专利名称：水上钻探泡沫平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水上支撑平台设施，尤其是涉及一种水上钻探泡沫平台。
背景技术：
目前在水利水电、核电、火电、送变电、道路、铁路等勘察工程中，经常会遇到在鱼 塘、湖泊、江河、海上(浅滩)等水中钻探的情况。水上钻探工作是在水上设置的工作平台 上进行的，水上钻探工作平台的设施及迁移，是钻探工作效率、经济效益及安全作业等至关 重要的影响因素。水上钻探工作平台应能满足水上钻探作业要求，作业人员操作活动时的安全场地 要求，并能适应水深、水流及水位升降等对工作平台带来的影响，保障作业人员、机具设备 等不因工作平台的因素发生意外。目前在浅海潮汐区域、江河浅水区域及水塘、鱼塘中钻探常用的工作平台以船只 平台、油桶平台、排筏式平台及棚架式平台为主。如采用铁驳船作为钻探平台，会受到运输 困难，拼装复杂的影响，且只适合水深大于1.00m以上的水域中钻探，专项费用开支大；采 用油桶搭建的平台，虽然能满足浅水区域的作业，但牢固较差，且锈蚀较严重，重复利用率 低，平台的浮力和承载能力容易受油桶密封性不好而产生渗水导致下降的因素影响，安全 保障性能差，油桶平台的成本较大；排筏式平台的浮力和承载能力存在因自身材料受水泡 浸而产生下降的因素影响，加上体积过大、移动困难，在同等流速的条件下，固定较困难；棚 架式水上钻探作业平台一般只适合于河水靠近岸边且水浅(一般水深不宜超过2. 5m)、水 流速较小的区域进行钻探。上述平台除棚架式平台外，其它形式的平台的最大问题是，极易 受钻进作业场地的潮汐、水位变化影响；水位一旦变化，钻进就要停滞，工作效率就要大打 折扣，安全风险也无法解决。为了加快在浅水区域及部分深水区域、冰上等水上钻探的工作效率，提高其经济 效益及安全可靠性，选择一种更能适合在浅海潮汐区域、江河浅水区域的水上、冰上钻探工 作平台，显得十分重要。
发明内容
本发明的目的，即在于克服现有技术的不足，提供一种不易受潮汐、水位变化影响 的水上钻探泡沫平台。本发明水上钻探泡沫平台，包括有用于安放设备的机台板、若干根平台支腿、贯穿 于平台的钻进作业预留孔；其特别之处在于，所述机台板的下方，固定连接有至少一块方块 状泡沫浮体；所述泡沫浮体置于钢框架内；所述机台板可直接或间接地固定在所述钢框架 上，优选地，所述钢框架的上表面铺设固定有若干根纵向和/或横向型钢，该若干根纵向和 /或横向型钢形成的平面上有若干根方木与所述横向和/或纵向型钢固定连接，所述机台 板固定在所述方木上。所述钢框架，可用若干根水平向连接型钢和竖向连接型钢在工作现 场所在的水流岸边通过连接紧固件组合拼装而成。置于钢框架内的泡沫浮体，可以是整块的泡沫浮体，也可以是由若干块泡沫浮体组合而成的组合泡沫浮体。作为对上述方案的的改进，根据作业荷载、工作平面的需求，上述平台还可采用组 合式结构，根据水上具体情况由若干个所述放置有泡沫浮体的钢框架组合而成相邻的钢 框架间通过可移除的连接件紧固相连，所形成的组合体的上平面固定有型钢和/或方木； 所述机台板直接或间接地铺设固定于所述型钢和/或方木上。为在钻探工作中避免受潮汐、水位变化影响，本发明水上钻探泡沫平台还包括有 平台支撑系统和液压升降系统；所述液压升降系统，包括有液压升降油缸及其液压升降杆， 和，配套的液压动力及操作控制系统；所述平台支撑系统，包括若干根所述平台支腿，及，与 各支腿配套的支腿起拔连接管和支腿平台连接管，其具体结构为在所述钢框架的外周固 定有若干根(优选为4根)支腿平台连接管；所述各支腿，置于对应的支腿平台连接管内； 所述各支腿的上部，还穿套入一根支腿起拔连接管，该支腿起拔连接管位于对应支腿平台 连接管的上部；同时，所述各支腿的外表面的垂直方向上，固定有若干个卡块，其大小以其 设置于支腿的外表面后所述各支腿仍能活动穿过对应的支腿平台连接管及支腿起拔连接 管为宜；在各支腿平台连接管旁，各设有一个所述液压升降油缸；各液压升降油缸通过其 底座固定于平台上，各液压升降油缸的液压升降杆与相应的各支腿平台连接管平行，并且， 各液压升降杆的上部通过铰接件与套在所述支腿外的支腿起拔连接管联接；所述各支腿， 配置有至少2个支腿限位垫叉；这两个垫叉分别用于在平台升降过程中的不同阶段固定支 腿起拔连接管与支腿、支腿平台连接管与支腿间的相对位置垫叉卡在支腿上时，可避免该 支腿沿其支腿起拔连接管和/或支腿平台连接管中移动。