一种浮动式下水桁架及包含该下水桁架的导管架的制作方法

本发明涉及一种浮动式下水桁架及包含该下水桁架的导管架，属于海洋油气开发设备领域。

背景技术：

随着我国海上油气田开发的不断推进与发展，近海油气田的开发已经比较成熟，近年来海上油气田的开发正在逐步从水深50m以内，向100～300m发展。我国南海海域陆续发现一批300～400m水深的油气田，对于此水深范围的海上油气田开发，固定式导管架平台具备技术方案成熟、可靠的特点，并且通常情况下都具备较高的经济性。此水深的导管架不同于采用吊装下水安装的潜水导管架，通常采用滑移下水的安装方式，而下水桁架是滑移下水的必备装置。传统的下水桁架通常将其受力传递至导管架主腿及主结构杆件，而这些导管架主腿及主结构杆件则由于受力的增大，需要加大尺寸或增加壁厚，也使得导管架整体的钢材重量增加。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种浮动式下水桁架及包含该下水桁架的导管架，本发明所设计的下水桁架相对于导管架是独立结构，将其布置在隔水导管外侧，可以代替导管架水平层为隔水导管提供支撑，减少导管架非必要的水平层，优化导管架整体结构，节省材料成本和投资成本。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明第一方面提供一种浮动式下水桁架，包括如下部件：

下水桁架下水腿1和下水桁架上水腿2，所述下水桁架下水腿1位于所述下水桁架上水腿2的下方，若干所述下水桁架下水腿1和若干所述下水桁架上水腿2水平设置于导管架下方且呈多边形分布；

下水桁架支撑杆3，所述下水桁架支撑杆3包括下水桁架水平支撑杆301和下水桁架竖直支撑杆302，相邻两个所述下水桁架下水腿1之间和相邻两个所述下水桁架上水腿2之间通过若干所述下水桁架水平支撑杆301以及所述下水桁架下水腿1和所述下水桁架上水腿2之间通过若干所述下水桁架竖直支撑杆302依次交替连接形成多边形的桁架结构；

下水桁架内部支撑杆4，设置于所述桁架结构的内部；

连接杆5，设置在每一所述下水桁架水平支撑杆301上，位于若干所述下水桁架上水腿2所形成的水平面的上方，用于与所述导管架本体的支撑杆连接。

所述的浮动式下水桁架，优选地，2个所述下水桁架下水腿1和2个所述下水桁架上水腿2水平设置于导管架下方且呈四边形分布。

所述的浮动式下水桁架，优选地，还包括隔水导管6，设置于所述桁架结构的内部。

所述的浮动式下水桁架，优选地，所述下水桁架内部支撑杆4包括若干下水桁架内部斜支撑杆401，所述下水桁架内部斜支撑杆401的一端与所述下水桁架上水腿2连接，另一端与所述下水桁架下水腿1连接，且位于相邻两个所述下水桁架支撑杆3之间形成x型结构。

所述的浮动式下水桁架，优选地，两个所述下水桁架内部斜支撑杆401对称分布在相应的一个所述下水桁架支撑杆3的两侧形成伞形结构，更优选地，所述下水桁架内部斜支撑杆401的一端与所述下水桁架上水腿2连接，另一端与所述下水桁架下水腿1连接。

所述的浮动式下水桁架，优选地，所述下水桁架内部支撑杆4包括若干下水桁架内部斜支撑杆401和若干下水桁架内部竖直支撑杆402，两个所述下水桁架内部斜支撑杆401对称分布在相应的一个所述下水桁架内部竖直支撑杆402的两侧形成伞形结构，所述伞形结构位于相邻两个所述下水桁架支撑杆3之间，更优选地，所述下水桁架内部斜支撑杆401和所述下水桁架内部竖直支撑杆402的两端分别与所述下水桁架上水腿2和所述下水桁架下水腿1连接。

所述的浮动式下水桁架，优选地，所述下水桁架内部支撑杆4包括若干下水桁架内部斜支撑杆401、若干下水桁架内部竖直支撑杆402和若干下水桁架内部水平支撑杆403，两个所述下水桁架内部斜支撑杆401、一个所述下水桁架内部竖直支撑杆402和一个所述下水桁架内部水平支撑杆403形成米字型结构，所述米字型结构位于相邻两个所述下水桁架支撑杆3之间；更优选地，所述下水桁架内部斜支撑杆401、所述下水桁架内部竖直支撑杆402和所述下水桁架内部水平支撑杆403的两端分别与所述下水桁架上水腿2和所述下水桁架下水腿1连接。

