CN104452717A - 自升式海洋钻井平台抬升装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自升式海洋钻井平台抬升装置及方法。本装置包括主浮桩、副浮桩、平台和桩腿之间锁紧机构、副浮桩和桩腿之间锁紧机构、主浮桩与桩腿之间的锁紧机构；平台和桩腿之间锁紧机构包过中滑块、上下滑块、骨架、动力驱动装置；副浮桩和桩腿之间锁紧机构包括骨架、副浮桩上销、下伸缩块、副浮桩销、弹簧板、限制力装置、弹簧推拉系统以及限位销。通过抽出或灌入主浮桩和副浮桩中的海水，改变重力大小，利用浮力，配合各个锁紧机构，实现平台和桩腿的上下运动和锁紧。本发明升降稳定连续、锁紧灵活、不易损坏。

Description

自升式海洋钻井平台抬升装置及方法

技术领域

本发明涉及一种自升式海洋钻井平台抬升装置及方法。

背景技术

现在的自升式海洋钻井平台的抬升系统主要采用齿轮齿条式或液压缸式，齿轮齿条式可以实现连续快速升降，但是对齿轮齿条要求很高，且齿条出现破坏时，修理成本高昂；液压缸式较平稳，但是不能连续升降，而且升降速度比较慢，本方案提出了一种利用灌入浮桩或抽出浮桩中的海水方式来改变浮力，实现对平台或桩腿的升降，方案新颖。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种自升式海洋钻井平台抬升装置及方法，具有升降更加稳定连续，平台和桩腿之间的锁紧更加灵活，不易损坏等特点。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种新型自升式海洋钻井平台抬升装置包括平台、桩腿、主浮桩、浮桩、主浮桩和桩腿之间夹紧装置、副浮桩和桩腿之间夹紧装置以及平台与桩腿之间夹紧装置；其特征在于：一共有四条桩腿，每条桩腿上都有一个主浮桩和一个副浮桩，主浮桩和副浮桩与桩腿滑动配合，可沿桩腿上下滑动，每个主浮桩上固定装有四个主浮桩和桩腿之间夹紧装置，均匀固定安装在主浮桩中间正方形孔的四个顶点处，每个副浮桩装有四个副浮桩和桩腿之间夹紧装置,均匀固定安装在副浮桩中心正方形孔的四个顶点处；同时平台上固定安装有16个平台与桩腿之间夹紧装置，每个桩腿处对应的平台与桩腿之间夹紧装置有4个。

平台与桩腿之间夹紧装置包括副骨架、液压缸体1、主骨架、液压缸体2、液压杆1、液压杆2、上下与滑块、中滑块；其特征在于：主骨架与平台固连，液压杆2与液压缸体1构成液压缸，液压缸体1与副骨架固连, 副骨架与主骨架滑动连接，副骨架可相对主骨架沿着x方向滑动，液压缸体2与主骨架固连,上下两个液压杆2分别与上下滑块固连, 液压杆1与副骨架固连，上下滑块由T型槽与副骨架滑动连接，上下滑块可相对副骨架沿着x方向左右滑动，副骨架与中滑块由T型槽滑动连接，中滑块可相对副骨架沿y方向上下滑动，中滑块和上下滑块滑动连接，中滑块可沿着与上下滑块接触面滑动；

锁紧过程：桩腿上打有整列的长方形孔（A处,仅在桩腿最上方20m部分打有孔），平台上固定安装有锁紧装置，当平台,桩腿需要锁紧时，根据检测装置（图中未画出）检测出中滑块相对于桩腿上孔的位置（图中A处），确定位置后，系统发出命令，液压缸体1与副骨架固连, 液压杆2上下与滑块固连,通过液压缸体1和液压杆2组成的上下两个液压缸推动上下滑块左右移动，通过两个液压杆2伸出距离的不同，可以调整中滑块的上下位置到合适高度，使得中滑块与桩腿上的A处孔对齐，对齐之后，有信号发出，收到信号之后，由液压缸体2、液压杆1组成的液压缸将装在主骨架上的副骨架向前推出，副骨架与中滑块由T型槽相连，所以副骨架又将中滑块推向桩腿，并插进桩腿A处孔，实现锁紧。

