一种轴对称的桶形基础单腿柱采油平台及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种轴对称的桶形基础单腿柱采油平台及其施工方法，包括下部桶形基础系统与上部作业平台系统；下部桶形基础系统由三个相同的副桶与一个主桶组成，各个桶形基础之间通过肋板相连；上部作业平台系统由三个水平桁架、三个支撑桁架、中央立柱、系列撑杆及上部作业平台组成；施工过程采用上端系缚控制绳索的导向棒辅助使得下部桶形基础系统与上部作业平台系统的相互对接组装形成整体。本发明上部作业平台系统与下部桶形基础系统相互独立，上部作业平台系统对下部桶形基础系统的沉贯作业无影响，整体组装后呈轴对称状态，荷载分布均匀，基于导向棒下沉安装上部作业平台系统，施工速度快、精度高，采油平台系统的重复利用与回收作业简便。
【专利说明】
一种轴对称的桶形基础单腿柱采油平台及其施工方法
[0001 ] 技术领域:
本发明涉及海上油气田领域中的采油平台，尤其涉及一种轴对称的桶形基础单腿柱采油平台及其施工方法。
[0002]【背景技术】:
海上边际油气田是指那些储量小、边远地区、深层及环境条件恶劣的海区，对其开采的全部收入与开采的支出基本持平，或收益甚少。我国海上油气田中有相当一部分属于边际油气田，如何经济有效的开发边际油气田一直是海洋石油工程界关心的课题。为了开采边际油气田，需考虑多种手段来减少工程投资、降低开发成本，使其能取得一定的经济效益。
[0003]实践证明，简易海洋平台具有结构简单、用钢量少的特点，能够大大减少海上油气田的开发成本，尤其适用于边际油气田的开发。已有的多种简易平台方案，或者平台重量仍然偏大，或者制造、安装过程仍然比较繁琐，且不能重复利用或者搬迀过程复杂，重复利用的费用过高。
[0004]专利申请号:201410215018.3公开了一种筒型基础单腿柱采油平台，它包括筒型基础，筒型基础位于泥面下，水平桁架位于泥面处首尾相连构成三角形水平面，各连接点一端面分别焊接在筒型基础上，另一端面与支撑桁架和中央立柱焊接；中央立柱焊接在由水平桁架连接构成的一个连接点上，中央立柱最底部与筒型基础焊接;两个支撑桁架一端分别焊接在其余两个连接点上，另一端都焊接在中央立柱上，且与中央立柱的焊接点位于水平面以下、泥面以上；水平桁架、支撑桁架和中央立柱形成空间四面体结构；登船平台位于水面以上，设置在中央立柱上部;作业平台位于登船平台上方，设置在中央立柱的顶部;位于登船平台与作业平台之间还设置有爬梯。该结构的缺陷为:整体结构不对称，中央立柱位置处的桶形基础受到的竖向荷载较大，而其它两个桶形基础受到的竖向荷载较小，导致中央立柱位置处桶形基础产生的竖向沉降必然大于其它两个桶形基础的竖向沉降，基础在安装及使用过程中容易产生不均匀沉降而使采油平台发生倾斜，进而影响采油平台的使用；另外，所述两个支撑桁架和中央立柱与桶形基础焊接在一起，整体重量较大，对起吊设备的起重能力要求高，也不利于工程结束后采油平台的起浮、转场与重复利用。
[0005]
【发明内容】
:
为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种轴对称的桶形基础单腿柱采油平台及其施工方法，其结构简单，施工方便，重复利用便利，经济效益好，适用于边际油气田的开采，为边际油气田的开采降低开发成本。
[0006]本发明的技术方案如下:
轴对称的桶形基础单腿柱采油平台，其特征在于，包括下部桶形基础系统与上部作业平台系统，所述的下部桶形基础系统包括三个呈品字形放置的、相同的副桶及其中央的主桶，各个桶形基础外壁之间通过肋板相连，副桶的桶顶设有底部中空支座，主桶的桶顶设有底部实心支座；
所述的上部作业平台系统包括与副桶相配合三个上部支座，三个上部支座中央设有与主桶相配合的中央立柱，三个上部支座外壁上连接有水平桁架，三个上部支座外壁与中央立柱外壁之间设有倾斜设置的支撑桁架，中央立柱上端安装有作业平台；
所述的上部作业平台系统与下部桶形基础系统对接安装固定，其中上部作业平台系统上部支座套装于下部桶形基础系统底部中空支座上，中空的中央立柱套在底部实心支座上。