所述支腿限位垫叉的夹持部分的 尺寸，大于对应支腿的外径，而小于支腿卡块外表面距支腿横截面中心的距离。所述支腿限 位垫叉也可设计为可合并及张开的半圆分体活动式结构支腿限位垫叉合并则可以卡在支 腿上的卡块上，支腿限位垫叉张开则可允许支腿延各支腿起拔连接管及各支腿平台连接管 中移动。作为对上述水上钻探泡沫平台的再进一步改进，以提高整个钻探平台的承载力和 稳定性，在贯穿于平台的钻进作业预留孔处，当在平台上进行钻进作业时还设置有一根沿 该预留孔向下打入水底地层中的孔口支撑套管，其直径大于钻机钻具直径；该孔口支撑套 管由固定夹紧装置固定于平台上。该支撑套管是在平台由外周N根支腿支撑并实现起升后 开始进行水上钻探时所打入地层的第一层套管(亦称为孔口管)，可作为平台的第N+1根 支撑支腿。该套管一般采用厚壁套管，在被打入水下地层到位后，用固定夹紧装置(例如支 撑套管固定夹)把支撑套管和平台连接固定，以起到辅助支撑平台的作用。这样，平台支撑 由通常采用的N根支腿支撑转变成N+1根支腿支撑结构，平台的支撑体系转变成承载力更 高、稳定性更好的超静定结构。因为钻机自重是平台承担的主要集中荷载，当仅有平台周边 N根支腿支撑时，容易在平台主梁上产生很大的竖向弯矩，会降低平台的承载能力；而当钻 孔处打入的孔口管作为第N+1根支腿后，钻机自重荷载主要被此支腿支撑，从而从根本上 改变了常见的N腿支撑平台的承载受力分布模式，增加了支撑平台的竖向承载能力和稳定 性。同时，也可提高平台承受水平荷载时的稳定性。本发明水上钻探泡沫平台的所述支腿底部，还可连接有管靴。根据地层不同，所述 管靴，为下小上大的尖形锥体，或者，为底面带有尖齿的圆盘或圆柱体，或者，为带有一个或 多个纵向通孔的密封空心箱体。其中，前两种主要适用于硬地层(如岩石地层、漂卵石地层、风化岩地层、礁石等)，这样就可以使管靴牢固地支撑在坚硬的地层上；后一种属于浮 体结构式管靴结构，适用于水底为淤泥、泥砂等软弱地层。浮体结构式管靴的突出特点是， 通过加大密封空心箱体底面积及体积并把管靴设计成密封浮体结构，可分散管靴底部对水 底地层压力，从而减小管靴压入地层的深度，而密封浮体结构上的纵向通孔设计，使得管靴 起拔时管靴底部与地层的吸力减小，使管靴容易起拔。本发明水上钻探泡沫平台所用泡沫浮体，可选用聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或硅 胶树脂等高强度泡沫材料，优选采用密度为19. 2 32kg/m3的可发性聚苯乙烯。本发明水上钻探泡沫平台，还可设置有安全护栏；所述安全护栏通过若干根竖向 固定件紧固于所述钢框架的外周上。本发明水上钻探泡沫平台的安装本水上钻探泡沫平台是一个可在水流岸边上快速组合拼装的水上钻探平台装置。 水上钻探工作前，首先在靠近作业地点的水流岸边选择一个稍平整的、陆地与水边有一定 面积、水深适合在岸边进行平台组装的场地；然后，把平台组件运输到场地，开始拼装。拼装 的主要工序如下(1)泡沫钢框架组合分体的组装一般情况下采用4个组合分体，每一个组合分体 由型钢框架及4块高强度泡沫浮体组成；4个组合分体在靠近水边的岸边完成组装；(2)组合体的组装把4个已经拼装好的分体放入靠近岸边的水中，然后用型钢 (横向、纵向)把四个分体组合连接在一起；(3)安装液压油缸底座及支腿平台连接管；(4)连接横向加强型钢及横方木等用横向型钢连接型钢框架，型钢上连接横方 木，安装平台安全围栏，平台上铺设机台板；(5)安装平台液压升降系统搬运液压升降系统的设备到平台指定位置，搬运支 腿、钻机及其配件工具到平台上的指定位置；(6)用拖船托运平台到钻孔位置，临时固定平台；(7)安装支腿到支腿平台连接管中，连接支腿管靴，下放支腿到达水底，使管靴落 到水底地层。