解锁过程：解锁信号发出后，液压缸杆缩回，液压缸杆与副骨架（101）固连在一起，所以副骨架后退，带动中滑块也会退致解锁位置，解锁完成。

副浮桩和桩腿之间夹紧装置包括: 骨架1、小轴、副浮桩下销、下伸缩块、应变片、螺钉、副浮桩上销、副浮桩销、主浮桩销、弹簧板、弹簧1、弹簧2、弹簧3、支座、滚轴、滚轮；其特征在于：骨架1固定安装在副浮桩上，支座固定安装在骨架1上，滚轮通过滚轴与支座转动配合，滚轮可沿桩腿上下滑动，弹簧3一端固定在骨架1上，另一端与下伸缩块固连，下伸缩块与骨架1滑动配合，所以弹簧3可推动下伸缩块左右滑动，副浮桩下销通过小轴与下伸缩块转动连接，副浮桩下销可绕小轴转动，应变片通过螺钉固定连接在下伸缩块上，副浮桩下销与应变片接触，副浮桩下销的转矩足够大时，副浮桩下销可以使应变片变形，从而绕小轴旋转，副浮桩销下斜面与下伸缩块上斜面滑动配合，弹簧2始终处于压缩状态，弹簧2上端面与骨架1固连，下端面压在副浮桩销上，使得副浮桩销始终受到一个向下的压力，副浮桩上销与副浮桩销以T型槽滑动连接，副浮桩上销可相对副浮桩销左右滑动，弹簧1右端与骨架1固连，右端与弹簧板固连，弹簧板与骨架1以T型槽滑动连接，所以弹簧1可以推动弹簧板左右滑动，弹簧板与副浮桩上销以T型槽滑动连接，副浮桩上销可以相对弹簧板上下运动，主浮桩销下斜面与副浮桩上销上斜面滑动配合，主浮桩销是与主浮桩固连在一起。

具体实施过程：

1）         主浮桩销是与主浮桩固连在一起的，为了说明方便，才放在此处；图中滚轮,滚轴,支座是导向装置，有三个导向轮，与桩腿上的导轨相配合，能够保证副浮桩沿桩腿平稳的滑动，防止装置偏移；

2）         从步骤1到步骤8，此锁紧装置可分为两种工作状态：

a.在步骤1、2、3、5、6、7、8 中。此时，主浮桩和副浮桩锁紧在一起，即主浮桩销处在图5所示位置，限制了副浮桩上销向外伸出，弹簧1处于压缩状态，同样的弹簧3也处于压缩状态，下伸缩块被限制伸出，不能与装腿上的挡块B,C接触，桩腿和副浮桩之间锁紧装置处于松开状态；

b.在步骤4 中

随着主浮桩,副浮桩分开，与主浮桩固连的主浮桩销与副浮桩分开，主浮桩销不在压在副浮桩上销上面，弹簧1推动弹簧板沿着T型槽向左运动，弹簧板与副浮桩上销由T型槽连，弹簧板又推动副浮桩上销向外伸出，随着副浮桩不断下沉，副浮桩上销与B处接触，此时副浮桩上销不在随副浮桩下沉，副浮桩销与副浮桩上销用T型槽连接，所以副浮桩销也不在下沉，而副浮桩会带着其他部件（小轴、副浮桩下销、下伸缩块、弹簧板等）继续下沉，此时弹簧板会随着副浮桩沿着副浮桩上销和弹簧板间的T型槽向下运动，所以此时副浮桩销相对于下伸缩块向上运动，下伸缩块向左运动的限制被放开，此时弹簧3就会推着下伸缩块、小轴、副浮桩下销向外运动，下伸缩块和副浮桩下销由小轴连接，并且下伸缩块,小轴,副浮桩下销在随副浮桩向下沉，形成一个向左下方的复合运动，从而使副浮桩下销逐渐与C处下表面接触，当副浮桩上销上表面与骨架1接触时（图7所示位置），副浮桩不在下沉，此时副浮桩向上向下运动都被限制，实现锁紧，（在平台正常工作状态下，桩腿上B、C位置在海水平面以下20m-30m处），将副浮桩固定在一定的海水深度下；

当副浮桩需要上升的时候，此时不断抽出副浮桩中海水（抽出和灌入海水装置图中未画出），当副浮桩的浮力大于重力一定值时，C处给副浮桩下销上斜面一个向下的力，这个力使得副浮桩下销有绕小轴向上转的趋势，当转矩达到一定值时，应变片变形，应变片固连在下伸缩块上，副浮桩下销绕小轴旋转推开应变片，到达图9所示位置，副浮桩向上运动的限制消失，因为副浮桩的浮力大于重力，副浮桩向上运动；

