一種軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺及其施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺及其施工方法，包括下部桶形基礎系統(tǒng)與上部作業(yè)平臺系統(tǒng)；下部桶形基礎系統(tǒng)由三個相同的副桶與一個主桶組成，各個桶形基礎之間通過肋板相連；上部作業(yè)平臺系統(tǒng)由三個水平桁架、三個支撐桁架、中央立柱、系列撐桿及上部作業(yè)平臺組成；施工過程采用上端系縛控制繩索的導向棒輔助使得下部桶形基礎系統(tǒng)與上部作業(yè)平臺系統(tǒng)的相互對接組裝形成整體。本發(fā)明上部作業(yè)平臺系統(tǒng)與下部桶形基礎系統(tǒng)相互獨立，上部作業(yè)平臺系統(tǒng)對下部桶形基礎系統(tǒng)的沉貫作業(yè)無影響，整體組裝后呈軸對稱狀態(tài)，荷載分布均勻，基于導向棒下沉安裝上部作業(yè)平臺系統(tǒng)，施工速度快、精度高，采油平臺系統(tǒng)的重復利用與回收作業(yè)簡便。
【專利說明】
一種軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺及其施工方法
[0001 ] 技術(shù)領域:
本發(fā)明涉及海上油氣田領域中的采油平臺，尤其涉及一種軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺及其施工方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
海上邊際油氣田是指那些儲量小、邊遠地區(qū)、深層及環(huán)境條件惡劣的海區(qū)，對其開采的全部收入與開采的支出基本持平，或收益甚少。我國海上油氣田中有相當一部分屬于邊際油氣田，如何經(jīng)濟有效的開發(fā)邊際油氣田一直是海洋石油工程界關心的課題。為了開采邊際油氣田，需考慮多種手段來減少工程投資、降低開發(fā)成本，使其能取得一定的經(jīng)濟效益。
[0003]實踐證明，簡易海洋平臺具有結(jié)構(gòu)簡單、用鋼量少的特點，能夠大大減少海上油氣田的開發(fā)成本，尤其適用于邊際油氣田的開發(fā)。已有的多種簡易平臺方案，或者平臺重量仍然偏大，或者制造、安裝過程仍然比較繁瑣，且不能重復利用或者搬迀過程復雜，重復利用的費用過高。
[0004]專利申請?zhí)?201410215018.3公開了一種筒型基礎單腿柱采油平臺，它包括筒型基礎，筒型基礎位于泥面下，水平桁架位于泥面處首尾相連構(gòu)成三角形水平面，各連接點一端面分別焊接在筒型基礎上，另一端面與支撐桁架和中央立柱焊接；中央立柱焊接在由水平桁架連接構(gòu)成的一個連接點上，中央立柱最底部與筒型基礎焊接;兩個支撐桁架一端分別焊接在其余兩個連接點上，另一端都焊接在中央立柱上，且與中央立柱的焊接點位于水平面以下、泥面以上；水平桁架、支撐桁架和中央立柱形成空間四面體結(jié)構(gòu)；登船平臺位于水面以上，設置在中央立柱上部;作業(yè)平臺位于登船平臺上方，設置在中央立柱的頂部;位于登船平臺與作業(yè)平臺之間還設置有爬梯。該結(jié)構(gòu)的缺陷為:整體結(jié)構(gòu)不對稱，中央立柱位置處的桶形基礎受到的豎向荷載較大，而其它兩個桶形基礎受到的豎向荷載較小，導致中央立柱位置處桶形基礎產(chǎn)生的豎向沉降必然大于其它兩個桶形基礎的豎向沉降，基礎在安裝及使用過程中容易產(chǎn)生不均勻沉降而使采油平臺發(fā)生傾斜，進而影響采油平臺的使用；另外，所述兩個支撐桁架和中央立柱與桶形基礎焊接在一起，整體重量較大，對起吊設備的起重能力要求高，也不利于工程結(jié)束后采油平臺的起浮、轉(zhuǎn)場與重復利用。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
