专利名称：挠管柔性近海结构件的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及近海平台，特别涉及那些采用一垂直回复力矩以抵销其摇摆的平台。
大多数的近海油和气生产都是在固定于海底的平台上进行。这些平台的关键设计约束条件是，平台对海浪的扰动不能有实质性的动态放大。这种要求通过设计一种平台，使其自然振动周期不陷入显著能量的重复海浪那一部分周期范围内。平台的振动有好几种方式，这是一般平台设计中最为关注的，它们有的是结构围绕着基底转动(习惯上叫做“摇摆”)，有的是结构在垂直面内挠曲(弯曲)，还有的是结构围绕着垂直轴扭转。在深水应用情况下，例如约大于400米时，常规的刚性结构设计将变得不经济了。这时就有必要采用那些摇摆周期大于含有大能量的海浪周期范围的柔性平台。柔性平台以其自身的惯性来增大摇摆周期，从而减低平台对海浪扰动的动态放大，同时还可减少结构所需的钢材以及因海水深度增加而带来的较高费用。柔性平台采用牵索式时，会出现费用高和对平台近区内的航海及渔业的干扰等问题。当采用有正浮力的拉力腿平台时，也会出现结构复杂、体积庞大和建造费用昂贵等问题。
美国NO，4，696，603专利推出一种柔性近海平台，其中有许多挠曲桩穿过导管被打入立体构架结构的每个角落附近的海底。挠曲桩向上伸到立体构架结构上预选处的挠曲桩连接器上，从而把它们连接到立体构架结构上。挠曲桩的作用在于与平台摇摆一起共同进行拉伸和压缩以保持平台在所要求的周期范围内摇摆。
这样的一种柔性平台在运输和安装方面出现了一定的困难和问题。立体构架结构，习惯上称塔体，一般非常细长，即在其基部相对于其高度来说具有较小的断面尺寸。因此，在安装过程中可能因风暴或深水流所产生的力而颠覆。在最低要求所需的桩数未打入和连接到塔体以前，塔体比一般常规固定的平台具有更大的颠覆危害和损失。因为同样的原因，水流在挠曲桩未与塔体连接前将易于使塔体倾斜不直。这些在挠曲桩非常的长。安装的长度，包括透入海底部分在内，在大多数情况下将超过1500英尺。申请者知道，目前单根能搬动的最长桩材其总长已达500余英尺。这样，挠曲桩就需要具有专门工艺的近海区来装配能够搬动的短桩材。塔体必须在岸上放倒进行建造，然后，滑动到下水驳船上，再拖到工地下水。当塔体的外形足够窄时，塔的几条角腿便可放在下水驳船的下水道上。这时，塔体将以其两根较低的角腿将其边支承。角腿坐落在叫做下水架的结构板装置上，该装置又坐落在下水驳船的下水道上。但是，在每根角腿的周围沿着腿的不同位置有一组挠曲桩的导管。所以导管组的几何位置和下水架的深度都必须认真选择，以便保证塔体上的作业，特别是挠曲桩的导管以及下水架上的作业不能受到干扰。这个问题导致需要深的下水架，从而出现较大的费用。由于挠曲桩浸泡在泥浆线以上的海水里，它们必须采用牺牲性的氧化防腐保护。因为表面面积大，氧化需要的费用也是很可观的。在挠曲桩顶端把挠曲桩材连接到塔体上，以及在不同标高处，沿着桩材把挠曲桩材连接到塔体的框架构件，都需要很多的费用。在泥浆面上水平运输塔体，因挠曲桩产生剪切力而受阻。为了改进挠曲桩内的剪切力，挠曲桩导管底部的两个水平面上必须具有一个水平力矩。由于平台的柔性作用，在挠曲桩相对于其导管轴向移动的同时，水平力矩的力会使挠曲桩的外侧压向挠曲桩导管的内侧，这又出现了磨损的问题。磨擦会引起一些磨损，并加快了腐蚀速度，这是因为氧化铁和碳酸钙所形成的覆盖层经常被磨掉，而把新的元素铁又暴露于腐蚀过程中。这很难通过加厚挠曲桩来加以补偿，因为事前不知道挠曲桩实际达到设计透入海底的深度。
