de amarre a través de acoplamientos universales y conectados a los soportes de amarre del FPSO. Aunque la estructura en sí es una estructura de acero, un sistema de amarre flexible compuesto por un mecanismo giratorio y patas de amarre puede adaptarse a varios estados de movimiento de la FPSO sin restricciones, por lo que esta parte también se denomina brazo rígido blando. El brazo rígido flexible está conectado a la plataforma giratoria del cabezal de amarre de un solo punto en alta mar. Cuando la FPSO no está en su lugar o no está liberada, se puede bajar a la superficie del mar y moverse libremente para resistir las fuerzas ambientales marinas. En la parte inferior del brazo rígido flexible existe un tanque de lastre, en el que se inyecta una cantidad adecuada de anticongelante para mejorar y ajustar el movimiento de todo el sistema.
4. Patas de amarre
Las patas de amarre son la parte de conexión entre el FPSO y el yugo. Hay dos patas de amarre* * *, ubicadas a ambos lados del soporte de amarre del FPSO. . El extremo superior de la pata de amarre está conectado al soporte de amarre de la FPSO, el extremo inferior está conectado al brazo rígido flexible y hay mecanismos giratorios en ambos extremos para adaptarse al movimiento de la FPSO. Generalmente, las patas de amarre están conectadas a los soportes de amarre de la FPSO en tierra. Después de remolcar la FPSO al campo petrolífero, la parte inferior del brazo rígido flexible se levanta y se conecta al extremo inferior de la pata de amarre, completando el proceso final de todo el sistema de amarre del dispositivo flotante de producción y almacenamiento. Si es necesario liberar el FPSO, el FPSO se puede liberar desde un solo punto mediante la operación inversa de esta parte del mecanismo. El diseño de esta parte del mecanismo de conexión determina en gran medida el tiempo necesario para que el FPS0 se conecte y desconecte en el mar. Las patas de amarre y los brazos rígidos flexibles son los componentes con mayor rango de movimiento de todo el sistema de amarre.
5. Sistema de tuberías
Para transportar el petróleo crudo y el gas natural producido por la plataforma de boca de pozo al dispositivo flotante de almacenamiento de producción, o realizar el transporte inverso de fluido o gas según sea necesario. De acuerdo con las necesidades de producción, es necesario Se completa mediante tuberías submarinas, anillos deslizantes de sellado giratorios, tuberías de puente entre FPSO y puntos individuales, y las tuberías de soporte correspondientes. El tamaño y el número de puentes y canales de sellado dependen de las necesidades de producción. Para realizar la operación de limpieza de tuberías submarinas, es necesario disponer los dispositivos de lanzamiento y recepción de bolas de limpieza en un solo punto.
Debido a la complejidad de los componentes del sistema de amarre de un solo punto, el diseño de los soportes de amarre FPSO y todo el sistema de amarre actualmente lo realizan principalmente empresas profesionales extranjeras. La parte giratoria de cada componente también la proporcionan empresas extranjeras como componentes patentados. Sin embargo, CNOOC se encargó de la construcción y construcción de estructuras de acero como chaquetas, cabezales de amarre, soportes de amarre y brazos rígidos flexibles desde el principio.