一种用于清除导管架平台井口区碎冰堆积的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于清除导管架平台井口区碎冰堆积的装置和方法，属于海洋工程结构抗冰技术领域。

背景技术：

海冰作为严重的海洋自然灾害之一，严重威胁冰区海域海洋油气资源勘探开发安全。我国渤海和黄海北部海域是国家重要的海洋油气开发区，同时也是海冰重灾害区，其每年均会产生不同程度的海冰灾害，对该区域海洋油气导管架平台造成巨大破坏。

这些冰区导管架平台，通常由3～8根腿柱构成，且每个腿柱安装有抗冰锥体。当大面积漂移海冰与导管架腿柱抗冰锥体相互作用后，会产生许多漂移碎冰，并逐步在导管架平台井口区堆积，形成巨大堆积冰块，进而引发一系列棘手的工程事故，因而必须采取有效的措施对漂移碎冰在导管架平台井口区的堆积进行快速清除。

针对上述导管架平台井口区碎冰堆积问题，通常采用人工清理或喷洒热水融化方法进行处理。一方面，受限于海洋场地的限制，人工清理通常难以进行，且存在耗时长、风险高等诸多问题；另一方面，热水喷洒仅可对碎冰堆表层进行融化清除，难以实现碎冰堆的整体融化，且在低温下热水喷洒还可能造成碎冰堆的深层冻结，进一步加大清理难度。因此，有必要提供一种能够实现导管架平台井口区碎冰堆积的清除技术手段以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种用于清除导管架平台井口区碎冰堆积的装置和方法。

本发明的目的是这样实现的：包括安装台架、滑移机构、折叠机构、伸缩作业机构、锁紧机构和碎冰清除机构，所述安装台架包括两个水平安装钢架和两个垂直导向钢架，每个垂直导向钢架通过水平安装钢架内侧的横向滑移轨道和横向滑移楔块与对应的水平安装钢架进行连接，所述滑移机构包括横向滑移楔块、纵向滑移楔块、横向滑移液压油缸和纵向滑移液压油缸；所述横向滑移楔块和横向滑移液压油缸安装于水平安装钢架上的横向滑移轨道中，所述纵向滑移楔块和纵向滑移液压油缸安装于两个垂直导向钢架之间的纵向滑移轨道中；伸缩作业机构设置在纵向滑移楔块上，折叠机构有两套分别设置在对应的垂直导向钢架与水平安装钢架之间，用来实现直导向钢架的垂向展开作业和水平折叠回收，锁紧机构设置在垂向导向钢架上实现伸缩作业机构的锁紧，碎冰清除机构设置在伸缩作业机构端部。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.折叠机构包括折叠杆、折叠伸缩杆和折叠液压油缸；所述折叠杆设置在横向滑移楔块和垂直导向钢架之间，折叠伸缩杆设置在折叠杆中间位置与横向滑移楔块和垂直导向钢架连接处之间，所述折叠液压油缸驱动折叠伸缩杆，实现垂直导向钢架的垂向展开作业和水平折叠回收。

2.伸缩作业机构包括伸缩套管和套管液压油缸；所述伸缩套管连接于纵向滑移楔块，所述套管液压油缸安装于伸缩套管内部。

3.所述锁紧固定机构包括锁紧钢架、锁紧臂、锁紧液压油缸、环形锁紧垫片；所述锁紧钢架有两个分别安装于垂直导向钢架上，所述锁紧臂安装于锁紧钢架上，所述锁紧臂内部安装有锁紧液压油缸，所述锁紧垫片连接于锁紧臂端部；所述锁紧液压油缸驱动锁紧臂及环形锁紧垫片，实现伸缩套管的锁紧和固定。

4.所述碎冰清除机构包括桨叶盘、桨叶、桨叶伺服电机、伸缩钻杆、钻杆液压油缸、锥形钻头和钻头伺服电机；所述桨叶盘与伸缩套管连接，所述桨叶和桨叶伺服电机安装于桨叶盘上；所述伸缩钻杆设置在伸缩套管和桨叶盘内部，所述伸缩钻杆两端部分别安装有钻杆液压油缸和钻头伺服电机，所述锥形钻头连接于伸钻杆底部。