所述的浮动式下水桁架，优选地，所述隔水导管6设置在所述下水桁架内部斜支撑杆401、所述下水桁架内部竖直支撑杆402或所述下水桁架内部水平支撑杆403中的任意一种或两种支撑杆上。

所述的浮动式下水桁架，优选地，所述下水桁架内部斜支撑杆401、所述下水桁架内部竖直支撑杆402和所述下水桁架内部水平支撑杆403的直径为0.914m、1.067m或1.219m的圆管。

所述的浮动式下水桁架，优选地，所述连接杆5的直径为1.067m、1.219m或1.372m的圆管。

本发明第二方面提供一种导管架，其包括导管架本体，还包括本发明第一方面任一项所述的浮动式下水桁架，所述导管架本体支撑于所述连接杆5上。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明通过在下水桁架上设置连接杆并与导管架的支撑杆连接，避免了与导管架主腿或主结构杆件的连接，通过最少的连接，将最少的力传递至导管架主体结构上，减少了导管架的主腿及主结构杆件的受力，降低了导管架的尺寸和壁厚，使得导管架的整体重量减小，降低导管架的生产、安装成本；

2、本发明所设计的下水桁架相对于导管架是独立结构，将其布置在隔水导管外侧，可以代替导管架水平层为隔水导管提供支撑，减少导管架非必要的水平层，优化导管架整体结构，节省材料成本和投资成本。

附图说明

图1是本发明浮动式下水桁架的左侧视图；

图2是本发明浮动式下水桁架的右侧视图；

图3是本发明浮动式下水桁架的俯视图；

图4是本发明浮动式下水桁架的剖视图；

图中各标记如下：

1-下水桁架下水腿；2-下水桁架上水腿；3-下水桁架支撑杆，301-下水桁架水平支撑杆，302-下水桁架竖直支撑杆；4-下水桁架内部支撑杆，401-下水桁架内部斜支撑杆，402-下水桁架内部竖直支撑杆，403-下水桁架内部水平支撑杆；5-连接杆；6-隔水导管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种浮动式下水桁架，包括如下部件：

下水桁架下水腿1和下水桁架上水腿2，所述下水桁架下水腿1位于所述下水桁架上水腿2的下方，2个所述下水桁架下水腿1和2个所述下水桁架上水腿2水平设置于导管架下方且呈四边形分布；

下水桁架支撑杆3，所述下水桁架支撑杆3包括下水桁架水平支撑杆301和下水桁架竖直支撑杆302，相邻两个所述下水桁架下水腿1之间和相邻两个所述下水桁架上水腿2之间通过若干所述下水桁架水平支撑杆301以及所述下水桁架下水腿1和所述下水桁架上水腿2之间通过2个所述下水桁架竖直支撑杆302依次交替连接形成四边形的桁架结构；

下水桁架内部支撑杆4，设置于所述桁架结构的内部；

连接杆5，设置在每一所述下水桁架水平支撑杆301上，位于每个所述下水桁架上水腿2所形成的水平面的上方，用于与所述导管架本体的支撑杆连接。

本实施例中，所述下水桁架内部支撑杆4包括若干下水桁架内部斜支撑杆401，所述下水桁架内部斜支撑杆401的一端与所述下水桁架上水腿2连接，另一端与所述下水桁架下水腿1连接，且位于相邻两个所述下水桁架支撑杆3之间形成x型结构。

实施例2

本实施例提供一种浮动式下水桁架，包括如下部件：

下水桁架下水腿1和下水桁架上水腿2，所述下水桁架下水腿1位于所述下水桁架上水腿2的下方，2个所述下水桁架下水腿1和2个所述下水桁架上水腿2水平设置于导管架下方且呈四边形分布；