為了彌補現(xiàn)有技術(shù)問題的不足，本發(fā)明的目的是提供一種軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺及其施工方法，其結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，重復利用便利，經(jīng)濟效益好，適用于邊際油氣田的開采，為邊際油氣田的開采降低開發(fā)成本。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺，其特征在于，包括下部桶形基礎系統(tǒng)與上部作業(yè)平臺系統(tǒng)，所述的下部桶形基礎系統(tǒng)包括三個呈品字形放置的、相同的副桶及其中央的主桶，各個桶形基礎外壁之間通過肋板相連，副桶的桶頂設有底部中空支座，主桶的桶頂設有底部實心支座；
所述的上部作業(yè)平臺系統(tǒng)包括與副桶相配合三個上部支座，三個上部支座中央設有與主桶相配合的中央立柱，三個上部支座外壁上連接有水平桁架，三個上部支座外壁與中央立柱外壁之間設有傾斜設置的支撐桁架，中央立柱上端安裝有作業(yè)平臺；
所述的上部作業(yè)平臺系統(tǒng)與下部桶形基礎系統(tǒng)對接安裝固定，其中上部作業(yè)平臺系統(tǒng)上部支座套裝于下部桶形基礎系統(tǒng)底部中空支座上，中空的中央立柱套在底部實心支座上。
[0007]所述的軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺，其特征在于，所述的主桶和副桶均倒置，主桶直徑大于副桶直徑，主桶與副桶的高度相同，主桶與副桶之間通過肋板兩兩焊接相連;三個副桶通過肋板兩兩焊接相連后形成等邊三角形布置，主桶位于等邊三角形的中心位置處。
[0008]所述的軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺，其特征在于，所述的副桶的桶頂中心設有底部中空支座，底部中空支座為內(nèi)部中空的圓形鋼管，底部中空支座上部設有螺栓孔。
[0009]所述的軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺，其特征在于，所述上部支座為中空的圓形鋼管，內(nèi)孔直徑大于底部中空支座外徑，上部支座高度小于底部中空支座高度。
[0010]所述的軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺，其特征在于，所述的中央立柱為中空的圓形鋼管，中央立柱位于上部作業(yè)平臺系統(tǒng)的中心對稱軸上，三個水平桁架、三個支撐桁架和中央立柱形成側(cè)面相同的空間四面體結(jié)構(gòu)。
[0011]—種軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺的施工方法，包括如下步驟:
1)、下部桶形基礎系統(tǒng)直立于預定海面上，取三根導向棒插入且固定在下部桶形基礎系統(tǒng)的底部中空支座中，導向棒上端系縛控制繩索；
2)、緩慢下降下部桶形基礎系統(tǒng)至海水中，直至接觸海底，打開連接各桶形基礎抽水孔并利用水栗抽負壓，使下部桶形基礎系統(tǒng)逐步貫入至海床中，當桶形基礎全部貫入海床且水平度滿足要求時，下部桶形基礎系統(tǒng)沉貫作業(yè)結(jié)束；
3)、平穩(wěn)地起吊上部作業(yè)平臺系統(tǒng)直立于預定海面上，先控制繩索穿入上部支座中，至三個上部支座分別套在三個導向棒上，上部作業(yè)平臺系統(tǒng)沿著導向棒緩慢下降；直至三個上部支座分別準確套在三個底部中空支座上，上部作業(yè)平臺系統(tǒng)下沉就位作業(yè)結(jié)束；
4)、上部作業(yè)平臺系統(tǒng)下沉就位后，把三根導向棒從底部中空支座中拔出，派潛水員下水，利用螺栓組件穿過底部中空支座上的螺栓孔，即完成系統(tǒng)的安全固定，整個系統(tǒng)組裝完畢。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:
1、本發(fā)明上部作業(yè)平臺系統(tǒng)與下部桶形基礎系統(tǒng)相互獨立，可獨立制作，互不影響；
2、本發(fā)明先完成下部桶形基礎系統(tǒng)的沉貫后，再組裝上部作業(yè)平臺系統(tǒng)，即上部作業(yè)平臺系統(tǒng)對下部桶形基礎系統(tǒng)的沉貫作業(yè)無影響，方便桶形基礎的施工；
3、本發(fā)明整體組裝后呈軸對稱狀態(tài)，荷載分布均勻，產(chǎn)生的不均勻沉降小，有利于采油平臺的使用與維護；
4、本發(fā)明下部桶形基礎系統(tǒng)的沉貫完成后，基于導向棒下沉安裝上部作業(yè)平臺系統(tǒng)，施工速度快、精度高，縮短了海上作業(yè)時間；