[0007]所述的轴对称的桶形基础单腿柱采油平台，其特征在于，所述的主桶和副桶均倒置，主桶直径大于副桶直径，主桶与副桶的高度相同，主桶与副桶之间通过肋板两两焊接相连;三个副桶通过肋板两两焊接相连后形成等边三角形布置，主桶位于等边三角形的中心位置处。
[0008]所述的轴对称的桶形基础单腿柱采油平台，其特征在于，所述的副桶的桶顶中心设有底部中空支座，底部中空支座为内部中空的圆形钢管，底部中空支座上部设有螺栓孔。
[0009]所述的轴对称的桶形基础单腿柱采油平台，其特征在于，所述上部支座为中空的圆形钢管，内孔直径大于底部中空支座外径，上部支座高度小于底部中空支座高度。
[0010]所述的轴对称的桶形基础单腿柱采油平台，其特征在于，所述的中央立柱为中空的圆形钢管，中央立柱位于上部作业平台系统的中心对称轴上，三个水平桁架、三个支撑桁架和中央立柱形成侧面相同的空间四面体结构。
[0011]—种轴对称的桶形基础单腿柱采油平台的施工方法，包括如下步骤:
1)、下部桶形基础系统直立于预定海面上，取三根导向棒插入且固定在下部桶形基础系统的底部中空支座中，导向棒上端系缚控制绳索；
2)、缓慢下降下部桶形基础系统至海水中，直至接触海底，打开连接各桶形基础抽水孔并利用水栗抽负压，使下部桶形基础系统逐步贯入至海床中，当桶形基础全部贯入海床且水平度满足要求时，下部桶形基础系统沉贯作业结束；
3)、平稳地起吊上部作业平台系统直立于预定海面上，先控制绳索穿入上部支座中，至三个上部支座分别套在三个导向棒上，上部作业平台系统沿着导向棒缓慢下降；直至三个上部支座分别准确套在三个底部中空支座上，上部作业平台系统下沉就位作业结束；
4)、上部作业平台系统下沉就位后，把三根导向棒从底部中空支座中拔出，派潜水员下水，利用螺栓组件穿过底部中空支座上的螺栓孔，即完成系统的安全固定，整个系统组装完毕。
[0012]本发明与现有技术相比，具有如下优点:
1、本发明上部作业平台系统与下部桶形基础系统相互独立，可独立制作，互不影响；
2、本发明先完成下部桶形基础系统的沉贯后，再组装上部作业平台系统，即上部作业平台系统对下部桶形基础系统的沉贯作业无影响，方便桶形基础的施工；
3、本发明整体组装后呈轴对称状态，荷载分布均匀，产生的不均匀沉降小，有利于采油平台的使用与维护；
4、本发明下部桶形基础系统的沉贯完成后，基于导向棒下沉安装上部作业平台系统，施工速度快、精度高，缩短了海上作业时间；
5、本发明当采油平台使用结束需转场时，卸除螺栓、螺帽后即可起吊上部作业平台系统，再开展下部桶形基础系统的注水、起浮工作，可见上部作业平台系统对下部桶形基础系统的起浮作业无影响，方便采油平台系统的重复利用与回收作业。
[0013]【附图说明】: 图1为本发明的下部桶形基础系统示意图。
[0014]图2为本发明的上部作业平台结构系统示意图。
[0015]图3为本发明的副桶结构示意图。
[0016]图4为本发明的上部作业平台系统的撑杆部结构示意图。
[0017]图5为本发明的上部作业平台系统与下部桶形基础系统的对接组装示意图。
[0018]图6为本发明的结构示意图。
[0019]图7为本发明对接组装施工过程示意图。
[0020]附图标记:
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、支撑桁架；1、中央立柱；11、作业平台；12、底部实心支座；13、螺栓孔；14、撑杆；
15、导向棒;16、控制绳索。
[0021]【具体实施方式】:
参见附图:
一种轴对称的桶形基础单腿柱采油平台，包括下部桶形基础系统与上部作业平台系统；下部桶形基础系统，由三个相同的副桶I与一个主桶2组成，各个桶形基础之间通过肋板3相连，副桶I的桶顶设有底部中空支座5，主桶2的桶顶设有底部实心支座12;上部作业平台系统，由三个水平桁架8、三个支撑桁架9、中央立柱1、系列撑杆14及上部作业平台11组成，三个水平桁架8的首尾连接处设有中空的上部支座7;通过上部作业平台系统中空的上部支座7套在下部桶形基础系统底部中空支座5上，中空的中央立柱10套在底部实心支座12上，完成下部桶形基础系统与上部作业平台系统的对接组装。
[0022]副桶I与主桶2的高度相同，主桶2的直径大于副桶I的直径。副桶I与主桶2之间通过肋板3两两焊接相连，肋板的顶面与桶形基础的顶面平齐;副桶I与主桶2的顶部均设有抽水孔4;副桶I的桶顶中心位置处设有底部中空支座5，底部中空支座5为内部中空的圆形钢管;底部中空支座5，上部设有螺栓孔13。