下水桁架支撑杆3，所述下水桁架支撑杆3包括下水桁架水平支撑杆301和下水桁架竖直支撑杆302，相邻两个所述下水桁架下水腿1之间和相邻两个所述下水桁架上水腿2之间通过若干所述下水桁架水平支撑杆301以及所述下水桁架下水腿1和所述下水桁架上水腿2之间通过2个所述下水桁架竖直支撑杆302依次交替连接形成四边形的桁架结构；

下水桁架内部支撑杆4，设置于所述桁架结构的内部；

连接杆5，设置在每一所述下水桁架水平支撑杆301上，位于每个所述下水桁架上水腿2所形成的水平面的上方，用于与所述导管架本体的支撑杆连接。

本实施例中，所述下水桁架内部支撑杆4包括若干下水桁架内部斜支撑杆401和若干下水桁架内部竖直支撑杆402，两个所述下水桁架内部斜支撑杆401对称分布在相应的一个所述下水桁架内部竖直支撑杆402的两侧形成伞形结构，且位于相邻两个所述下水桁架支撑杆3之间。所述下水桁架内部斜支撑杆401和所述下水桁架内部竖直支撑杆402的两端分别与所述下水桁架上水腿2和所述下水桁架下水腿1连接。

实施例3

本实施例提供一种浮动式下水桁架，包括如下部件：

下水桁架下水腿1和下水桁架上水腿2，所述下水桁架下水腿1位于所述下水桁架上水腿2的下方，2个所述下水桁架下水腿1和2个所述下水桁架上水腿2水平设置于导管架下方且呈四边形分布；

下水桁架支撑杆3，所述下水桁架支撑杆3包括下水桁架水平支撑杆301和下水桁架竖直支撑杆302，相邻两个所述下水桁架下水腿1之间和相邻两个所述下水桁架上水腿2之间通过若干所述下水桁架水平支撑杆301以及所述下水桁架下水腿1和所述下水桁架上水腿2之间通过2个所述下水桁架竖直支撑杆302依次交替连接形成四边形的桁架结构；

下水桁架内部支撑杆4，设置于所述桁架结构的内部；

连接杆5，设置在每一所述下水桁架水平支撑杆301上，位于每个所述下水桁架上水腿2所形成的水平面的上方，用于与所述导管架本体的支撑杆连接。

本实施例中，所述下水桁架内部支撑杆4包括若干下水桁架内部斜支撑杆401、若干下水桁架内部竖直支撑杆402和若干下水桁架内部水平支撑杆403，两个所述下水桁架内部斜支撑杆401、一个所述下水桁架内部竖直支撑杆402和一个所述下水桁架内部水平支撑杆403形成米字型结构，所述米字型结构位于相邻两个所述下水桁架支撑杆3之间。而且所述下水桁架内部斜支撑杆401、所述下水桁架内部竖直支撑杆402和所述下水桁架内部水平支撑杆403的两端分别与所述下水桁架上水腿2和所述下水桁架下水腿1连接。

实施例4

本实施例提供一种实施例1-3中任一项所述浮动式下水桁架在中国南海海域油田的实际应用，该海域的水深约为286m左右。

本实施例中，所述下水桁架下水腿1为2根直径为2.5m的圆管，两根圆管从水面以下55m开始至水面以下283m截止，总长度约230m。两根圆管的中心线距离为24m。所述下水桁架上水腿2同样为2根直径为2.5m的圆管，两根圆管的起始位置、终止位置及中心线距离与所述下水桁架下水腿1保持一致。

本实施例中，所述下水桁架水平支撑杆301和所述下水桁架上水腿2所形成的水平层(下水桁架上设有9个水平层)分别位于水面以下55m、水面以下84m、水面以下106.5m、水面以下130m、水面以下155m、水面以下188m、水面以下220m、水面以下259m及水面以下283m，水平层垂向最大间距为39m，分别由直径1.372m、1.524m、1.676m及1.829m的圆管构成。

在本发明的下水桁架未应用前，通过计算得到的导管架主要结构实际应力与允许应力的比值约为0.8至0.9之间。通过本发明的应用，在条件相同的情况下，导管架主要结构实际应力与允许应力的比值下降至0.7至0.8之间。另外由于本发明装置具备浮动特性，可以通过优化导管架受力从而优化导管架的结构，应用本装置前后，在保持应力比在基本相同的基准条件下，其结构重量从32600吨减少至30000吨，降幅约10％，提高导管架的经济性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。