5、本發(fā)明當采油平臺使用結(jié)束需轉(zhuǎn)場時，卸除螺栓、螺帽后即可起吊上部作業(yè)平臺系統(tǒng)，再開展下部桶形基礎系統(tǒng)的注水、起浮工作，可見上部作業(yè)平臺系統(tǒng)對下部桶形基礎系統(tǒng)的起浮作業(yè)無影響，方便采油平臺系統(tǒng)的重復利用與回收作業(yè)。
[0013]【附圖說明】: 圖1為本發(fā)明的下部桶形基礎系統(tǒng)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的上部作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明的副桶結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明的上部作業(yè)平臺系統(tǒng)的撐桿部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5為本發(fā)明的上部作業(yè)平臺系統(tǒng)與下部桶形基礎系統(tǒng)的對接組裝示意圖。
[0018]圖6為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖7為本發(fā)明對接組裝施工過程示意圖。
[0020]附圖標記:
1、副桶;2、主桶;3、肋板;4、抽水孔;5、底部中空支座;6、螺栓、螺帽；7、上部支座;8、水平桁架;9、支撐桁架；1、中央立柱；11、作業(yè)平臺；12、底部實心支座；13、螺栓孔；14、撐桿；
15、導向棒;16、控制繩索。
[0021]【具體實施方式】:
參見附圖:
一種軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺，包括下部桶形基礎系統(tǒng)與上部作業(yè)平臺系統(tǒng)；下部桶形基礎系統(tǒng)，由三個相同的副桶I與一個主桶2組成，各個桶形基礎之間通過肋板3相連，副桶I的桶頂設有底部中空支座5，主桶2的桶頂設有底部實心支座12;上部作業(yè)平臺系統(tǒng)，由三個水平桁架8、三個支撐桁架9、中央立柱1、系列撐桿14及上部作業(yè)平臺11組成，三個水平桁架8的首尾連接處設有中空的上部支座7;通過上部作業(yè)平臺系統(tǒng)中空的上部支座7套在下部桶形基礎系統(tǒng)底部中空支座5上，中空的中央立柱10套在底部實心支座12上，完成下部桶形基礎系統(tǒng)與上部作業(yè)平臺系統(tǒng)的對接組裝。
[0022]副桶I與主桶2的高度相同，主桶2的直徑大于副桶I的直徑。副桶I與主桶2之間通過肋板3兩兩焊接相連，肋板的頂面與桶形基礎的頂面平齊;副桶I與主桶2的頂部均設有抽水孔4;副桶I的桶頂中心位置處設有底部中空支座5，底部中空支座5為內(nèi)部中空的圓形鋼管;底部中空支座5，上部設有螺栓孔13。
[0023]三個副桶I通過肋板3兩兩焊接相連后形成等邊三角形布置，主桶2位于該等邊三角形的中心位置處;主桶2的桶頂中心位置處設有底部實心支座12;底部實心支座12與底部中空支座5的高度相同，底部實心支座12的直徑大于底部中空支座5的外徑。
[0024]上部作業(yè)平臺系統(tǒng)的上部支座7，為內(nèi)部中空的圓形鋼管，中空部分的直徑大于底部中空支座5的外徑;上部支座7，其高度小于底部中空支座5的高度;三個水平桁架8首尾相連構(gòu)成等邊三角形水平面，連接處設有上部支座7。
[0025]中央立柱10為內(nèi)部中空的圓形鋼粧，中空部分的直徑大于底部實心支座12的外徑；中央立柱10位于上部作業(yè)平臺系統(tǒng)的中心對稱軸上，用于支撐上部作業(yè)平臺11和其它輔助設施。支撐桁架9 一端與中央立柱10焊接，另一端與上部支座7焊接。
