专利名称：一种海底吸力式基础沉放方法
技术领域：
本发明涉及一种用于固定海上平台、FPSO等海洋设施的海底吸力式基础施工技术，特别涉及一种具有自动纠偏功能的沉放方法，属于海洋工程技术领域。
背景技术：
随着地球陆地油气资源日趋枯竭，当今世界对开发海洋油气越来越重视。海洋平台结构作为海洋油气资源开发的基础设施，是海上生产作业和生活的基地。桶型基础(像一只倒扣在土中的桶)，作为一种新型海洋结构形式，在新建海洋平台建设中倍受青睐。我国首座桶形基础采油平台于1999年10月25日在胜利油田埕北CB20B井组成功安装。在桶型基础安装前，先是通过自重贯入到土中一定深度，兼为以后施加负压创造一个“密闭”条件。当自重贯入停止后，通过安装在基础顶部的泵抽出封闭在基础内部的水，从而在桶内形成一个压力差。正是这一压力差将圆筒驱入土中，直至预定深度，所以也称为“吸力式基础”。应用此法，一个直径为9m，高为10m的桶型基础最快可以在1～3个小时内安装完成。当平台需要移动时，可再向桶内施加正压(注水)把圆筒基础从土中拔出。这种“负压贯入、正压拔起”施工技术使得传统的固定式海洋平台变成了移动式平台，可重复用于多个油田的开发，大大降低了单个油田的开发成本。
对于吸力式基础，我们总希望能够做到“下得去、站得稳、拔得起”。其中，“下得去”是指桶型基础能够平稳地、保持一定垂直度地贯入到预定深度；“站得稳”即沉下去之后，能够在工作期间不会因失稳而导致整个平台倾覆、滑移或拔出等破坏，也不至于产生过大的附加沉降；“拔得起”则是指该基础在一个地方油井采完后，基础能够被拔起来拖到另外的油井处或贯入过程遇到大的砾石无法安装时，可拔起进行重新贯入。目前，尚存在两个重要的技术问题急需解决1)初始入泥问题。桶的底端采用薄壁结构可以增加入泥量，以达到可成功施加负压的“密闭”条件，但由于稳定性的要求，桶底端不可能设计得足够薄，当遇到海底表层铁板砂(为结构性砂土)，即使很薄，仍然难以达到初始入泥要求，使得下一步工序中止；2)桶型基础在初始贯入或负压沉贯过程中，均可能出现倾斜问题。一旦桶型基础倾斜，其入泥过程中会由于重心的偏移，而使得倾斜度越来越大，所以，如何在桶型基础倾斜的初始阶段即得到及时纠正，这是桶型基础成功贯入的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种带有自动纠偏功能的吸力式基础沉放方法，使其下沉过程中垂直度满足要求，并依靠高频微幅振动进行沉放，使其在砂质细颗粒泥沙海床上的沉放功效更高。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明在现有的吸力式基础沉放方法基础上，根据砂质细颗粒泥沙在高频振动作用下易产生液化现象的原理，在桶型基础侧壁外侧施加多个高频微幅振动源，其高频微幅振动使得桶型基础侧壁内外两侧泥沙产生液化、板结泥沙结构被破坏，位于该振动源影响区域的桶型基础容易下沉贯入泥沙中，通过开动部分振动源即可达到自动纠偏的效果。
所述的现有吸力式基础沉放方法，即目前所用的“负压贯入、正压拔起”方法。
所述的高频微幅振动源，振动频率大于75Hz，在桶型基础侧壁外侧均匀布置，布置间距为1～3m。
所述的自动纠偏方法，是通过能识别桶型基础倾斜方向的供电装置，专门对位置较高一侧的高频振动源供电，加速该侧的下沉贯入速度，实现自动调平。
与现有技术相比，本发明的基本原理是利用高频微幅振动作用破坏板结泥沙结构、迫使泥沙液化，采用部分开启振动源的办法实现吸力式基础沉放中的自动纠偏效果。而且，当吸力式基础拔起时，开启所有振动源，使得基础侧壁内外两侧泥沙产生液化，则其上拔将更加容易。本发明的技术实施容易、成本低，且吸力式基础的沉放和拔起效率高。
图1本发明实施例结构的立面示意图。
图2本发明实施例结构的平面示意图。
图中，1.高频微幅振动源；2.定位板；3.定向供电电源；4.桶型基础。
具体实施例方式 图1和图2示意了本发明的结构布置。桶型基础4的外侧壁设置有多个高频微幅振动源1，可均匀布置，布置间距1～3m。桶型基础外侧壁竖直方向设有导轨(每个振动源一根导轨)，高频微幅振动源1沿着导轨可上下移动。在桶型基础4下沉过程中，位于海床表面的定位板2可以固定高频微幅振动源1的空间位置，使得高频微幅振动源一直位于海床表面以上一定高度，高度一般可取20～50cm。定向供电电源3位于桶型基础4的顶面，可同时向每个高频微幅振动源供电，而且，当桶型基础4倾斜时，它也可以根据其倾斜方向，只对位置较高一侧的振动源供电，提高桶型基础该侧的贯入速度，实现桶型基础沉放过程中的自动纠偏。