Deserts和Gortez的OTC6351论文推出了一种类似上边的那种柔性塔体，其不同之点是采用了两个构件来实现挠曲桩材的双重功能。有一浅基础垫座置于海底面上。基础桩材通过基础垫座内的套筒打入，基础垫座为水平置板，然后在桩材和套筒间的环形空间灌浆以便永久地把基础垫座连接到桩材上。每个角腿的对边上预先安装两根挠管，并在塔体底部延伸出一段距离。基础垫座中的管座接纳着挠管的延伸部分。这种设计思想避免出现在近海中装配和打入长的挠曲桩所带来的诸多问题。而且，在挠曲桩安装过程中，细长塔体的底部稳定问题也可通过预安装基础垫座而得到解决。基础垫座找平台再去灌浆，这就解决了细长塔体测直出现的问题。磨损也会因挠管被预先安装和不用打入而大为降低，挠管上的磨损面位置是已知的，所以在这些位置上可以根据需要进行壁段加厚和表面硬化等处理。
本发明以一种坦率的态度谈出上述的问题。现在要提供的是一种柔性的近海结构件，它由四个在岸上加工的主部件组成，然后被运往近海工地，并以组合的结构形式进行安装。基础垫座被放置于海底，并通过打桩进行定位。塔体具有塔腿，塔腿内边包含有挠管。挠管延伸到塔腿以下，并被位于基础垫座角处的瓶体上的管座所接纳。必要时，塔体延伸段被接纳在塔体顶端。台板，或平台以正常的方式连接到塔体延伸段的顶端。挠管被管座接纳，这样在管座顶与塔腿底部之间便会有一间隙。该间隙当挠管因平台摇摆而受压时，可以防止塔腿承压在管座上。本发明与已知的技术相比具有下列的优点。暴露到海水的总表面面积有实质性的减少，这将导致牺牲性的氧化装置的费用有明显的减少。暴露于海浪和水流所产生的环境力量的投影面积减小，这将减小结构上总的颠覆力矩，从而减少挠管和桩材必须承受的负载。因而会节省挠管和桩材的费用。挠管的导管费用可基本取消。挠管与塔体的轴向连接费用也能大幅度降低。只要塔体的外形相当窄小而能够使其角腿置于下水驳船的下水道上时，下水架就会取消，这将会节省大量的费用。
本发明提出一种用于碳氢化合物的钻探和生产作业中的柔性近海结构件，其中包含a、基础垫座，它具有每端开口的裙桩套筒和多个底部封闭的管座;
b、每个角上有一空心腿的塔体;
c、挠管，它位于上述塔体的每个腿内，以便在上述腿和挠管间限定一环形空间，该挠管被刚性固定于上述腿的上端并延伸到腿的下端以下，该挠管的大小可被接纳到上述基础垫座的管座中;
d、台板，它适于固定到上述塔体的顶部。
其中，上述塔体上的每个上述挠管和腿都在预选的位置上设有相应的加厚壁段。
所述结构件，还包含有上述塔体和台板间的塔体延伸段。
其中，在上述挠管顶端以下的预选距离处，有一圆盘被刚性固定在每个挠管的内侧，以便把管筒座限定在上述挠管的上端内。
图1为本发明的示意图。
图2为基础垫座透视图。
图3为基础垫座一个瓶体透视图。
图4为塔体透视图。
图5为图4中沿5-5线剖面图。
图6为图5中沿6-6线剖面图。
图7为图5中沿7-7线剖面图。
图8为一个在管座中具有挠管的基础垫座的瓶体纵向剖面图。
图9为塔体在下水驳船上，当其角腿太宽而不能放置到驳盘下水道的剖面图。
从图纸中可以看到，在图1中的示意图中，发明的设备通常以数字10表示。挠管柔性近海结构装置10通常包含基础垫座12、塔体14及其必要时的延伸段16和台板18几部分。