随着副浮桩的上浮，达到步骤5所示位置，与主浮桩接触锁紧，此时与主浮桩固连的主浮桩销压着副浮桩上销向右运动，退回压缩状态，（图5所示位置），弹簧1被压缩，同时副浮桩上销也压着副浮桩销向下运动，使得下伸缩块退回原位（图5所示位置），副浮桩下销在骨架1的阻挡下，当下伸缩块退回时，又绕小轴旋转，压过应变片，退回原位（图5所示位置）。

主浮桩和桩腿之间夹紧装置

主浮桩和桩腿之间夹紧装置包括：骨架2、楔形销、支座、轴、滚轮、弹簧4，电磁铁；其特征在于：骨架2固定安装在主浮桩上，支座固定安装在骨架2上，滚轮通过轴与支座转动配合，滚轮可沿桩腿上下滑动，电磁铁固定安装在骨架2上，弹簧4左端固定在电磁铁上，右端固定在楔形销上，楔形销与骨架2滑动配合，所以弹簧4可推动楔形销左右滑动。

锁紧与松开过程：楔形销与D处配合锁紧，锁紧时，弹簧4推动楔形销向外运动，与D接触配合，由于桩腿本身的重力，主浮桩与桩腿锁紧，处有一电磁铁，解锁时，电磁铁通电，楔形销缩回，锁紧装置松开；

平台上下运动过程和锁紧过程：

1）步骤1：移航就位。平台和主浮桩，主浮桩和副浮桩，平台和桩腿，主浮桩和桩腿之间都有锁紧机构锁紧；移航至预定可海域；

2）步骤2：平台插桩、打桩。到达预定海域后，平台和主浮桩，平台和桩腿的锁紧装置松开，此时主浮桩和副浮桩的注入海水的量使其整体重量（主浮桩和副浮桩，桩腿）略大于其总浮力（图中，抽出海水和注入海水的装置未画出），从而下沉，直至桩腿到达海床，然后进行打桩；

3）步骤3：升起主体。打完桩后，主浮桩和桩腿之间的锁紧装置松开，抽出主浮桩和副浮桩部分海水，使其整体重量（主浮桩和副浮桩）略小于其总浮力，从而上升，直至主浮桩升至平台处，平台和主浮桩之间锁紧装置锁紧，（此时主浮桩1在海面上），继续抽出主浮桩和副浮桩中海水，使其抬升平台离开海面达到预定高度，此时桩腿和平台之间的锁紧装置锁紧，主体升起；

4）步骤4：钻井。主浮桩和副浮桩之间锁紧装置松开，向副浮桩中注入适量海水，使其下沉，到达B处时，即副浮桩与桩腿的锁紧装置自动锁紧，开始钻井；

5）步骤5：升起浮桩。当平台需要移走时，将副浮桩中海水抽出部分，使其浮力大于重力一定值，此时副浮桩与桩腿之间锁紧装置自动解锁，副浮桩上升到主浮桩处，主浮桩,副浮桩锁紧装置锁紧；

6）步骤6：降下主体。继续抽出副浮桩中海水，使其能承载平台的重力，桩腿,平台之间锁紧装置松开，灌入主浮桩,副浮桩中部分海水，是使主浮桩,副浮桩带着平台到达海面；

7）步骤7：拔桩。平台,主浮桩锁紧装置松开，主浮桩,副浮桩中注入海水，使其重力略大于浮力，下沉到海床，主浮桩桩腿之间锁紧机构锁紧；

8）步骤8：提桩。抽出主浮桩，副浮桩中部分海水，使其整体重量（主浮桩和副浮桩，桩腿）略小于其总浮力，从而带着桩腿上升图示位置回到步骤1位置。

通过液压缸体1和液压杆2组成的上下两个液压缸推动上下两个滑块伸出距离的不同，可以连续调整中滑块的上下位置，使得中滑块与桩腿上的孔对齐，这样桩腿就可以在任意位置锁紧。

上下两个滑块，中滑块被安装在副骨架中，承载面积更大，同时保证了上下两个滑块，中滑块始终与副骨架侧面相接处，防止了上下两个滑块，中滑块受载很大时，前后移动，这种结构提高锁紧装置的承载能力。