[0026]三個水平桁架8、三個支撐桁架9和中央立柱10形成三個側(cè)面相同的空間四面體結(jié)構(gòu);三個水平桁架8構(gòu)成三角形水平面內(nèi)及所述的空間四面體結(jié)構(gòu)內(nèi)，焊接有數(shù)量較多的撐桿14，形成多個空間三角形，確保上部作業(yè)平臺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0027]上部作業(yè)平臺系統(tǒng)的三個上部支座7，能正好安裝、套在下部桶形基礎系統(tǒng)的三個底部中空支座5上;三個上部支座7套在三個底部中空支座5上的同時，中空的中央立柱10也正好安裝、套在底部實心支座12上;上部作業(yè)平臺系統(tǒng)與下部桶形基礎系統(tǒng)對接、組裝后，利用螺栓、螺帽6穿過底部中空支座5上的螺栓孔13即完成系統(tǒng)的安全固定;螺栓的直徑小于螺栓孔13的孔徑。
[0028]導向棒15為實心圓形鋼棒，其直徑略小于底部中空支座5的中空內(nèi)徑，導向棒15的一端帶細孔，供控制繩索16穿越與系縛。
[0029]上部作業(yè)平臺系統(tǒng)與下部桶形基礎系統(tǒng)的各構(gòu)件均由鋼質(zhì)材料制成，各構(gòu)件之間的連接均由焊接形成;桶形基礎單腿柱采油平臺，整體組裝后呈軸對稱結(jié)構(gòu)體系。
[0030]一種軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺的施工方法，包括如下步驟:
1)、上部作業(yè)平臺系統(tǒng)與下部桶形基礎系統(tǒng)預制完成后，運至指定海域后，平穩(wěn)地起吊下部桶形基礎系統(tǒng)直立于預定海面上，把導向棒15的一端插入底部中空支座5的內(nèi)部并用工業(yè)速干膠或其它材料稍作固定，導向棒15系縛有制繩索16的一端朝上；
2)、緩慢下降下部桶形基礎系統(tǒng)至海水中，直至接觸海底，打開連接各桶形基礎抽水孔4的水栗抽負壓，使下部桶形基礎系統(tǒng)逐步貫入至海床中，當桶形基礎全部貫入海床且水平度滿足要求時，下部桶形基礎系統(tǒng)沉貫作業(yè)結(jié)束；
3)、平穩(wěn)地起吊上部作業(yè)平臺系統(tǒng)直立于預定海面上，先控制繩索16穿入上部支座7中，再緩慢移動上部作業(yè)平臺系統(tǒng)，使三個上部支座7分別套在三個導向棒15上；
4)、控制上部作業(yè)平臺系統(tǒng)沿著導向棒15緩慢下降，直至三個上部支座7分別準確套在三個底部中空支座5上，上部作業(yè)平臺系統(tǒng)下沉就位作業(yè)結(jié)束；
上部作業(yè)平臺系統(tǒng)下沉過程中，應保持其平穩(wěn)性，防止其傾斜、扭轉(zhuǎn)等不規(guī)則顫動而把部分導向棒15從底部中空支座5中拔出，影響后續(xù)準確就位。制繩索16的一端可由人手持或系在船舷上，其作用是當導向棒15發(fā)生意外拔出而掉入海中時，可由制繩索16把導向棒15拉起、撿起；
5)、上部作業(yè)平臺系統(tǒng)下沉就位后，把三根導向棒15從底部中空支座5中拔出。派潛水員下水，利用螺栓、螺帽6穿過底部中空支座5上的螺栓孔13，即完成系統(tǒng)的安全固定，整個系統(tǒng)組裝完畢。
[0031]此外，當所提采油平臺使用結(jié)束后，其拆卸過程如下:派潛水員下水，拆除、卸掉螺栓孔13中的螺栓、螺帽6;平穩(wěn)起吊、提離上部作業(yè)平臺系統(tǒng)，放置運輸船只上;基于各桶形基礎的抽水孔4，向桶形基礎內(nèi)部注水，使下部桶形基礎系統(tǒng)逐漸拔出、脫離海床，再起吊、提離下部桶形基礎系統(tǒng)，即完成桶形基礎單腿柱采油平臺的拆除作業(yè)；
上部作業(yè)平臺系統(tǒng)的上部支座7，為內(nèi)部中空的圓形鋼管，中空部分的直徑大于底部中空支座5的外徑，使上部支座7對接、套住中空支座5的施工過程中有一定的位移偏移量，便于安裝作業(yè)；
螺栓、螺帽6的螺桿直徑小于螺栓孔13的孔徑，便于潛水員在水下很快的把螺桿插入螺栓孔13中并固定，縮短水下作業(yè)時間；
采油平臺運行過程中，副桶I上的底部中空支座5與副桶2上的底部實心支座12可能會受到較大的水平剪力；為了提高各支座的抗剪能力，各支座可穿過桶形基礎頂板而進入桶形基礎內(nèi)部一定的距離，并在桶形基礎內(nèi)部設置縱橫交錯的加筋肋加固支座；
采油平臺上的隔水套管、電纜護管等，可放置于中空的中央立柱10內(nèi)部，以減少平臺結(jié)構(gòu)所受的環(huán)境荷載；中央立柱10上部除了設有上部作業(yè)平臺11外，還可按需設置登船平臺、爬梯、簡易吊葫蘆式吊機、空間框架甲板、輔助撐桿等輔助設施;上部作業(yè)平臺11上可布置相關采油設備；