(8)利用平台液压升降系统起升泡沫平台到设计高度。本发明水上钻探泡沫平台的平台升降控制原理及过程平台升降控制时，可采用上、下两个垫叉，启用时分别卡置在支腿平台连接管、支 腿起拔连接管的上部的支腿上。平台起升时，操纵液压系统使连接于支腿的油缸液压升降 杆动作(此时，上垫叉卡紧支腿，下垫叉松开支腿)，油缸液压升降杆带动平台以支腿支撑 于水底的底端提供反力，起升平台，使平台沿支腿向上升起；由于油缸行程往往小于平台升 降高度，在油缸液压升降杆一次行程到位后，卡紧下垫叉，使平台通过下垫叉、支腿及支腿 平台连接管支撑于水底之上，这时松开上垫叉，操纵油缸活塞，使液压升降杆沿支腿上升； 当油缸行程到位后，锁紧上垫叉，松开下垫叉，进行下一次平台起升动作。平台的各个油缸 可同时升降，也可分别操作升降。平台升降过程中，注意平台的平衡，直到整个平台起升到 离开水面的设计位置。此时固定平台与支腿(下垫叉锁紧)，完成起升工序，接下来可以在 平台上进行正常钻探作业。钻探作业结束后，按照与上述动作相反的流程使平台下降到水面上，依靠平台泡沫浮体提供的浮力浮于水上，利用液压升降系统起拔支腿，之后用拖船托运平台到下一个 作业地点进行工作。此液压系统中的各个油缸，如上所述，既可以实现平台升降；改变油缸底座连接位 置后，又可实现支腿的立起、放下。相对现有技术，本发明水上钻探泡沫平台具有如下特点(1)利用升降及支撑装置可使平台主体在升离水面一定高度的状态下工作，它不 受潮汐、水位变化影响。(2)平台组装材料轻便，组合式拼装简便，可在岸上组装；(3)高强度泡沫块体的吸水性差，可长期泡在水中不降低其浮力；(4)平台不会因渗漏积水问题而影响平台的承载安全性能；(5)不会因被锐器刺破或碰损某一部位造成承载能力发生明显变化；(6)抗海水腐蚀性较强，可多次重复利用；(7)材料价格低，运输成本也低；(8)本平台相比其它的船体式、沉塔式等平台，自重量较轻，吃水浅，平台整体移动 较容易。(9)平台组件简单轻便，便于交通道路条件较差的运输。平台的组装不需要吊车等 大型起吊设备，组装方便、快捷。(10)平台装置组装迅速，与油桶平台、棚架平台相比可节省3-5倍的时间，一般材 料运到位后2-4小时内基本组装完成。(11)平台升降迅速，一般可在30-40分钟内完成。平台升起后变成有支撑的固定 式水上钻探平台，工作稳定，工人的劳动条件改善，钻探效率高。本水上钻探泡沫平台装置结构简单，连接牢固，适宜在浅水区域及受潮汐、水位变 化影响的近海等区域作为水上钻探工作的平台使用。该平台装置与常用的构架式、船式、油 桶式、排筏式及升降船体式等工作平台比较，泡沫平台优点突出，满足了近海、江河浅水等 受水位升降影响区域的钻探工作使用要求，提高了水上钻探的工作效率和经济效益。
图1是本发明水上钻探泡沫平台的一个实施例的结构原理示意图。图2是本发明水上钻探泡沫平台的一个实施例的结构示意图(俯视图)。图3是本发明水上钻探泡沫平台的升降原理示意图。图4是支撑管靴结构示意图。附图标记说明1-泡沫浮体 2-水平向连接型钢 3-竖向连接型钢 4-钢框架5-连接紧固件 6-平台纵向型钢 7-方木 8-机台板 9_安全护栏10-护栏竖向固定件 11-平台支腿 12-支腿平台连接管 13-液压动力 及操作控制系统14-管靴 15-孔口支撑套管 16-卡块 17-钻机钻具 18-支腿起拔
连接管19-支腿限位上垫叉 20-支腿限位下垫叉 21-液压升降杆 22-铰接件
23-液压升降油缸 24-液压升降油缸底座 25-固定夹紧装置I、II JILIV -钢框架组合分体