随着主浮桩,副浮桩分开，弹簧1推动弹簧板沿着T型槽向左运动，弹簧板又推动副浮桩上销副浮桩上销向外伸出，随着副浮桩不断下沉，副浮桩上销与B处接触，此时副浮桩上销不在随副浮桩下沉， 副浮桩销也不在下沉，而副浮桩继续下沉，此时副浮桩销相对于下伸缩块向上运动，此时弹簧弹簧3就会推着下伸缩块,小轴,副浮桩下销向外运动，从而使副浮桩下销逐渐与C处下表面接触，当副浮桩上销与骨架1接触时（图7所示位置），副浮桩不在下沉，此时副浮桩向上向下运动都被限制，实现锁紧，此锁紧装置能够在无电气设备和无驱动时，利用机械结构实现自动锁紧。

当副浮桩需要上升的时候，此时不断抽出副浮桩中海水（抽出和灌入海水装置图中未画出），当副浮桩的浮力大于重力一定值时，C处给副浮桩下销上斜面一个向下的力（见图6），这个力使得副浮桩下销有绕小轴向上转的趋势，当转矩达到一定值时，应变片变形，副浮桩下销绕小轴旋转推开应变片，到达图9所示位置，副浮桩向上运动的限制被打破，副浮桩向上运动，所以副浮桩和桩腿之间的锁紧装置可以在无电气设备和无驱动时，利用机械结构实现自动解锁。

随着副浮桩的上浮，达到步骤5所示位置，与主浮桩接触，此时与主浮桩固连的主浮桩销压着副浮桩上销向右下运动，退回压缩状态，（图5所示位置），弹簧1被压缩，同时副浮桩上销也压着副浮桩销向下运动，使得下伸缩块退回原位（图5所示位置），副浮桩下销在骨架1的阻挡下，当下伸缩块退回时，又绕小轴旋转，压过应变片，退回原位（图5所示位置）。所以所以副浮桩和桩腿之间的锁紧装置可以在无电气设备和无驱动时，利用机械结构实现各部件自动回到初始位置。副浮桩上没有电器设备，是纯机械机构，这使得副浮桩在海水中更不容易出现故障，稳定性更好。

主浮桩和副浮桩采用空心形式，同时具有密封性，中间设有方形孔，方形孔可以稳定部分海水，形成方形水柱，在有风浪时，可以起到稳定平台的作用。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步：本发明主浮桩、副浮桩和锁紧机构，具有平台升降稳定连续，锁紧灵活，不易损坏的特点。

附图说明

图1为平台总装配图(其中（a）为俯视图，（b）为主视图；

图2为平台上下运动和锁紧过程图；

图3桩腿结构图；

图4平台与桩腿之间夹紧装置装配剖视图；

图5副浮桩和桩腿之间夹紧装置位置1装配剖视图；

图6副浮桩和桩腿之间夹紧装置局部放大装配视图；

图7副浮桩和桩腿之间夹紧装置位置2装配剖视图；

图8主浮桩和桩腿之间夹紧装置装配剖视图；

图9副浮桩和桩腿之间夹紧装置位置3装配剖视图；

图10 新型新型自升式海洋钻井平台抬升装置实施步骤程序框图。

具体实施方式

本发明的优选实施案例结合附图详述如下：

实施案例一：

参见图1，本自升式海洋钻井平台抬升装置包括平台（1）、桩腿(2)、主浮桩(3)、副浮桩(4)、主浮桩和桩腿之间夹紧装置、副浮桩和桩腿之间夹紧装置、以及平台与桩腿之间夹紧装置，其特征在于：一共有四条桩腿(2)，每条桩腿（2）上都有一个主浮桩(3)和一个副浮桩(4)；主浮桩(3)和副浮桩(4)与桩腿（2）滑动配合，可沿桩腿（2）上下滑动，每个主浮桩(3)上固定装有四个主浮桩和桩腿之间夹紧装置，均匀固定安装在主浮桩（3）中间正方形孔的四个顶点处；每个副浮桩（4)装有四个副浮桩和桩腿之间夹紧装置,均匀固定安装在副浮桩(4)中心正方形孔的四个顶点处；同时平台（1）上固定安装有16个平台与桩腿之间夹紧装置，每个桩腿（2）处对应的平台（1）与桩腿（2）之间夹紧装置有4个；通过抽出或灌入主浮桩（3）和副浮桩（4）中的海水，改变重力大小，利用浮力，实现升降功能。

