CN103924566B - 一种单桩腿自升式钻井平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单桩腿自升式钻井平台，包括平台本体，所述平台本体上仅设置一根桩腿，所述桩腿的底部连接设置有桩靴，所述桩腿与所述主船体之间传动连接，所述主船体及其所承载的所有物品的总体重心位于所述桩腿内。本发明中的桩腿仅为一个，因此可以降低桩腿重量，从而可以降低本发明的总体重量，并且在作业和拖航过程中受力小，桩腿数量的减少也减少了对主船体空间的占用，从而使主甲板可用面积大大增加。

Description

一种单桩腿自升式钻井平台

技术领域

本发明涉及钻井平台，尤其与适应深水作业的单桩腿自升式钻井平台的结构有关。

背景技术

单桩腿自升式钻井平台又称桩腿式平台。这种石油钻井装置在浮在水面的平台上装载钻井机械、动力设备、消耗器材、居住设备以及若干可升降的桩腿，钻井时桩腿着底，平台则沿桩腿升离海面一定高度；移位时平台降至水面，桩腿升起，可由拖轮把它拖移到新的井位。自升式平台的优点主要是所需钢材少、造价低，在各种海况下都能平稳地进行钻井作业。

目前，自升式平台的平台形状有三角形平台(具有三根桩腿)、矩形平台(具有四根桩腿)和五角形平台(具有五根桩腿)等。自升式平台的缺点是桩腿长度有限，使它的工作水深受到限制，最大的工作水深约在120m左右。超过此水深，桩腿重量增加很快，同时拖航时桩腿升得很高，对平台稳性和桩腿强度都不利。如何减少平台在较深水域和环境恶劣的海况下工作时所受的力，减轻平台自重，增大主甲板可用面积，减少升降机构使用数量，节约建造成本，是业界丞待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种能够在深水环境中作业且受力小、自重小、主甲板可用面积大的单桩腿自升式钻井平台。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种单桩腿自升式钻井平台，包括平台本体，所述平台本体上仅设置一根桩腿，所述桩腿的底部连接设置有桩靴，所述桩腿与所述主船体之间传动连接，所述主船体及其所承载的所有物品的总体重心位于所述桩腿内。

进一步，所述桩腿为桁架结构。

进一步，所述桩腿的横截面外缘为矩形结构。

进一步，所述桩腿包括四根升降柱和连接所述升降柱的支撑架，每一所述升降柱均包括一齿条板和两半弦板，所述两半弦板对称设置，所述齿条板连接设置在所述两半弦板之间，所述支撑架包括外横撑杆、外斜撑杆、内斜撑杆和内直撑杆，每一所述外横撑杆的两端分别连接所述半弦板，每组外横撑杆为四根，相互连接组成一矩形结构，每组外横撑杆内连接四根内斜撑杆和两根内直撑杆，所述四根内斜撑杆中任一根的两端分别连接两相邻的所述外横撑杆的中点，所述两根内直撑杆中任一根的两端分别连接两相对的所述外横撑杆的中点，每两组外横撑杆之间交叉设置有外斜撑杆，每一所述外斜撑杆的两端分别连接所述半弦板和所述外横撑杆的中点。

进一步，所述桩靴的头部具有尖锥结构。

进一步，所述桩靴内设置有高压冲桩系统，所述高压冲桩系统由所述桩靴内向外冲射高压水。

进一步，所述高压冲桩系统包括冲桩管、喷射泵、吸入滤网、冲桩喷头、高压冲桩管汇、进水管、排水管和压缩空气管，所述冲桩管连通所述高压冲桩管汇和所述冲桩喷头，所述进水管和所述排水管连通所述喷射泵，所述压缩空气管通过所述吸入滤网连通所述喷射泵，所述喷射泵为所述高压冲桩管汇提供高压水。

进一步，所述冲桩喷头为十字型结构。

进一步，所述桩腿与所述桩靴之间通过四组连接装置相互连接，所述四组连接装置沿所述桩腿和桩靴的周向均布。

进一步，所述连接装置包括连为一体的连接腹板、连接面板和端部立板，所述连接腹板穿过所述桩靴的上盖板并与所述桩靴的底板垂直连接，所述连接面板水平连接所述腹板的顶部，并与所述连接腹板相互垂直，所述端部立板垂直设置在所述桩靴的上盖板上，并连接设置在所述连接腹板和连接面板的外侧。

本发明的有益效果在于，本发明中的桩腿仅为一个，因此可以降低桩腿重量，从而可以降低本发明的总体重量，并且在作业和拖航过程中受力小，桩腿数量的减少也减少了对主船体空间的占用，从而使主甲板可用面积大大增加，而且一个桩腿穿过主船体，与主船体传动连接，不但能够保证支撑作用，而且可以延伸长度，以满足深水作业的需要。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的单桩腿自升式钻井平台主视结构示意图；