在桶型基础4接近海床面时，即可开动电源，让所有的高频微幅振动源1都振动起来，使得桶型基础侧壁所接触到的泥沙结构破坏，并产生液化，这样可以大大提高桶型基础的初始入泥深度，从而为成功施加负压提供了良好的“密闭”条件。在桶型基础沉放过程中，一旦发生倾斜，定向供电电源3可以有选择性地对较高一侧的高频微幅振动源供电，一直到倾斜度得到纠正且满足要求后，方才重新对所有高频微幅振动源供电。桶型基础贯入到预定深度后，关闭电源。定向供电电源3，需要另外自行设计，在现有的海洋环境所用电源自动控制装置上，添加能够自动感知倾斜方向的装置，电源自动控制装置可以根据此倾斜方向进行供电控制。
当桶型基础使用结束后，可先打开定向供电电源3，向所有高频微幅振动源1供电，使得桶型基础侧壁附近泥沙液化，以减少其上拔过程中的摩擦阻力，再向桶型基础内注水产生正压，将桶型基础顶出泥面。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种海底吸力式基础沉放方法，其特征在于在现有吸力式基础沉放方法的基础上，在桶型基础外壁布置多个高频微幅振动源，桶壁在高频微幅振动作用下，使所触及的泥沙结构被破坏、泥沙产生液化，桶型基础侧壁所受摩擦阻力减小，桶型基础贯入海床，达到预定深度。
2、如权利要求1所述的海底吸力式基础沉放方法，其特征在于采用定向供电电源，根据桶型基础倾斜方向而只对较高侧的高频微幅振动源供电，依靠该侧的高频微幅振动源的振动，减少该侧的桶壁入泥摩擦阻力，使该侧下沉速率高于另一侧，从而实现自动纠偏的效果，确保桶型基础垂直下沉。
3、如权利要求1所述的海底吸力式基础沉放方法，其特征在于所述的现有吸力式基础沉放方法，即目前所用的“负压贯入、正压拔起”方法。
4、如权利要求1或2所述的海底吸力式基础沉放方法，其特征在于所述的高频微幅振动源，其振动频率大于75Hz，在桶型基础外壁均匀布置，布置间距为1～3m；桶型基础外侧壁竖直方向布设导轨，高频微幅振动源沿着导轨可上下移动；在桶型基础下沉过程中，高频微幅振动源空间位置由定位板固定，并一直位于海床表面以上20～50cm。
5、如权利要求2所述的海底吸力式基础沉放方法，其特征在于所述的定向供电电源可以自动确定桶型基础的倾斜方向，并根据桶型基础倾斜方向而只对较高侧的高频微幅振动源供电；当桶型基础垂直度满足要求的时候，对所有的高频微幅振动源供电。
6、如权利要求4所述的海底吸力式基础沉放方法，其特征在于所述的定位板一直在海床表面，并位于高频微幅振动源所在导轨的下部，定位板与高频微幅振动源之间为刚性连接。
7、如权利要求1所述的海底吸力式基础沉放方法，其特征在于对高频微幅振动源所使用电源的控制方式包括1)在桶型基础接近海床面时，即可开动电源，让所有的高频微幅振动源都振动起来，使得桶型基础侧壁所接触到的泥沙结构破坏，并产生液化，提高桶型基础的初始入泥深度；2)在桶型基础沉放过程中，一旦发生倾斜，定向供电电源可自动根据倾斜方向只对较高一侧的高频微幅振动源供电，一直到倾斜度得到纠正且满足要求后，方才重新对所有高频微幅振动源供电；3)桶型基础贯入到预定深度后，关闭电源。
8、如权利要求1或2所述的海底吸力式基础沉放方法，其特征在于当桶型基础使用结束后，先开启所有的高频微幅振动源，使临近桶壁的泥沙液化后再注水拔起桶型基础，可明显提高效率。
全文摘要
一种海底吸力式基础沉放方法，根据砂质泥沙在高频振动作用下易产生液化的原理，在桶型基础外壁均匀布置多个高频微幅振动源，桶壁在高频微幅振动作用下，可使所触及的泥沙结构被破坏、泥沙产生液化，从而使得桶型基础在沉放过程中，其侧壁所受摩擦阻力明显减小，增加了桶型基础的初始入泥深度，为成功施加负压提供了良好的“密闭”条件，提高了桶型基础的沉放速度和成功率。同时，采用定向供电电源，根据桶型基础倾斜方向而只对较高侧的高频微幅振动源供电，加速桶型基础较高侧的下沉速度，达到自动纠偏效果，确保桶型基础垂直下沉。当桶型基础使用结束，先开启高频微幅振动源，使临近桶壁的泥沙液化后再注水拔起桶型基础，可明显提高效率。
文档编号E02D23/08GK101319504SQ20081004047
公开日2008年12月10日 申请日期2008年7月11日 优先权日2008年7月11日
发明者谢立全 申请人:同济大学