实施案例二：

参见图1-图9，一种新型自升式海洋钻井平台抬升装置包括：平台（1）、桩腿(2)、主浮桩(3)、副浮桩(4)、主浮桩（3）和桩腿（2）之间夹紧装置、副浮桩（4）和桩腿（2）之间夹紧装置、平台（1）与桩腿（2）之间夹紧装置；其特征在于：一共有四条桩腿(2)，每条桩腿上都有一个主浮桩(3)和一个副浮桩(4)，主浮桩(3)和副浮桩(4)与桩腿（2）滑动配合，可沿桩腿（2）上下滑动，每个主浮桩(3)上固定装有四个主浮桩（3）和桩腿（2）之间夹紧装置，均匀固定安装在主浮桩（3）中间正方形孔的四个顶点处，每个副浮桩（4)装有四个副浮桩（4）和桩腿（2）之间夹紧装置,均匀固定安装在副浮桩(4)中心正方形孔的四个顶点处；同时平台（1）上固定安装有16个平台（1）与桩腿（2）之间夹紧装置，每个桩腿（2）处对应的平台（1）与桩腿（2）之间夹紧装置有4个。

平台（1）与桩腿（2）之间夹紧装置：

参见图4，平台（1）与桩腿（2）之间夹紧装置包括：副骨架(101）、液压缸体1（102）、主骨架（103）、液压缸体2（104）、液压杆1（105）、液压杆2（105）、上下与滑块（107）、中滑块（108）；其特征在于：主骨架（103）与平台（1）固连，液压杆2（105）与液压缸体1（102）构成液压缸，液压缸体1（102）与副骨架（101）固连, 副骨架（101）与主骨架（103）滑动连接，副骨架(（101）可相对主骨架（103）沿着x方向滑动，液压缸体2（104）与主骨架（103）固连,上下两个液压杆2（105）分别与上下滑块（107）固连, 液压杆1（105）与副骨架（101）固连，上下滑块（107）由T型槽与副骨架（101）滑动连接，上下滑块（107）可相对副骨架（101）沿着x方向左右滑动，副骨架（101）与中滑块（108）由T型槽滑动连接，中滑块（108）可相对副骨架（101）沿y方向上下滑动，中滑块（108）和上下滑块（107）滑动连接，中滑块（108）可沿着与上下滑块（107）接触面滑动；

锁紧过程： 如图4，桩腿（2）上打有整列的长方形孔（A处,仅在桩腿（2）最上方20m部分打有孔），平台（1）上固定安装有锁紧装置（零件（101）-（108），即桩腿和平台之间锁紧装置），当平台（1）,桩腿（2）需要锁紧时，根据检测装置（图中未画出）检测出中滑块（108）相对于桩腿（2）上孔的位置（图中A处），确定位置后，系统发出命令，液压缸体1（102）与副骨架（101）固连, 液压杆2（105）上下与滑块（107）固连,通过液压缸体1（102）和液压杆2（105）组成的上下两个液压缸推动上下滑块（107）左右移动，通过两个液压杆2（105）伸出距离的不同，可以调整中滑块（108）的上下位置到合适高度，使得中滑块（108）与桩腿（2）上的A处孔对齐，对齐之后，有信号发出，收到信号之后，由液压缸体2（104）,液压杆1（105）组成的液压缸将装在主骨架（103）上的副骨架（101）向前推出，副骨架（101）与中滑块（108）由T型槽相连，所以副骨架（101）又将中滑块（108）推向桩腿（2），并插进桩腿A处孔，实现锁紧。

解锁过程：解锁信号发出后，液压缸杆（105）缩回，液压缸杆（105）与副骨架（101）固连在一起，所以副骨架（101）后退，带动中滑块（108）也会退致解锁位置，解锁完成。