[0023]三个副桶I通过肋板3两两焊接相连后形成等边三角形布置，主桶2位于该等边三角形的中心位置处;主桶2的桶顶中心位置处设有底部实心支座12;底部实心支座12与底部中空支座5的高度相同，底部实心支座12的直径大于底部中空支座5的外径。
[0024]上部作业平台系统的上部支座7，为内部中空的圆形钢管，中空部分的直径大于底部中空支座5的外径;上部支座7，其高度小于底部中空支座5的高度;三个水平桁架8首尾相连构成等边三角形水平面，连接处设有上部支座7。
[0025]中央立柱10为内部中空的圆形钢粧，中空部分的直径大于底部实心支座12的外径；中央立柱10位于上部作业平台系统的中心对称轴上，用于支撑上部作业平台11和其它辅助设施。支撑桁架9 一端与中央立柱10焊接，另一端与上部支座7焊接。
[0026]三个水平桁架8、三个支撑桁架9和中央立柱10形成三个侧面相同的空间四面体结构;三个水平桁架8构成三角形水平面内及所述的空间四面体结构内，焊接有数量较多的撑杆14，形成多个空间三角形，确保上部作业平台系统的结构稳定性。
[0027]上部作业平台系统的三个上部支座7，能正好安装、套在下部桶形基础系统的三个底部中空支座5上;三个上部支座7套在三个底部中空支座5上的同时，中空的中央立柱10也正好安装、套在底部实心支座12上;上部作业平台系统与下部桶形基础系统对接、组装后，利用螺栓、螺帽6穿过底部中空支座5上的螺栓孔13即完成系统的安全固定;螺栓的直径小于螺栓孔13的孔径。
[0028]导向棒15为实心圆形钢棒，其直径略小于底部中空支座5的中空内径，导向棒15的一端带细孔，供控制绳索16穿越与系缚。
[0029]上部作业平台系统与下部桶形基础系统的各构件均由钢质材料制成，各构件之间的连接均由焊接形成;桶形基础单腿柱采油平台，整体组装后呈轴对称结构体系。
[0030]一种轴对称的桶形基础单腿柱采油平台的施工方法，包括如下步骤:
1)、上部作业平台系统与下部桶形基础系统预制完成后，运至指定海域后，平稳地起吊下部桶形基础系统直立于预定海面上，把导向棒15的一端插入底部中空支座5的内部并用工业速干胶或其它材料稍作固定，导向棒15系缚有制绳索16的一端朝上；
2)、缓慢下降下部桶形基础系统至海水中，直至接触海底，打开连接各桶形基础抽水孔4的水栗抽负压，使下部桶形基础系统逐步贯入至海床中，当桶形基础全部贯入海床且水平度满足要求时，下部桶形基础系统沉贯作业结束；
3)、平稳地起吊上部作业平台系统直立于预定海面上，先控制绳索16穿入上部支座7中，再缓慢移动上部作业平台系统，使三个上部支座7分别套在三个导向棒15上；
4)、控制上部作业平台系统沿着导向棒15缓慢下降，直至三个上部支座7分别准确套在三个底部中空支座5上，上部作业平台系统下沉就位作业结束；
上部作业平台系统下沉过程中，应保持其平稳性，防止其倾斜、扭转等不规则颤动而把部分导向棒15从底部中空支座5中拔出，影响后续准确就位。制绳索16的一端可由人手持或系在船舷上，其作用是当导向棒15发生意外拔出而掉入海中时，可由制绳索16把导向棒15拉起、捡起；
5)、上部作业平台系统下沉就位后，把三根导向棒15从底部中空支座5中拔出。派潜水员下水，利用螺栓、螺帽6穿过底部中空支座5上的螺栓孔13，即完成系统的安全固定，整个系统组装完毕。
[0031]此外，当所提采油平台使用结束后，其拆卸过程如下:派潜水员下水，拆除、卸掉螺栓孔13中的螺栓、螺帽6;平稳起吊、提离上部作业平台系统，放置运输船只上;基于各桶形基础的抽水孔4，向桶形基础内部注水，使下部桶形基础系统逐渐拔出、脱离海床，再起吊、提离下部桶形基础系统，即完成桶形基础单腿柱采油平台的拆除作业；
上部作业平台系统的上部支座7，为内部中空的圆形钢管，中空部分的直径大于底部中空支座5的外径，使上部支座7对接、套住中空支座5的施工过程中有一定的位移偏移量，便于安装作业；
螺栓、螺帽6的螺杆直径小于螺栓孔13的孔径，便于潜水员在水下很快的把螺杆插入螺栓孔13中并固定，缩短水下作业时间；
