一种水气自控式海底勘探平台和勘探方法与流程

本发明属于海上风电基础技术领域，具体的说，是涉及一种建立在新型宽浅式筒型基础之上的水气自控式海底勘探平台和勘探方法。

背景技术：

随着海洋事业的快速发展，人们对海洋土体的探索也越加迫切，真实掌握海洋土体的物理、化学等性质对海洋工程的建设具有深远意义。传统的取样方式是直接将海洋土体采样，然后进行研究分析，这样不仅存在着采样设备笨重、工作费时费力等问题，更重要的是还可能因为设备、水深或者外界环境条件等因素直接破坏样品其原有性质，很难掌握其真实特性。如若可以直接在勘探点进行原位勘测，不仅可以减少工作时间，提高工作效率，而且可以得到更加真实可靠的数据。

技术实现要素：

本发明要解决的如何对海洋表层土体进行原位勘探的技术问题，提供了一种水气自控式海底勘探平台和勘探方法，利用水气自控特点，通过电磁阀和自控阀协调工作，精准控制舱室内压载水，使平台在拖航、沉放、回收过程中操作自如，快速进行勘探工作；该勘探平台结构形式简单、安装运输方便、经济可靠、安全性高，提高了海洋勘探工作的效率。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种水气自控式海底勘探平台，包括筒壁和顶板构成的筒型基础结构，所述筒型基础结构内部设置有水平方向的隔板和竖直方向的分舱板，所述隔板和所述分舱板将所述筒型基础结构分隔为多个上层舱室和多个下层舱室；各个所述上层舱室均配置有电磁阀和自控阀，所述电磁阀设置于所述顶板，所述自控阀设置于靠近所述隔板的所述筒壁；所述顶板上部安装有导管架，所述导管架顶部延伸至海面以上并设置有工作平台；所述导管架和所述筒型基础结构内部设置有钻探工作井。

进一步地，所述筒壁、所述隔板、所述顶板直径一致，均为15～40米；所述筒壁高度为6～12米，所述顶板与所述隔板的间距为4～8米，所述隔板的厚度为0.5～1.5米。

进一步地，所述上层舱室和所述下层舱室的位置相同；所述上层舱室和所述下层舱室的数量一致，均为4-8个。

进一步地，所述筒型基础结构的中心部位设置有空舱，该空舱用于容纳所述钻探工作井的下部。

进一步地，所述导管架的顶部尺寸为3m*3m～5m*5m，底部尺寸为4m*4m～10m*10m，其高度为50～70米；所述工作平台的直径为3～5米；所述钻探工作井的直径为2～4米。

进一步地，所述钻探工作井的具有网状表面。

进一步地，所述钻探工作井内部设有静力触探试验装置、动力触探试验装置、扁铲侧胀仪试验装置、十字板剪切试验装置、勘探取样装置。

进一步地，所述勘探取样装置设置在所述钻探工作井中心轴线处。

一种基于上述水气自控式海底勘探平台的勘探方法，按照如下步骤进行：

(1)将勘探平台在岸上预制、安装完毕；

(2)通过调节所述电磁阀和所述自控阀控制各个上层舱室内部压载水重量，使勘探平台平稳飘浮于海面，实现自浮拖航；在自浮拖航过程中实时观察勘探平台是否平稳，通过及时调节所述电磁阀和所述自控阀控制各个上层舱室内部压载水重量，确保平台整体平稳，最终将勘探平台自浮拖航至指定勘探位置；

(3)打开所述自控阀增加各个上层舱室内部压载水，并打开所述电磁阀对各个上层舱室进行排气，使勘探平台保持平稳下沉；

(4)勘探平台平稳下沉至海底表层，所述筒壁和所述分舱板底端嵌入海底后，关闭所有的所述电磁阀和所述自控阀；观察勘探平台是否倾斜，若勘探平台倾斜，通过调节所述电磁阀和所述自控阀控制各个上层舱室内部压载水重量，直至勘探平台保持水平稳定；再次打开所有的所述电磁阀和所述自控阀，增加各个上层舱室内部压载水，直至所述隔板接触海底，勘探平台保持水平稳定后，关闭所有的所述电磁阀和所述自控阀；