5.所述桨叶包含两层，当非工作状态时，桨叶均收纳于桨叶盘；当工作状态时，桨叶可伸出桨叶盘外并展开作业。

6.一种用于清除导管架平台井口区碎冰堆积的方法，包括所述用于清除导管架平台井口区碎冰堆积的装置，步骤如下：

步骤s1：将安装台架安装于导管架平台井口区域所对应的下甲板区域；

步骤s2：分别设置滑移机构、折叠机构、伸缩作业机构、锁紧固定机构、碎冰清除机构，启动折叠液压油缸，驱动折叠伸缩杆和折叠杆运动，带动垂直导向钢架旋转至竖直位置；

步骤s3：启动横向滑移液压油缸、纵向滑移液压油缸和套管液压油缸，驱动横向滑移楔块、纵向滑移楔块和伸缩套管移动，保证伸缩套管移动至井口区碎冰堆顶点区域附近；

步骤s4：启动锁紧液压油缸，驱动锁紧臂及环形锁紧垫片，实现伸缩套管和垂直导向钢架之间的锁紧和固定；

步骤s5：启动钻杆液压油缸，驱动伸缩钻杆和锥形钻头至井口区碎冰堆正上方，同时启动钻头伺服电机，带动锥形钻头旋转，实现井口区碎冰堆的整体破碎作业；

步骤s6：碎冰作业完成后，启动钻杆液压油缸，收回伸缩钻杆和锥形钻头；启动套管液压油缸，调节伸缩套管长度，保证桨叶盘位于碎冰区域；启动桨叶伺服电机，驱动桨叶张开并旋转，带动井口区碎冰随着水流一起运动至井口区外部区域，实现井口区碎冰清除作业；

步骤s7：碎冰清除作业完成后，启动各液压油缸和电机，回收各作业机构至作业前状态，然后启动折叠液压油缸，驱动伸缩折叠杆和折叠杆回缩，带动垂直导向钢架旋转至水平位置，实现垂直导向钢架水平折叠回收。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种用于清除导管架平台井口区碎冰堆积的装置和方法，实现了导管架平台井口区碎冰堆的快速清除，克服了现有技术中采用人工清理所面临的难度大、耗时长和风险高等问题，大大节约施工时间、降低施工风险和提高施工效率。本发明提供了一种用于清除导管架平台井口区碎冰堆积的装置，该装置可通过人员在平台甲板进行操控，减少人员水面作业风险，且井口区碎冰清除作业完成后，该装置可进行折叠回收至平台下甲板有限区域，不影响导管架平台井口区油气生产正常作业。

附图说明

图1是本发明装置的折叠回收状态总体示意图；

图2是本发明装置的折叠机构示意图；

图3是本发明装置的滑移机构示意图；

图4是本发明装置的锁紧固定机构示意图；

图5是本发明装置的碎冰清除机构示意图；

图6是本发明装置的冰堆破碎作业示意图；

图7是本发明装置的碎冰清除作业示意图；

图中，1-平台下甲板，2-水平安装钢架，3-垂直导向钢架，4-横向滑移轨道，5-纵向滑移轨道，6-横向滑移楔块，7-纵向滑移楔块，8-横向滑移液压油缸，9-纵向滑移液压油缸，10-折叠杆，11-折叠伸缩杆，12-折叠液压油缸，13-伸缩套管，14-套管液压油缸，15-锁紧钢架，16-锁紧臂，17-锁紧液压油缸，18-环形锁紧垫片，19-桨叶盘，20-桨叶，21-桨叶伺服电机，22-伸缩钻杆，23-钻杆液压油缸，24-锥形钻头，25-钻头伺服电机，26-碎冰堆。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图7，本发明包括安装台架、滑移机构、折叠机构、伸缩作业机构、锁紧固定机构和碎冰清除机构。

