CN102839640A - 自升式钻井平台锁紧机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自升式钻井平台锁紧机构，包括桩腿齿条和对称布置在桩腿齿条两侧的两套锁紧机构，所述自升式钻井平台内设有一刚性框架，桩腿齿条竖直贯穿刚性框架，每套锁紧机构包括一个齿块、一个上千斤顶、一个下千斤顶、两个水平千斤顶、一个水平油缸和一个倾斜油缸，上、下千斤顶竖直固定在刚性框架内并分别位于齿块的上、下两侧；两个水平千斤顶水平固定在刚性框架内并位于齿块的后方；水平油缸位于两个水平千斤顶之间，水平油缸的一端与所述齿块相铰接，另一端与刚性框架相铰接；倾斜油缸的一端与齿块相铰接，另一端与刚性框架相铰接，且倾斜油缸的轴线与竖直方向的夹角为锐角。本发明操纵更加简单、方便，安全性高。

Description

自升式钻井平台锁紧机构

技术领域

本发明涉及自升式钻井平台，具体涉及一种用于对自升式钻井平台的桩腿进行锁定的锁紧机构。

背景技术

随着人类对油气资源开发利用的深化，油气勘探开发从陆地转入海洋。因此，钻井工程作业也必须在浩瀚的海洋中进行。在海上进行油气钻井施工时，几百吨重的钻机要有足够的支撑和放置的空间，同时还要有钻井人员生活居住的地方，海上石油钻井平台就担负起了这一重任。由于海上气候的多变、海上风浪和海底暗流的破坏，海上钻井装置的稳定性和安全性更显重要。

海上钻井平台（drilling platform）是主要用于钻探井的海上结构物。平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段。海上钻井平台主要分为移动式平台和固定式平台两大类，其中，固定式平台又可分为：导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台等。固定式钻井平台大都建在浅水中，它是借助导管架固定在海底而高出海面不再移动的装置，平台上面铺设甲板用于放置钻井设备。支撑固定平台的桩腿是直接打入海底的，所以，固定式钻井平台的稳定性好，但因平台不能移动，故钻井的成本较高。

为解决平台的移动性和深海钻井问题，又出现了多种移动式钻井平台，主要包括：坐底式钻井平台、自升式钻井平台、钻井浮船、半潜式钻井平台、张力腿式平台、牵索塔式平台等。

自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组成，平台能沿桩腿升降，一般无自航能力。工作时桩腿下放插入海底，平台被抬起到离开海面的安全工作高度，并对桩腿进行预压，以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。完井后平台降到海面，拔出桩腿并全部提起，整个平台浮于海面，由拖轮拖到新的井位。1953年美国建成第一座自升式平台，这种平台对水深适应性强，工作稳定性良好，发展较快，约占移动式钻井装置总数的1/2。中国自行制造的自升式钻井平台“渤海一号”平台的四根桩腿是由圆形的钢管做成的，桩腿的高度有七十多米，升降装置是插销式液压控制机构。该型钻井平台造价较低、运移性好、对海底地形的适应性强，因而，中国海上钻井多使用自升式钻井平台。

在自升式钻井平台到达工作地点后，平台由升降系统提升到气隙高度，需要将平台固定，保证平台能够在安全的高度平稳地进行钻完井作业，此时，自升式钻井平台锁紧机构开始发挥作用，它的主要作用就是将平台固定在桩腿上，并且将平台的各种载荷通过锁紧机构传递给桩腿。

中国实用新型专利200920211771.X公开了一种自升式工程平台锁紧装置，包括一与工程平台的桩腿齿条相啮合的齿块，该工程平台锁紧装置还包括复位油缸、插销油缸、上蜗轮蜗杆顶升器、下蜗轮蜗杆顶升器和两个侧蜗轮蜗杆顶升器，所述复位油缸和所述两个侧蜗轮蜗杆顶升器均设置在所述齿块背对于所述桩腿齿条的背面侧，用于驱动所述齿块沿水平方向移动；复位油缸的活塞杆与所述齿块相连；所述上蜗轮蜗杆顶升器和所述下蜗轮蜗杆顶升器分别位于齿块的上方和下方，用于驱动齿块沿垂直方向移动；所述插销油缸设置在所述齿块的侧面，用于阻止所述齿块向所述桩腿齿条方向倾斜转动，该插销油缸设有一插销。在锁紧时，首先要保证齿块与桩腿齿条的齿型对准，使它们能够顺利啮合。该锁紧装置是通过上、下蜗轮蜗杆顶升器的推动使齿块与桩腿齿条对准的，但这样至少存在以下问题：第一、齿块与桩腿齿条对准后，上、下蜗轮蜗杆顶升器对齿块形成夹紧状态，随后用复位油缸推动齿块平移与桩腿齿条啮合时会比较困难；第二、由于齿块在对准时与啮合时的水平位置是不同的，在这两种状态下，上、下蜗轮蜗杆顶升器都需要夹紧齿块，要兼顾齿块的不同位置，这给上、下蜗轮蜗杆顶升器的布置造成困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种结构更加合理、操纵更方便的自升式钻井平台锁紧机构，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种自升式钻井平台锁紧机构，包括桩腿齿条和对称布置在桩腿齿条两侧的两套锁紧机构，所述自升式钻井平台内设有一刚性框架，桩腿齿条竖直贯穿所述刚性框架，每套锁紧机构包括一个齿块、一个上千斤顶、一个下千斤顶、两个水平千斤顶、一个水平油缸和一个倾斜油缸，所述上千斤顶和下千斤顶竖直固定在刚性框架内并分别位于所述齿块的上、下方；所述两个水平千斤顶水平固定在刚性框架内并位于所述齿块的后方；所述水平油缸位于两个水平千斤顶之间，水平油缸的一端与所述齿块相铰接，另一端与刚性框架相铰接；所述倾斜油缸位于上千斤顶和水平千斤顶之间，倾斜油缸的一端与所述齿块相铰接，另一端与刚性框架相铰接，且倾斜油缸的轴线与竖直方向的夹角为锐角。