具体实施例方式以下结合附图对本发明水上钻探泡沫平台作进一步地说明图1、图2所示是本发明水上钻探泡沫平台的一个实施例的结构原理示意图。该 实施例中的本发明水上钻探泡沫平台，由四个放置有泡沫浮体1的钢框架组合分体I、II、 III、IV组合形成整体泡沫平台。其中的钢框架4，用若干根水平向连接型钢2和竖向连接型 钢3通过连接紧固件组合拼装而成。相邻的钢框架间通过可移除的连接件5紧固相连，所 形成的组合体的上平面固定有若干根平台纵向型钢6 ；该若干根纵向型钢6所形成的平面 上，与该若干根纵向型钢6方向相垂直地，固定有若干根方木7 ；机台板8直接铺设固定于 所述方木7上。钢管9、10用于组成泡沫平台水上钻探施工时的安全防护围栏。所述泡沫 浮体可采用密度为19. 2 32kg/m3的可发性聚苯乙烯，可以是整块的泡沫浮体，也可以是 由若干块泡沫浮体组合而成的组合泡沫浮体。图1、图2所示的水上钻探泡沫平台具有平台升降功能，由其平台支撑系统和液压 升降系统实现；图3是其升降原理示意图。所述平台液压升降系统，包括有液压升降油缸 23及其液压升降杆21，和，配套的液压动力及操作控制系统13 ；所述平台支撑系统，包括若 干根平台支腿11，及，与各支腿11配套的支腿起拔连接管18和支腿平台连接管12，其具体 结构为在所述钢框架4外周上(优选在其与平台纵向型钢6连接处)固定有若干根支腿 平台连接管12 (参见图1)；各支腿11置于对应的支腿平台连接管12内；所述各支腿11的 位于其对应的支腿平台连接管12的上部，还穿套入一根支腿起拔连接管18 (参见图3)；同 时，所述各支腿11的外表面的垂直方向上，固定有若干个卡块16，其大小以其设置于支腿 11的外表面后所述各支腿11仍能活动穿过对应的支腿平台连接管12及支腿起拔连接管 18为宜；参见图3，在各支腿平台连接管12旁，各设有一个所述液压升降油缸23 ；各液压升 降油缸23通过其底座M固定于平台上，各液压升降油缸23的液压升降杆21与相应的各 支腿平台连接管12平行，并且，各液压升降杆21的上部通过铰接件22与套在所述支腿11 外的支腿起拔连接管18联接；本实施例平台还配有支腿限位上、下两个垫叉19和20，启用时支腿限位垫叉19和 20可分别卡置在支腿平台连接管12、支腿起拔连接管18的上部的支腿卡块16上。如图1、图2，为提高整个钻探平台的承载力和稳定性，在贯穿于平台的钻进作业 预留孔处，当在平台上进行钻进作业时，先沿预留孔向下打入水底地层中一根孔口支撑套 管15，其直径大于钻机钻具17的直径；该孔口支撑套管15由固定夹紧装置25固定于平台 上。该支撑套管15是在平台由外周N根支腿11支撑并实现支撑到位后，钻机在进行水上 钻探时打入地层的第一层套管，可作为平台的第N+1根支撑支腿。。该套管被打设到位后， 平台上的钻机即可在套管内下钻，开始钻进。因此，孔口支撑套管这个孔口保护装置同时又 是平台支撑装置，同一装置身兼两种作用。这一特点有别于国内其他所有平台的支撑装置 和支撑机理。如图4所示，本水上钻探泡沫平台的所述支腿底部，还可连接有管靴14。根据地层不同，所述管靴14，为下小上大的尖形锥体，或者，为底面带有尖齿的圆盘或圆柱体(见 图如)，或者，为带有一个或多个纵向通孔的密封空心箱体(见图4b、4c。图如是图4b的 俯视图。)。其中，前两种主要适用于硬地层(如岩石地层、漂卵石地层、风化岩地层、礁石 等)，这样就可以使管靴牢固地支撑在坚硬的地层上；后一种属于浮体结构式管靴结构，适 用于水底为淤泥、泥砂等软弱地层。 本平台上所采用的液压动力及操作控制系统，可采用现有技术，一般包括有动力 机、油泵、操纵阀、油箱、管路等，在此不再展开详述。
权利要求
1.水上钻探泡沫平台，包括有用于安放设备的机台板、若干根平台支腿、贯穿于平台的 钻进作业预留孔；其特征在于，所述机台板的下方，固定连接有至少一块方块状泡沫浮体； 所述泡沫浮体置于钢框架内；所述机台板直接或间接地固定在所述钢框架上。