所述安装台架包括水平安装钢架和垂直导向钢架；所述水平安装钢架安装在导管架平台井口区所对应的下甲板底部区域；所述水平安装钢架上设置有横向滑移轨道，所述垂直导向钢架端部横梁上设置有纵向滑移轨道；所述垂直导向钢架通过横向滑移楔块和横向滑移轨道连接于水平安装钢架，具体说是垂直导向钢架与横向滑移楔块铰接，这样可以实现后续的收纳。当进行碎冰清除作业时，所述垂直导向钢架展开并垂直于导管架平台井口区域；当碎冰清除作业完成后，所述垂直导向钢架收缩折叠于水平安装钢架内侧，不会影响导管架平台井口区正常油气生产作业。

所述滑移机构包括横向滑移楔块、纵向滑移楔块、横向滑移液压油缸和纵向滑移液压油缸；所述横向滑移楔块安装在水平安装钢架横向滑移轨道上，所述横向滑移楔块端部安装有横向滑移液压油缸，所述横向滑移液压油缸驱动横向滑移楔块运动，实现垂直导向钢架的横向运动和定位；所述纵向滑移楔块安装在垂直导向钢架纵向滑移轨道内，所述纵向滑移楔块两端部安装有纵向滑移液压油缸，所述纵向滑移液压油缸驱动纵向滑移楔块运动，实现除冰作业过程中的纵向移动和定位。

所述折叠机构包括折叠杆、折叠伸缩杆和折叠液压油缸；所述折叠杆分别连接于横向滑移楔块和垂直导向钢架，所述折叠杆和折叠伸缩杆呈三角形分别连接于横向滑移楔块和垂直导向钢架；所述折叠液压油缸驱动折叠伸缩杆伸长与缩短，实现垂直导向钢架的垂向张开和水平折叠。

所述伸缩作业机构包括伸缩套管和套管液压油缸；所述伸缩套管连接于纵向滑移楔块，所述套管液压油缸安装于伸缩套管内部；所述套管液压油缸驱动套管伸长与缩短，实现碎冰清除机构垂向进给和回收。

所述锁紧固定机构包括锁紧钢架、锁紧臂、锁紧液压油缸、环形锁紧垫片；所述锁紧钢架安装于垂直导向钢架，所述锁紧臂安装于锁紧钢架，所述锁紧臂端部安装锁紧液压油缸，所述锁紧垫片连接于锁紧臂端部；所述锁紧液压油缸驱动锁紧臂及环形锁紧垫片，实现伸缩套管的锁紧和固定。

所述碎冰清除机构包括桨叶盘、桨叶、桨叶伺服电机、伸缩钻杆、钻杆液压油缸、锥形钻头和钻头伺服电机；所述桨叶盘连接于伸缩套管，所述桨叶收纳于桨叶盘，所述伸缩钻杆安装于伸缩套管和桨叶盘内部，所述桨叶伺服电机安装于桨叶盘内部，所述锥形钻头连接于伸缩钻杆；所述伸缩钻杆端部安装有钻杆液压油缸和钻头伺服电机，所述锥形钻头连接于伸钻杆底部，所述钻杆液压油缸驱动伸缩钻杆伸出，实现钻头与碎冰堆之间相互接触和挤压，所述钻头伺服电机驱动钻头旋转，实现碎冰堆的破碎；所述桨叶伺服电机驱动桨叶张开并旋转，带动水流运动，实现平台井口区碎冰的清除。所述桨叶包含两层，当非工作状态时，桨叶均收纳于桨叶盘；当工作状态时，桨叶可伸出桨叶盘外并展开作业。