图2为本发明的单桩腿自升式钻井平台中桩腿与桩靴连接结构示意图；

图3为本发明的单桩腿自升式钻井平台中桩腿结构示意图；

图4为图3中A向结构示意图；

图5为图2中F部放大结构示意图；

图6为图5中B向结构示意图；

图7为图3中G部放大结构示意图；

图8为图3中H部放大结构示意图；

图9为图3中I部放大结构示意图；

图10为图9中C向结构示意图；

图11为图10中J部放大结构示意图；

图12为桩靴结构示意图；

图13为桩腿、桩靴连接装置结构示意图；

图14为冲桩系统结构示意图；

图15为图14中K部放大结构示意图；

图16为图15中D向结构示意图；

图17为图16中E向结构示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

如图1和图3所示，本发明的单桩腿自升式钻井平台，包括主船体1、悬臂梁2、钻台3、井架4、桩腿5和桩靴6。其中，悬臂梁2一端安装在主船体1上，另一端悬空设置，钻台3安装在悬臂梁2的悬空端上，井架4安装在钻台3上，桩腿5数量为一个，上部穿过主船体1，下部安装桩靴6，桩腿5与主船体1之间传动连接。另外，为方便长期生活，主船体1上还设置有生活区7，为紧急情况下方便逃生设置有救生艇8，方便紧急联系还设置有停机坪9，以便于直升机起落。为使桩腿5能够起到稳定安全的支撑作用，主船体1及其所承载的所有物品的总体重心位于桩腿5内，最佳为位于桩腿5的中心线上。

如图2-图4所示，单桩腿自升式钻井平台是将矩形桩腿5垂直立于尖锥式桩靴6上，通过均布的4组连接装置10连接。如图12和图13所示，连接装置10由连接腹板101、连接面板102和端部立板103组成。连接腹板101穿过尖锥式桩靴6的上盖板，连接腹板的底部与桩靴底板62垂直，通过深熔焊焊接在一起。连接腹板101的顶部位于桩靴上盖板61之上，连接面板102水平放置于连接腹板101顶部，二者相垂直，并焊接在一起。端部立板103垂直站立在桩靴上盖板61上，位于连接腹板101和连接面板102的外侧，并与连接腹板101和连接面板102垂直焊接为一体。矩形桩腿5垂直坐立在4个连接面板102上，与连接装置10焊接在一起。

矩形桩腿5为桁架结构，横截面为正方形，4个侧面为长方形，每个侧面上有若干外横撑杆51上下均布，每2个外横撑杆51之间设4根外斜撑杆52，这4根外斜撑杆52构成一个菱形。若在某一外横撑杆51处做水平剖切，截面为正方形，正方形内设2根相互垂直的内直撑杆53和4根内斜撑杆54，内直撑杆53的两端点分别位于正方形边长的中点处，4根内斜撑杆54的端部分别与2根内直撑杆53的端部相连焊接与外横撑杆51焊接装配与一体。矩形桩腿5的4个侧棱为平台的4个升降柱50，由每个升降柱50由2根半弦板502、503和1根齿条板501组成，2根半弦板502、503分别焊接在齿条板501的2侧面上。

如图5-图11所示，外横撑杆51的各端部分别焊接在升降柱50的内侧半弦板502上。所有的外横撑杆51、外斜撑杆52、内直撑杆53和内斜撑杆54均由厚壁钢管切割而成。尖锥式桩靴6配备一套高压冲桩系统。如图14所示，高压冲桩系统由桩靴6内的冲桩管21、喷射泵22、吸入滤网23和桩靴6外的冲桩喷头28、高压冲桩管汇27、进水管26、排水管24和压缩空气管25组成。“十字型”冲桩喷头28均布在尖锥式桩靴6的上盖板61、侧边板、底板62和底部圆锥面的外侧。

如图15-17所示，每个冲桩喷头28由2根半圆管垂直交叉焊接而成，每根半圆管上开6个喷射孔29，且每个冲桩喷头28对应1根桩靴6内的冲桩管21，冲桩管端部穿过桩靴底板62伸入冲桩喷头28内，并通过连接肘板65与桩靴底板62连接，冲桩管21穿越桩靴6外板处增设腹板，起局部加强和密封作用。桩靴6外的高压冲桩管汇27位于平台主甲板上，通过高压冲桩管汇27可以往冲桩管21里输送高压泥浆，高压泥浆通过各个冲桩喷头28上的喷射孔29把桩靴周围的泥沙吹散，进而进行起桩。桩靴6内设2部钢质直梯，以便于平台进船坞时作业人员进入桩靴进行检修内部设备。

本发明的工作原理和过程描述如下：

当单桩腿自升式钻井平台需要定位时，启动尖锥式桩靴6内的喷射泵22，通过进水管26和吸入滤网23往桩靴内注水，当水注满时开启平台升降缩进装置，桩腿5上4个升降柱的齿条板501在桩腿5、桩靴6、压载水重力作用下，与升降装置的小齿轮啮合向下运动。当桩靴6的底部圆锥入泥后，再启动升降装置驱使桩腿5桩靴6继续向下移动，直至桩靴6入泥平台站稳后即完成平台的插桩定位。再启动平台升降装置把平台举升直水面上处于悬空作业状态，这时单桩腿自升式钻井平台可进行钻井作业。