2.根据权利要求1所述的水上钻探泡沫平台，其特征在于，包括有平台支撑系统和液 压升降系统；所述液压升降系统，包括有液压升降油缸及其液压升降杆，和，配套的液压动力及操作 控制系统；所述平台支撑系统，包括若干根所述平台支腿，及，与各支腿配套的支腿起拔连接管和 支腿平台连接管，其具体结构为在所述钢框架的外周固定有若干根支腿平台连接管；所 述各支腿，置于对应的支腿平台连接管内；所述各支腿的位于其对应的支腿平台连接管的 上部，还穿套入一根支腿起拔连接管；同时，所述各支腿的外表面的垂直方向上，固定有若 干个卡块，其大小以其设置于支腿的外表面后所述各支腿仍能活动穿过对应的支腿平台连 接管及支腿起拔连接管为宜；在各支腿平台连接管旁，各设有一个所述液压升降油缸；各液压升降油缸通过其底座 固定于平台上，各液压升降油缸的液压升降杆与相应的各支腿平台连接管平行，并且，各液 压升降杆的上部通过铰接件与套在所述支腿外的支腿起拔连接管联接；所述各支腿，配置有至少2个支腿限位垫叉；所述支腿限位垫叉的夹持部分的尺寸，大 于对应支腿的外径，而小于支腿卡块外表面距支腿横截面中心的距离。
3.根据权利要求2所述的水上钻探泡沫平台，其特征在于在贯穿于平台的钻进作业 预留孔处，当在平台上进行钻进作业时还设置有一根沿该预留孔向下打入水底地层中的孔 口支撑套管，其直径大于钻机钻具直径；该孔口支撑套管由固定夹紧装置固定于平台上。
4.根据权利要求1至3之一所述的水上钻探泡沫平台，其特征在于，所述各支腿下部还 连接有管靴；所述管靴，为下小上大的尖形锥体，或者，为底面带有尖齿的圆盘或圆柱体，或 者，为带有一个或多个纵向通孔的密封空心箱体。
5.根据权利要求1至3之一所述的水上钻探泡沫平台，其特征在于所述泡沫浮体采 用密度为19. 2 32kg/m3的可发性聚苯乙烯。
6.根据权利要求4所述的水上钻探泡沫平台，其特征在于所述泡沫浮体采用密度为 19. 2 32kg/m3的可发性聚苯乙烯。
7.根据权利要求1至3之一所述的水上钻探泡沫平台，其特征在于所述放置有泡沫 浮体的钢框架有若干个；相邻的钢框架间通过可移除的连接件紧固相连，所形成的组合体 的上平面固定有型钢和/或方木；所述机台板直接或间接地铺设固定于所述型钢和/或方 木上。
8.根据权利要求4所述的水上钻探泡沫平台，其特征在于所述放置有泡沫浮体的钢 框架有若干个；相邻的钢框架间通过可移除的连接件紧固相连，所形成的组合体的上平面 固定有型钢或方木；所述机台板铺设固定于所述型钢或方木上。
9.根据权利要求1至3之一所述的水上钻探泡沫平台，其特征在于还包括有安全护 栏；所述安全护栏通过若干根竖向固定件紧固于所述钢框架的外周上。
10.根据权利要求4所述的水上钻探泡沫平台，其特征在于还包括有安全护栏；所述 安全护栏通过若干根竖向固定件紧固于所述钢框架的外周上。
全文摘要
本发明公开了一种水上钻探泡沫平台，包括有用于安放设备的机台板、用于支撑本平台的支腿、钻进作业预留孔，及，平台液压升降系统；所述机台板的下方，固定连接有至少一块方块状泡沫浮体；所述泡沫浮体置于钢框架内；所述机台板直接或间接地固定在所述钢框架上。本水上钻探泡沫平台装置结构简单、连接牢固，可实现快速拼装，不受潮汐及水位变化影响，适宜在浅水区域及近海等区域作为水上钻探工作的平台使用。该平台装置与常用的构架式、船式、油桶式、排筏式及升降船体式等工作平台比较，优点突出，可满足近海、江河浅水等受水位升降影响区域的钻探工作使用要求，并提高水上钻探的工作效率和经济效益。
文档编号E02D5/72GK102116017SQ20111000062
公开日2011年7月6日 申请日期2011年1月4日 优先权日2011年1月4日
发明者杨国春, 梁雪芬, 阮文军, 黄漱棣 申请人:广西安科岩土工程有限责任公司, 广西电力工业勘察设计研究院