从图2中可以看出，基础垫座12，设计中是要锚固到海底的，并通过接纳来自塔体挠管的端头而支承塔体。框架20装备有瓶体组22，每个瓶体具有多个的套筒24和一管座26，可从图3中清楚地看到。在近海工业中，“瓶体”一词习惯上用以表示一个中央腿，并通过轭板和抗切板把一组打桩套筒固定到中央腿上。每个套筒由两端开口的圆柱形管件构成，其大小可接纳裙桩并使其穿过套筒24而打入海底。套筒24的顶端为向外的锥形，以便易于裙桩的插入。管座26由底部封死的管件构成，其大小用以接纳来自塔腿伸出的挠管下端。套筒24和管座26均由轭板28和抗切板30连接为一体而构成一瓶体。
从图4中能够看出，塔体14是由框架34把腿保持成一适当的间距而构成。挠管36被围住在每个腿32内，以便在挠管和腿间限定一环形空间，并从每个腿32的下端延伸出。图5的纵向剖面图更好地说明腿32中的挠管36布置情况。每个腿32和挠管36在其上端通过焊接到连接环38上而牢固地连接在一起。圆盘40在挠管36的顶端以下一选择的距离处焊接到挠管36内，以便在每个腿的上部内构成一管筒座的底。管筒座用以接受塔体延伸段16的下端。当塔体将其侧边坐落在制造场中或下水驳船上时，每个腿32和挠管36都适于负载的安全传递。每个腿32在框架34的节点处的内周设有一厚壁段42。这可使节点处的腿32和挠管36间的环形空间足够小，因而腿32能够弹性变形而将节点的负载传递到挠管36。挠管36在其内周上设有加厚段44以防损坏。如图6所示，也可在加厚的壁段44处设一加强环形板46，以便把节点负载通过挠管36和腿32以及下水木48转移到制造场内或下水驳船上的支承面上。近海工地上安装完以后，塔体14会受环境力是的影响而活动，这样由于腿32和挠管36间的接触而可能产生磨损。这可以通过上述的增设加厚段或硬化接触表面而加以补救。腿32的内周设有加厚段50，挠管36设有加厚壁段52，加强环板54也可安装在挠管36的内侧。图7表示出腿32和挠管36的这部分剖图。磨损面可以硬化并或通过加工以获得光滑的耐磨面。挠管36下端可以设一向内锥型段56以便形成一刺入形锥体，易于将其插入到管座26内。基板58封住挠管36的底部以防水的进入，并向校平垫片60提供一个附着点。在最后安装阶段，可以向任何挠管36加进一个或更多的校平垫片以帮助校平塔体14。
图8表明挠管36安装在管座26内。管座26，腿32和挠管36的尺寸大小要保证当每个挠管36完全插入到管座26后，每个腿32的下端和管座26的上端间有一个间隙G。当结构10摇摆时，这为挠管36的压缩提供一个必要的空间，以防腿32和管座26间的相互干所。管座26可为80至90英尺的深度，其间隙G最小值为2至3英尺。
安装和使用期间，本发明的功能如下。各部件可以正常的漂浮或放在驳船上的方式运往近海工地。万一塔体的宽度超过下水驳船的下水道最大间距时，可以将支承和下水腿62安装到结构中去。在工地上，一旦基础垫座12就位后，基础垫座12至少要有三个角每个都要打入一个桩。然后基础垫座通过反抗被打入的裙桩而尽量找平。把其余的裙桩66打入。把裙桩66在套筒24中灌浆定位以支承基础垫座和最终结构10。基础垫座的水平度由直接测量来确定，最后安装时根据需要在挠管36的底部加添垫片60以获得水平的塔体和台板。然后将塔体14从驳船64上下水并将挠管36插入到适当的管座26内以获得一水平的结构。然后把挠管36浇灌在管座26内。