(5)通过钻探工作井采集勘探所需数据；

(6)数据采集完毕后，打开所述电磁阀对各个上层舱室进行充气，同时打开所述自控阀排出个各个上层舱室内部压载水，保持勘探平台平稳升起，回收勘探平台。

进一步地，步骤(5)中的所述钻探工作井采集勘探所需数据包括通过静力触探试验装置、动力触探试验装置、扁铲侧胀仪试验装置、十字板剪切试验装置、勘探取样装置测得孔隙水压力、侧壁摩阻力、热导率和温度梯度、黏土灵敏度和不排水抗剪强度的数据。

本发明的有益效果是：

本发明的水气自控式海底勘探平台，其顶部为工作平台，为工作人员提供良好的操作空间；中间部分为导管架，导管架本身较钢筋混凝土结构更为轻便，不仅减轻了平台整体的重量，并且为安装运输提供了方便；底部分为两层，底层的宽浅式筒型结构可嵌入海底，与海洋土体紧密接触，形成一个整体共同支撑平台，保持平台的整体稳定性，上层由隔板将其与宽浅式筒型结构完全隔开，其内部设有分舱板形成舱室，各舱室顶部设有电磁阀、侧部设有自控阀，通过控制电磁阀和自控阀来调节舱室内部压载水，从而控制平台整体的稳定性以及自由升降；平台整体中央部位为钻探工作井，其表面呈网状，可减少海流对平台的整体作用；钻探工作井内部设有勘探设备，通过勘探设备可以测得现场的孔隙水压力、侧壁摩阻力、热导率和温度梯度、黏土灵敏度和不排水抗剪强度等大量真实可靠数据。因此，该平台大大提高了勘探数据的准确性以及勘探工作的效率。

附图说明

图1是本发明所提供的水气自控式海底勘探平台的立体结构示意图；

图2是本发明所提供的水气自控式海底勘探平台的俯视图；

图3是本发明所提供的水气自控式海底勘探平台的局部剖面图。

上述图中：1、筒壁；2、隔板；3、顶板；4、电磁阀；5、自控阀；6、分舱板；7、导管架；8、工作平台；9、钻探工作井；10、静力触探试验装置；11、动力触探试验装置；12、扁铲侧胀仪试验装置；13、十字板剪切试验装置；14、勘探取样装置。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图3示，本实施例公开了一种水气自控式海底勘探平台，主要包括筒壁1、隔板2、顶板3、电磁阀4、自控阀5、分舱板6、导管架7、工作平台8、钻探工作井9、静力触探试验装置10、动力触探试验装置11、扁铲侧胀仪试验装置12、十字板剪切试验装置13、勘探取样装置14。

筒壁1和顶板3构成宽浅式的筒型基础结构，筒壁1内部在其中段设置有隔板2，隔板2将筒型基础结构分为上层空间和下层空间。筒壁1、隔板2、顶板3直径一致，均为15～40米；筒壁1高度为6～12米，顶板3与隔板2的间距为4～8米，隔板2的厚度为0.5～1.5米。以上尺寸能够保证筒型基础结构呈宽浅式，降低重心，实现自浮拖航。

筒壁1、隔板2、顶板3所构成的上层空间和下层空间内均设置有4-8块分舱板6，上层空间的分舱板6和下层空间的分舱板6竖向位置相同，分舱板6将上层空间分隔为4-8个上层舱室，分舱板6将下层空间分隔为4-8个下层舱室。