图1给出了本发明装置折叠回收状态总体示意图。参照图1，所述清除导管架平台井口区碎冰堆积装置包括安装台架、滑移机构、折叠机构、伸缩作业机构、锁紧固定机构、碎冰清除机构；所述安装台架包括水平安装钢架2和垂直导向钢架3；所述水平安装钢架2安装于导管架平台井口区所对应的下甲板1底部区域，水平安装钢架2内侧设置有横向滑移轨道4和横向滑移楔块6；所述垂直导向钢架3通过横向滑移楔块6连接于水平安装钢架2，垂直导向钢架3内侧设置有纵向滑移轨道5和纵向滑移楔块7；所述折叠机构通过折叠杆10和折叠伸缩杆11分别连接于水平安装钢架2和垂直导向钢架3；所述伸缩作业机构通过伸缩套管13连接于纵向滑移楔块7，伸缩套管13端部安装有伸缩钻杆22；所述锁紧固定机构通过锁紧钢架15连接于垂直导向钢架3；所述碎冰清除机构通过桨叶盘19连接于伸缩套管13和伸缩钻杆22，桨叶盘19内部安装有桨叶20。

图2给出了本发明装置的折叠机构示意图。所述折叠机构包括折叠杆10、折叠伸缩杆11和折叠液压油缸12；所述折叠液压油缸12位于折叠伸缩杆11内部，所述折叠液压油缸12驱动折叠伸缩杆11伸长与缩短，带动折叠杆10张开与折叠，实现垂直导向钢架3的垂向张开(作业状态)和水平折叠(回收状态)。

图3给出了本发明装置的滑移机构示意图。所述滑移机构包括横向滑移楔块6、纵向滑移楔块7、横向滑移液压油缸8和纵向滑移液压油缸9；所述横向滑移楔块6安装于水平安装钢架2的横向滑移轨道4上，所述纵向滑移楔块7安装于垂直导向钢架3的纵向滑移轨道5上；所述横向滑移楔块6端部安装有横向滑移液压油缸8，所述纵向滑移楔块7两端部安装有纵向滑移液压油缸9；所述横向滑移液压油缸8驱动横向滑移楔块6，所述纵向滑移液压油缸9驱动纵向滑移楔块7，实现碎冰清除机构在平台井口区平面内的移动和定位。

图4给出了本发明装置的锁紧固定机构示意图。所述锁紧固定机构包括锁紧钢架15、锁紧臂16、锁紧液压油缸17和环形锁紧垫片18；所述锁紧钢架15安装在垂直导向钢架3上，所述锁紧臂16连接于锁紧钢架5，所述锁紧臂16端部安装有环形锁紧垫片18，所述锁紧臂16内部安装有锁紧液压油缸17，所述锁紧液压油缸17驱动锁紧臂16和环形锁紧垫片18，实现伸缩套管13的锁紧和固定。

图5给出了本发明装置的碎冰清除机构示意图。所述碎冰清除机构包括桨叶盘19、桨叶20、桨叶伺服电机21、伸缩钻杆22、钻杆液压油缸23、锥形钻头24和钻头伺服电机25；所述桨叶盘19连接于伸缩套管13，所述桨叶20有两层，非工作状态时均收纳于桨叶盘19，所述桨叶伺服电机21安装于桨叶盘内部，所述伸缩钻杆22安装于伸缩套管13和桨叶盘19内部，所述锥形钻头24连接于伸缩钻杆22端部，所述伸缩钻杆22两端部分别安装有钻杆液压油缸23和钻头伺服电机25；所述钻杆液压油缸23驱动伸缩钻杆22伸出并挤压碎冰堆，所述钻头伺服电机25驱动锥形钻头24旋转并破碎冰堆；所述桨叶伺服电机21驱动桨叶20张开并旋转，以清除井口区碎冰。