如有需要时，再把塔体延伸段16安装到塔体14上，而把台板18安装到塔体延伸段16上。挠管36至腿32的附着点取决于水的深度。一般的规定是在较深的水域里附着至约在二分之一的水深处，但在浅水区内附着点将位于较靠近水面的地方，而不是在水深的一半处。举例来说，当水深度为3000英尺，其附着点约在1500英尺水深处，而当水深为1500英尺，其附着至约在400英尺水深处。打入裙桩时所需的设备通常具有7至9英尺的直径，能打入海底5至6百英尺深。挠管通常具有约14英尺的直径，其壁厚为4英寸。挠管的尺寸选择时要使结构摇摆时所产生的拉力和压力都处在挠管钢材的正常弹性范围以内。
权利要求
1.用于碳氢化合物的钻探和生产作业中的柔性近海结构件，其中包含a、基础垫座，它具有每端开口的裙桩套筒和多个底部封闭的管座；b、每个角上有一空心腿的塔体；c、挠管，它位于上述塔体的每个腿内，以便在上述腿和挠管间限定一环形空间，该挠管被刚性固定于上述腿的上端并延伸到腿的下端以下，该挠管的大小可被接纳到上述基础垫座的管座中；d、台板，它适于固定到上述塔体的顶部。
2.如权利要求1所述结构件，其中，上述塔体上的每个上述挠管和腿都在预选的位置上设有相应的加厚壁段。
3.如权利要求1所述结构件，还包含有上述塔体和台板间的塔体延伸段。
4.如权利要求1所述结构件，其中，在上述挠管顶端以下的预选距离处，有一圆盘被刚性固定在每个挠管的内侧，以便把管筒座限定在上述挠管的上端内。
5.用于碳氢化合物的钻探和生产作业中的柔性近海结构件，其中包含a;基础垫座，它具有每端开口的裙桩套筒和多个底部封闭的管座;b;每上角上具有一空心腿的塔体;c、挠管位于上述塔体的每个腿内，以便在上述腿和挠管间限定一环形空间，上述挠管被刚性固定在上述腿的上端并延伸到腿的下端以下，该挠管的大小可被接纳到上述基础垫座的管座中;d、塔体延伸段，被刚性连接到上述塔体上;e、台板，它适于固定到上述塔体的延伸段的顶上;
6.如权利要求5所述结构件，其中，在上述挠管顶部的下边一预选距离处，有一圆盘被刚性固定在每个挠管的内侧，以便把管筒座限定在上述挠管的上端内。
7.如权利要求5所述结构件，其中，上述塔体上的每个上述挠管和腿都在塔体腿的下端设有相应的加厚壁段。
8.如权利要求5所述结构件，其中，上述塔体上的每个上述挠管和腿都在上述塔体件的节点处设有相应的加厚壁段。
9.用于碳氢化合物的钻探和生产作业中的柔性近海结构件，其中包括a、基础垫座，它具有每端开口的裙桩套筒和多个底部封闭的管座;b、每个角上有一空心腿的塔体;c、挠管，其上端被刚性连接到上述塔体的每个腿上，并延伸到塔腿的下端以下，以便接纳在上述基础垫座内的管座中;d、台板，适于刚性固定在上述塔体的顶端。
10.如权利要求10所述结构件，还包含有上述塔体和上述台板间的塔体延伸段。
全文摘要
挠管柔性近海结构件，挠管是不打入海底的。基础垫座具有带有裙桩套筒和底封闭的管座。塔体和塔体延伸段将台板支承于水平线之上。挠管位于塔体腿内以使之在腿和挠管之间具有环形空间。挠管延伸于腿之下以便接纳到管座中。挠管被灌浆而定位于管座内以使之将塔体与基础垫座连接。在腿和挠管的相应段处设置加厚壁部分以便提供磨损面。
文档编号E02B17/00GK1107919SQ9410781
公开日1995年9月6日 申请日期1994年6月27日 优先权日1993年12月28日
发明者詹姆斯·阿伦·黑尼 申请人:麦克德莫特国际公司