本發(fā)明安裝就位后，其提供的空間應滿足帶懸臂梁的自升式鉆井船鉆完井的要求，鉆井船插粧位置和桶形基礎應有足夠的安全距離，鉆井船的插粧和拔粧作業(yè)造成的土體擾動不會影響桶形基礎的可靠性與承載力。
[0032]本發(fā)明不局限于上述【具體實施方式】，根據(jù)上述內(nèi)容，按照本領域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺，其特征在于，包括下部桶形基礎系統(tǒng)與上部作業(yè)平臺系統(tǒng)，所述的下部桶形基礎系統(tǒng)包括三個呈品字形放置的、相同的副桶及其中央的主桶，各個桶形基礎外壁之間通過肋板相連，副桶的桶頂設有底部中空支座，主桶的桶頂設有底部實心支座； 所述的上部作業(yè)平臺系統(tǒng)包括與副桶相配合三個上部支座，三個上部支座中央設有與主桶相配合的中央立柱，三個上部支座外壁上連接有水平桁架，三個上部支座外壁與中央立柱外壁之間設有傾斜設置的支撐桁架，中央立柱上端安裝有作業(yè)平臺； 所述的上部作業(yè)平臺系統(tǒng)與下部桶形基礎系統(tǒng)對接安裝固定，其中上部作業(yè)平臺系統(tǒng)上部支座套裝于下部桶形基礎系統(tǒng)底部中空支座上，中空的中央立柱套在底部實心支座上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺，其特征在于，所述的主桶和副桶均倒置，主桶直徑大于副桶直徑，主桶與副桶的高度相同，主桶與副桶之間通過肋板兩兩焊接相連;三個副桶通過肋板兩兩焊接相連后形成等邊三角形布置，主桶位于等邊三角形的中心位置處。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺，其特征在于，所述的副桶的桶頂中心設有底部中空支座，底部中空支座為內(nèi)部中空的圓形鋼管，底部中空支座上部設有螺栓孔。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺，其特征在于，所述上部支座為中空的圓形鋼管，內(nèi)孔直徑大于底部中空支座外徑，上部支座高度小于底部中空支座高度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺，其特征在于，所述的中央立柱為中空的圓形鋼管，中央立柱位于上部作業(yè)平臺系統(tǒng)的中心對稱軸上，三個水平桁架、三個支撐桁架和中央立柱形成側(cè)面相同的空間四面體結(jié)構(gòu)。6.一種軸對稱的桶形基礎單腿柱采油平臺的施工方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)、下部桶形基礎系統(tǒng)直立于預定海面上，取三根導向棒插入且固定在下部桶形基礎系統(tǒng)的底部中空支座中，導向棒上端系縛控制繩索； 2)、緩慢下降下部桶形基礎系統(tǒng)至海水中，直至接觸海底，打開連接各桶形基礎抽水孔并利用水栗抽負壓，使下部桶形基礎系統(tǒng)逐步貫入至海床中，當桶形基礎全部貫入海床且水平度滿足要求時，下部桶形基礎系統(tǒng)沉貫作業(yè)結(jié)束； 3)、平穩(wěn)地起吊上部作業(yè)平臺系統(tǒng)直立于預定海面上，先控制繩索穿入上部支座中，至三個上部支座分別套在三個導向棒上，上部作業(yè)平臺系統(tǒng)沿著導向棒緩慢下降；直至三個上部支座分別準確套在三個底部中空支座上，上部作業(yè)平臺系統(tǒng)下沉就位作業(yè)結(jié)束； 4)、上部作業(yè)平臺系統(tǒng)下沉就位后，把三根導向棒從底部中空支座中拔出，派潛水員下水，利用螺栓組件穿過底部中空支座上的螺栓孔，即完成系統(tǒng)的安全固定，整個系統(tǒng)組裝完畢。
【文檔編號】E02D27/22GK106087928SQ201610601042
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月27日 公開號201610601042.X, CN 106087928 A, CN 106087928A, CN 201610601042, CN-A-106087928, CN106087928 A, CN106087928A, CN201610601042, CN201610601042.X
【發(fā)明人】劉金龍, 劉潔群, 徐滿滿, 寧華晶
【申請人】合肥學院