图6给出了本发明装置的冰堆破碎作业示意图。参照图6，启动所述折叠液压油缸12，驱动折叠伸缩杆11和折叠杆10，带动垂直导向钢架3翻转至竖直状态；调节所述横向滑移楔块6和纵向滑移楔块7的偏移量，启动套管液压油缸14驱动伸缩套管13，保证所述碎冰清除机构的伸缩钻杆22和锥形钻头24位于井口区碎冰堆顶点附近；所述锁紧液压油缸17驱动锁紧臂16和环形锁紧垫片18与伸缩套管13之间的锁紧固定；所述钻杆液压油缸23驱动伸缩钻杆22伸出并挤压碎冰堆，所述钻头伺服电机25驱动锥形钻头24旋转并破碎冰堆，直至完成井口区碎冰堆26的整体破碎作业。

图7给出了本发明装置的碎冰清除作业示意图。参照图7，井口区冰堆破碎作业完成后，所述钻杆液压油缸23驱动伸缩钻杆22回缩，实现伸缩钻杆22和锥形钻头24的回收；所述套管液压油缸14驱动伸缩套管13，带动桨叶盘19运动至碎冰面附近，启动所述桨叶伺服电机21，驱动桨叶20张开并旋转，带动井口区碎冰随着水流一起运动并离开井口区，直至完成平台井口区碎冰清除作业。

本发明根据上述碎冰清除装置还提供了一种用于清除导管架平台井口区碎冰堆积的方法，具体步骤如下：

步骤s1：将安装台架安装于导管架平台井口区域所对应的下甲板1区域；

步骤s2：分别设置滑移机构、折叠机构、伸缩作业机构、锁紧固定机构、碎冰清除机构，启动折叠液压油缸12，驱动折叠伸缩杆11和折叠杆10运动，带动垂直导向钢架3旋转至竖直位置；

步骤s3：启动横向滑移液压油缸8、纵向滑移液压油缸9和套管液压油缸14，驱动横向滑移楔块6、纵向滑移楔块7和伸缩套管13移动，保证伸缩套管13移动至井口区碎冰堆26顶点区域附近；

步骤s4：启动锁紧液压油缸17，驱动锁紧臂16及环形锁紧垫片18，实现伸缩套管13和垂直导向钢架3之间的锁紧和固定；

步骤s5：启动钻杆液压油缸23，驱动伸缩钻杆22和锥形钻头24至井口区碎冰堆26正上方，同时启动钻头伺服电机25，带动锥形钻头24旋转，实现井口区碎冰堆26的整体破碎作业；

步骤s6：碎冰作业完成后，启动钻杆液压油缸23，收回伸缩钻杆22和锥形钻头24；启动套管液压油缸14，调节伸缩套管13长度，保证桨叶盘19位于碎冰区域；启动桨叶伺服电机21，驱动桨叶20张开并旋转，带动井口区碎冰随着水流一起运动至井口区外部区域，实现井口区碎冰清除作业；

步骤s7：碎冰清除作业完成后，启动各液压油缸和电机，回收各作业机构至作业前状态，然后启动折叠液压油缸12，驱动伸缩折叠杆11和折叠杆10回缩，带动垂直导向钢架3旋转至水平位置，实现垂直导向钢架3的水平折叠回收。

综上，本发明提供了一种用于清除导管架平台井口区碎冰堆积的装置和方法，该装置包括安装台架、滑移机构、折叠机构、伸缩作业机构、锁紧固定机构、碎冰清除机构；所述安装台架包括水平安装钢架和垂直导向钢架，水平安装钢架安装于导管架平台井口区所对应的下甲板底部区域，垂直导向钢架通过折叠机构实现垂直展开作业和水平折叠回收；滑移机构通过滑移楔块和滑移轨道，连接于安装台架，可实现平台井口区多位置处的碎冰堆清除作业；锁紧机构通过锁紧液压油缸驱动锁紧臂和锁紧垫片，实现垂直导向钢架和伸缩套管之间的锁紧固定；伸缩作业机构和碎冰清除机构分别连接于垂直导向钢架，通过液压油缸和电机驱动钻杆、钻头和桨叶之间的联合作业，实现平台井口区碎冰堆的破碎和清除作业。本发明可安全、快速、有效的清除导管架平台井口区碎冰堆，且具有便携、经济和环保等特点。