当单桩腿自升式钻井平台作业完毕需要拔桩移位时，先启动平台升降装置把平台下放置海面处，使平台处于漂浮拖航移位状态，再启动桩靴6内的喷射泵22，通过排水管24和吸入滤网23将桩靴6内的压载水排至舷外，若吸入滤网23被泥沙堵塞，通过压缩空气管25里的压缩空气清洗吸入滤网23。然后通过高压冲桩管汇27往各冲桩管21输送高压泥浆，高压泥浆从“十字型”冲桩喷头28上的喷射孔29里高速喷出，吹散桩靴6底部及周围泥沙，使泥沙对桩靴6的吸附力大大减小，此时启动平台升降装置提升桩腿5桩靴6。当拔桩作业完成，桩腿5桩靴6被提起远离海床，在拖船牵引下单桩腿自升式钻井平台可移位再作业。

本发明的优点和有益效果是：

该单桩腿自升式钻井平台桩腿5桩靴6可在水深120m左右的泥砂质或淤泥质海床的海域进行海上石油天然气勘探开发作业，矩形截面桩腿5能承载更大的垂向载荷，沿桩腿5长度方向挠度较小，更利于平台稳步升降；尖锥式桩靴6在底部圆锥的作用下桩靴定快，沉桩效率高，且有效入泥深度加大，相当于在桩靴6底部生根，桩腿5能承受更大的波浪、风载荷，平台站立更稳；每个“十字”型冲桩喷头28能覆盖更大的喷射面积，可快速吹散桩靴6周围的泥沙，大幅节省喷射起桩时间，提高作业效率；桩靴6内设喷射泵22可往桩靴6内打压载水，增大桩靴6自重，便于快速沉桩定位；桩靴6内设2部直梯，便于作业人员检修桩靴6内部的设备及管系。

因此，本发明有助于促进船舶与海洋工程装备自主研发，也有助于其它海洋油气资源开发装备研发能力的提升，并做出技术示范。对打破国外技术垄断，摆脱对进口的依赖，推动我国海洋工程装备走向高端市场具有重要意义，对加快我国开发深海油气资源具有巨大的帮助。

本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种单桩腿自升式钻井平台，包括平台本体，其特征在于，所述平台本体上仅设置一根桩腿，所述桩腿的底部连接设置有桩靴，所述桩腿与主船体之间传动连接，所述主船体及其所承载的所有物品的总体重心位于所述桩腿内，所述桩靴的头部具有尖锥结构，所述桩靴内设置有高压冲桩系统，所述高压冲桩系统由所述桩靴内向外冲射高压水，所述高压冲桩系统包括冲桩管、喷射泵、吸入滤网、冲桩喷头、高压冲桩管汇、进水管、排水管和压缩空气管，所述冲桩管连通所述高压冲桩管汇和所述冲桩喷头，所述进水管和所述排水管连通所述喷射泵，所述压缩空气管通过所述吸入滤网连通所述喷射泵，所述喷射泵为所述高压冲桩管汇提供高压水。

2.如权利要求1所述的单桩腿自升式钻井平台，其特征在于，所述桩腿为桁架结构。

3.如权利要求2所述的单桩腿自升式钻井平台，其特征在于，所述桩腿的横截面外缘为矩形结构。

4.如权利要求3所述的单桩腿自升式钻井平台，其特征在于，所述桩腿包括四根升降柱和连接所述升降柱的支撑架，每一所述升降柱均包括一齿条板和两半弦板，所述两半弦板对称设置，所述齿条板连接设置在所述两半弦板之间，所述支撑架包括外横撑杆、外斜撑杆、内斜撑杆和内直撑杆，每一所述外横撑杆的两端分别连接所述半弦板，每组外横撑杆为四根，相互连接组成一矩形结构，每组外横撑杆内连接四根内斜撑杆和两根内直撑杆，所述四根内斜撑杆中任一根的两端分别连接两相邻的所述外横撑杆的中点，所述两根内直撑杆中任一根的两端分别连接两相对的所述外横撑杆的中点，每两组外横撑杆之间交叉设置有外斜撑杆，每一所述外斜撑杆的两端分别连接所述半弦板和所述外横撑杆的中点。

5.如权利要求1所述的单桩腿自升式钻井平台，其特征在于，所述冲桩喷头为十字型结构。

6.如权利要求1所述的单桩腿自升式钻井平台，其特征在于，所述桩腿与所述桩靴之间通过四组连接装置相互连接，所述四组连接装置沿所述桩腿和桩靴的周向均布。

7.如权利要求6所述的单桩腿自升式钻井平台，其特征在于，所述连接装置包括连为一体的连接腹板、连接面板和端部立板，所述连接腹板穿过所述桩靴的上盖板并与所述桩靴的底板垂直连接，所述连接面板水平连接所述连接腹板的顶部，并与所述连接腹板相互垂直，所述端部立板垂直设置在所述桩靴的上盖板上，并连接设置在所述连接腹板和连接面板的外侧。