采油平台运行过程中，副桶I上的底部中空支座5与副桶2上的底部实心支座12可能会受到较大的水平剪力；为了提高各支座的抗剪能力，各支座可穿过桶形基础顶板而进入桶形基础内部一定的距离，并在桶形基础内部设置纵横交错的加筋肋加固支座；
采油平台上的隔水套管、电缆护管等，可放置于中空的中央立柱10内部，以减少平台结构所受的环境荷载；中央立柱10上部除了设有上部作业平台11外，还可按需设置登船平台、爬梯、简易吊葫芦式吊机、空间框架甲板、辅助撑杆等辅助设施;上部作业平台11上可布置相关采油设备；
本发明安装就位后，其提供的空间应满足带悬臂梁的自升式钻井船钻完井的要求，钻井船插粧位置和桶形基础应有足够的安全距离，钻井船的插粧和拔粧作业造成的土体扰动不会影响桶形基础的可靠性与承载力。
[0032]本发明不局限于上述【具体实施方式】，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种轴对称的桶形基础单腿柱采油平台，其特征在于，包括下部桶形基础系统与上部作业平台系统，所述的下部桶形基础系统包括三个呈品字形放置的、相同的副桶及其中央的主桶，各个桶形基础外壁之间通过肋板相连，副桶的桶顶设有底部中空支座，主桶的桶顶设有底部实心支座； 所述的上部作业平台系统包括与副桶相配合三个上部支座，三个上部支座中央设有与主桶相配合的中央立柱，三个上部支座外壁上连接有水平桁架，三个上部支座外壁与中央立柱外壁之间设有倾斜设置的支撑桁架，中央立柱上端安装有作业平台； 所述的上部作业平台系统与下部桶形基础系统对接安装固定，其中上部作业平台系统上部支座套装于下部桶形基础系统底部中空支座上，中空的中央立柱套在底部实心支座上。2.根据权利要求1所述的轴对称的桶形基础单腿柱采油平台，其特征在于，所述的主桶和副桶均倒置，主桶直径大于副桶直径，主桶与副桶的高度相同，主桶与副桶之间通过肋板两两焊接相连;三个副桶通过肋板两两焊接相连后形成等边三角形布置，主桶位于等边三角形的中心位置处。3.根据权利要求1所述的轴对称的桶形基础单腿柱采油平台，其特征在于，所述的副桶的桶顶中心设有底部中空支座，底部中空支座为内部中空的圆形钢管，底部中空支座上部设有螺栓孔。4.根据权利要求1所述的轴对称的桶形基础单腿柱采油平台，其特征在于，所述上部支座为中空的圆形钢管，内孔直径大于底部中空支座外径，上部支座高度小于底部中空支座高度。5.根据权利要求1所述的轴对称的桶形基础单腿柱采油平台，其特征在于，所述的中央立柱为中空的圆形钢管，中央立柱位于上部作业平台系统的中心对称轴上，三个水平桁架、三个支撑桁架和中央立柱形成侧面相同的空间四面体结构。6.一种轴对称的桶形基础单腿柱采油平台的施工方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)、下部桶形基础系统直立于预定海面上，取三根导向棒插入且固定在下部桶形基础系统的底部中空支座中，导向棒上端系缚控制绳索； 2)、缓慢下降下部桶形基础系统至海水中，直至接触海底，打开连接各桶形基础抽水孔并利用水栗抽负压，使下部桶形基础系统逐步贯入至海床中，当桶形基础全部贯入海床且水平度满足要求时，下部桶形基础系统沉贯作业结束； 3)、平稳地起吊上部作业平台系统直立于预定海面上，先控制绳索穿入上部支座中，至三个上部支座分别套在三个导向棒上，上部作业平台系统沿着导向棒缓慢下降；直至三个上部支座分别准确套在三个底部中空支座上，上部作业平台系统下沉就位作业结束； 4)、上部作业平台系统下沉就位后，把三根导向棒从底部中空支座中拔出，派潜水员下水，利用螺栓组件穿过底部中空支座上的螺栓孔，即完成系统的安全固定，整个系统组装完毕。
【文档编号】E02D27/22GK106087928SQ201610601042
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月27日 公开号201610601042.X, CN 106087928 A, CN 106087928A, CN 201610601042, CN-A-106087928, CN106087928 A, CN106087928A, CN201610601042, CN201610601042.X
【发明人】刘金龙, 刘洁群, 徐满满, 宁华晶
【申请人】合肥学院