优选地，所述齿块的前面设有锁紧齿条，齿块的上表面、下表面和背面均为平面，且所述背面与上表面、下表面相垂直。

优选地，所述上千斤顶、下千斤顶和水平千斤顶均为自锁式液压千斤顶。

优选地，所述刚性框架内还安装一摄像头。

优选地，所述刚性框架为矩形框架。

优选地，所述刚性框架上设有供所述桩腿齿条竖直贯穿的通孔，所述上千斤顶和下千斤顶安装在紧靠所述通孔边缘的位置。

优选地，当齿块与桩腿齿条啮合时，所述倾斜油缸的轴线与竖直方向的夹角为45°。

优选地，还包括液压控制系统，所述上千斤顶、下千斤顶、水平千斤顶、水平油缸和倾斜油缸均与液压控制系统相连接。

本发明的自升式钻井平台锁紧机构，在齿块与桩腿齿条的对准和啮合动作过程中，仅需要水平油缸和倾斜油缸配合即可完成。各个千斤顶只是在齿块与桩腿齿条啮合后起到夹紧作用，不需要参与齿块与桩腿齿条的对准和啮合过程。因此，与现有技术相比，本发明锁紧机构操纵更加简单、方便，安全性高，在齿块与桩腿齿条的对准和啮合过程中，各个千斤顶均处于收缩状态，不会对齿块的移动造成阻碍，因此对准更加容易；上、下千斤顶伸出时，齿块是固定不动的（啮合状态），这给上、下千斤顶的布置带来了方便，只要将上、下千斤顶安装在紧靠桩腿齿条的位置即可，无需兼顾齿块的不同位置。利用本发明锁紧机构，可以使钻井平台固定在桩腿上，并且将平台的各种载荷通过锁紧机构传递给桩腿，能够实现钻井平台在水面以上一定距离固定，使钻井平台在钻井作业时不会受到海洋风浪的影响，大大提升了自升式钻井平台的作业功能。

附图说明

图1为本发明自升式钻井平台锁紧机构在松开状态的示意图。

图2为本发明中齿块的示意图。

图3为本发明自升式钻井平台锁紧机构的控制原理示意图。

图4为齿块与桩腿齿条对准时的状态示意图。

图5为齿块与桩腿齿条啮合时的状态示意图。

图6为水平夹紧后的状态示意图。

图7为竖直夹紧后的状态示意图。

图中：1、锁紧机构        2、桩腿齿条3、刚性框架

10、齿块           11、上千斤顶12、倾斜油缸

13、水平千斤顶     14、水平油缸         15、摄像头

16、下千斤顶       30、通孔101、锁紧齿条

102、上表面        103、背面104、下表面

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，本领域技术人员由此可以更清楚地了解本发明的其他优点及功效。

需要说明的是，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，仅用以配合具体实施方式，供本领域技术人员更清楚地了解本发明的构思，并非用以限制本发明的保护范围。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明的功效及目的达成的情况下，均应仍落在本发明的保护范围之内。为了便于描述，各部件的相对位置关系是根据说明书附图的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是根据说明书附图的布图方向来确定的。

如图1所示，本发明自升式钻井平台锁紧机构包括桩腿齿条2，在自升式钻井平台内设有一刚性框架3，刚性框架3优选为矩形框架，刚性框架3上设有供桩腿齿条2竖直贯穿的通孔30。在桩腿齿条2的两侧对称地布置两套锁紧机构1，每套锁紧机构包括一个齿块10、一个上千斤顶11、一个下千斤顶16、两个水平千斤顶13、一个水平油缸14和一个倾斜油缸12。

其中，上千斤顶11和下千斤顶16竖直相对地固定在刚性框架3内，并分别位于齿块10的上方和下方。

两个水平千斤顶13水平固定在刚性框架3内并位于所述齿块10的后方。

水平油缸14位于两个水平千斤顶13之间，水平油缸14的前端与所述齿块10相铰接，后端与刚性框架3相铰接，刚性框架3内可以设置油缸安装支座用以与水平油缸14的后端相铰接。