筒壁1、隔板2、顶板3所构成的上层空间和下层空间的中心部位均预留有圆柱体空舱，该圆柱体空舱用于容纳钻探工作井9的底部。

筒壁1、隔板2、顶板3所构成的各个上层舱室均配置有至少一个电磁阀4和至少一个自控阀5，电磁阀4设置在顶板3上，用于对上层舱室的进气和排气；自控阀5设置在靠近隔板2处的筒壁1上，用于对上层舱室的充入和排出压载水。在运输、沉放过程，通过电磁阀4和自控阀5控制各个上层舱室内部压载水，使平台保持平稳；在勘探工作完成后，通过打开电磁阀4对各个上层舱室进行加压、由自控阀5排出各个上层舱室内压载水，使平台平稳升起、回收。

顶板3的顶部固定安装有导管架7，导管架7一直延伸至海面以上，并在导管架7顶部设置有工作平台8。导管架7的顶部尺寸为3m*3m～5m*5m，底部尺寸为4m*4m～10m*10m，其高度为50～70米。工作平台8的直径为3～5米。

由上部的工作平台8中心位置至底部的筒型基础结构中心位置的圆柱体空舱设置为钻探工作井9，钻探工作井9的直径为2～4米。钻探工作井9具有网状表面，以减少海流对平台整体作用。钻探工作井9为钢制圆柱体空仓，其网状表面由形状尺寸相同的小孔均匀排列组成。

钻探工作井9内部设有静力触探试验装置10、动力触探试验装置11、扁铲侧胀仪试验装置12、十字板剪切试验装置13、勘探取样装置14，其中勘探取样装置14设置在钻探工作井9中心轴线处。

基于上述水气自控式海底勘探平台的勘探方法，其具体操作步骤为：

第一步，安装：将勘探平台在岸上预制、安装完毕，在钻探工作井9内部按照工程设计位置安装静力触探试验装置10、动力触探试验装置11、扁铲侧胀仪试验装置12、十字板剪切试验装置13、勘探取样装置14。

第二步，运输：通过调节电磁阀4和自控阀5控制各个上层舱室内部压载水重量，使勘探平台平稳飘浮于海面，实现自浮拖航；在自浮拖航过程中实时观察勘探平台是否平稳，通过及时调节电磁阀4和自控阀5控制各个上层舱室内部压载水重量，确保平台整体平稳，最终将勘探平台自浮拖航至指定勘探位置。

通过调节电磁阀4和自控阀5控制各个上层舱室内部压载水重量的具体操作为：若勘探平台整体倾斜度超出允许范围，打开吃水深度较深一侧的电磁阀4进行充气和自控阀5进行排水，同时打开吃水深度较浅一侧的自控阀5进行充水和电磁阀4进行排气，其余上层舱室可根据平台的倾向进行微调，协调控制各个上层舱室内部压载水，直至勘探平台倾斜度和吃水深度在允许范围以内。

第三步，沉放：勘探平台到达指定勘探位置后，打开自控阀5增加各个上层舱室内部压载水，并打开电磁阀4对各个上层舱室进行排气，电磁阀4和自控阀5同步工作，使勘探平台保持平稳下沉。

第四步，调平：勘探平台平稳下沉至海底表层，即筒壁1和分舱板6底端嵌入海底后，关闭所有电磁阀4和自控阀5；待平台稳定，观察勘探平台是否倾斜；若勘探平台倾斜，通过调节电磁阀4和自控阀5控制各个上层舱室内部压载水重量，直至勘探平台保持水平稳定；再次打开所有电磁阀4和自控阀5，增加各个上层舱室内部压载水，直至隔板2接触海底，勘探平台保持水平稳定后，关闭所有电磁阀4和自控阀5。

第五步，采集数据：勘探平台稳定后，通过静力触探试验装置10、动力触探试验装置11、扁铲侧胀仪试验装置12、十字板剪切试验装置13、勘探取样装置14测得孔隙水压力、侧壁摩阻力、热导率和温度梯度、黏土灵敏度和不排水抗剪强度等数据。

第六步，回收：数据采集完毕后，打开各电磁阀4，对各个上层舱室进行充气，同时打开自控阀5，排出个各个上层舱室内部压载水，保持勘探平台平稳升起，回收勘探平台，可进行下一处勘探。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。