倾斜油缸12位于上千斤顶11和水平千斤顶13之间，倾斜油缸12的下端也与所述齿块10相铰接，上端与刚性框架3相铰接，且倾斜油缸12的轴线与竖直方向的夹角α为锐角。

优选地，在刚性框架3内还安装一摄像头15。

如图2所示，齿块10大致是一个矩形块，在齿块10的前面设有锁紧齿条101，齿块10的上表面102、下表面104和背面103均为平面，且背面103与上表面102、下表面104相垂直。

在本发明的优选实施例中，所述上千斤顶11、下千斤顶16和水平千斤13顶均为自锁式液压千斤顶。

如图3所示，本发明可以包括一液压控制系统，所述上、下千斤顶、水平千斤顶、水平油缸和倾斜油缸均与液压控制系统相连接，液压控制系统与液压站和监控系统相连接，刚性框架内的摄像头也与监控系统相连接。

下面结合图4-图7，说明本发明自升式钻井平台锁紧机构的锁紧过程。

如图4所示，在松开状态下，液压控制系统控制倾斜油缸12动作，调整齿块10的上下位置，使齿块10与桩腿齿条2的齿牙交错对准。这可以根据摄像头15采集的实时图像进行判断，并及时调整倾斜油缸12的角度。

如图5所示，当齿块10与桩腿齿条2的齿牙对准后，水平油缸14推动齿块10与桩腿齿条2啮合。此时，倾斜油缸12的轴线与竖直方向的夹角优选为45°。

如图6所示，当齿块10与桩腿齿条2啮合后，水平千斤顶13先伸出，顶在齿块10的背面上，沿水平方向将齿块10与桩腿齿条2夹紧，不会因为受到平台的载荷而脱开。

如图7所示，最后，上、下千斤顶11、16伸出，正好顶在啮合状态下齿块10的上表面和下表面上，将齿块10沿竖直方向夹紧，起到支撑固定的作用。因此，上千斤顶11和下千斤顶16最好安装在紧靠通孔30边缘的位置，也就是与桩腿齿条2啮合时的齿块10的正上方和正下方。这样就完成了钻井平台和桩腿的锁紧，钻井平台与桩腿固结为一体。

当需要使钻井平台相对于桩腿上下运动时，先松开本发明的锁紧机构。松开时，各个千斤顶先缩回，然后水平油缸14和倾斜油缸12收缩，将齿块10向后拉，与桩腿齿条2脱离。

Claims (8)

1.一种自升式钻井平台锁紧机构，包括桩腿齿条（2）和对称布置在桩腿齿条（2）两侧的两套锁紧机构（1），其特征是，所述自升式钻井平台内设有一刚性框架（3），桩腿齿条（2）竖直贯穿所述刚性框架（3），每套锁紧机构（1）包括一个齿块（10）、一个上千斤顶（11）、一个下千斤顶（16）、两个水平千斤顶（13）、一个水平油缸（14）和一个倾斜油缸（12），所述上千斤顶（11）和下千斤顶（16）竖直固定在刚性框架（3）内并分别位于所述齿块（10）的上、下方；所述两个水平千斤顶（13）水平固定在刚性框架（3）内并位于所述齿块（10）的后方；所述水平油缸（14）位于两个水平千斤顶（13）之间，水平油缸（14）的一端与所述齿块（10）相铰接，另一端与刚性框架（3）相铰接；所述倾斜油缸（12）位于上千斤顶（11）和水平千斤顶（13）之间，倾斜油缸（12）的一端与所述齿块（10）相铰接，另一端与刚性框架（3）相铰接，且倾斜油缸（12）的轴线与竖直方向的夹角为锐角。

2.根据权利要求1所述的自升式钻井平台锁紧机构，其特征是，所述齿块（10）的前面设有锁紧齿条（101），齿块（10）的上表面（102）、下表面（104）和背面（103）均为平面，且所述背面（103）与上表面（102）、下表面（104）相垂直。

3.根据权利要求1所述的自升式钻井平台锁紧机构，其特征是，所述上千斤顶（11）、下千斤顶（16）和水平千斤顶（13）均为自锁式液压千斤顶。

4.根据权利要求1所述的自升式钻井平台锁紧机构，其特征是，所述刚性框架（3）内还安装一摄像头（15）。

5.根据权利要求1所述的自升式钻井平台锁紧机构，其特征是，所述刚性框架（3）为矩形框架。

6.根据权利要求1所述的自升式钻井平台锁紧机构，其特征是，所述刚性框架（3）上设有供所述桩腿齿条（2）竖直贯穿的通孔（30），所述上千斤顶（11）和下千斤顶（16）安装在紧靠所述通孔（30）边缘的位置。

7.根据权利要求1所述的自升式钻井平台锁紧机构，其特征是，当齿块（10）与桩腿齿条（2）啮合时，所述倾斜油缸（12）的轴线与竖直方向的夹角为45°。

8.根据权利要求1所述的自升式钻井平台锁紧机构，其特征是，还包括液压控制系统，所述上千斤顶（11）、下千斤顶（16）、水平千斤顶（13）、水平油缸（14）和倾斜油缸（12）均与液压控制系统相连接。

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