副浮桩（4）和桩腿（2）之间夹紧装置：

参见图图5，图6，图7和图9，副浮桩（4）和桩腿（2）之间夹紧装置包括: 骨架1（401）、小轴（402）、副浮桩下销（403）、下伸缩块（404）、应变片（405）、螺钉（406）、副浮桩上销（407）、副浮桩销（408）、主浮桩销（409）、弹簧板（4010）、弹簧1（4011）、弹簧2（4012）、弹簧3（4013）、支座（4014）、滚轴（4015）、滚轮（4016）；其特征在于：骨架1（401）固定安装在副浮桩（4）上，支座（4014）固定安装在骨架1（401）上，滚轮（4016）通过滚轴（4015）与支座转动配合，滚轮（4016）可沿桩腿（2）上下滑动，弹簧3（4013）一端固定在骨架1（401）上，另一端与下伸缩块（404）固连，下伸缩块（404）与骨架1（401）滑动配合，所以弹簧3（4013）可推动下伸缩块（404）左右滑动，副浮桩下销（403）通过小轴（402）与下伸缩块（404）转动连接，副浮桩下销（403）可绕小轴（402）转动，参见图6，应变片（405）通过螺钉（406）固定连接在下伸缩块（404）上，副浮桩下销（403）与应变片（405）接触，副浮桩下销（403）的转矩足够大时，副浮桩下销（403）可以使应变片（405）变形，从而绕小轴（402）旋转，副浮桩销（408）下斜面与下伸缩块（404）上斜面滑动配合，弹簧2（4012）始终处于压缩状态，弹簧2（4012）上端面与骨架1（401）固连，下端面压在副浮桩销（408）上，使得副浮桩销（408）始终受到一个向下的压力，副浮桩上销（407）与副浮桩销（408）以T型槽滑动连接，副浮桩上销（407）可相对副浮桩销（408）左右滑动，弹簧1（4011）右端与骨架1（401）固连，右端与弹簧板（4010）固连，弹簧板（4010）与骨架1（401）以T型槽滑动连接，所以弹簧1（4011）可以推动弹簧板（4010）左右滑动，弹簧板（4010）与副浮桩上销（407）以T型槽滑动连接，副浮桩上销（407）可以相对弹簧板（4010）上下运动，主浮桩销（409）下斜面与副浮桩上销（407）上斜面滑动配合，主浮桩销（409）是与主浮桩（3）固连在一起。

具体实施过程：

3）         图5中主浮桩销（409）是与主浮桩（3）固连在一起的，为了说明方便，才放在此处；图中滚轮（4016）,滚轴（4015）,支座（4014）是导向装置，有三个导向轮，与桩腿（2）上的导轨相配合，能够保证副浮桩（4）沿桩腿（2）平稳的滑动，防止装置偏移；

4）         从步骤1到步骤8，此锁紧装置可分为两种工作状态：

a.在步骤1、2、3、5、6、7、8 中。此时，主浮桩（3）和副浮桩（4）锁紧在一起，即主浮桩销（409）处在图5所示位置，限制了副浮桩上销（407）向外伸出，弹簧1（4011）处于压缩状态，同样的弹簧3（4013）也处于压缩状态，下伸缩块（404）被限制伸出，不能与装腿(2)上的挡块B,C接触，桩腿（2）和副浮桩（4）之间锁紧装置处于松开状态；

b.在步骤4 中

随着主浮桩（3）,副浮桩（4）分开，与主浮桩（3）固连的主浮桩销（409）与副浮桩（4）分开，主浮桩销（409）不在压在副浮桩上销（407）上面，弹簧1（4011）推动弹簧板（4010）（与骨架1（401）由T型槽连接，骨架1（401）与副浮桩（4）固连）沿着T型槽向左运动，弹簧板（4010）与副浮桩上销（407）由T型槽连，弹簧板（4010）又推动副浮桩上销（407）向外伸出，随着副浮桩（4）不断下沉，副浮桩上销（407）与B处接触，此时副浮桩上销（407）不在随副浮桩（4）下沉，副浮桩销（408）与副浮桩上销（407）用T型槽连接，所以副浮桩销（408）也不在下沉，而副浮桩（4）会带着其他部件（小轴（402）、副浮桩下销（403）、下伸缩块（404）、弹簧板（4010）等）继续下沉，此时弹簧板（4010）会随着副浮桩（4）沿着副浮桩上销（407）和弹簧板（4010）间的T型槽向下运动，所以此时副浮桩销（408）相对于下伸缩块（404）向上运动，下伸缩块（404）向左运动的限制被放开，此时弹簧3（4013）就会推着下伸缩块（404）、小轴（402）、副浮桩下销（403）向外运动，下伸缩块（404）和副浮桩下销（403）由小轴（402）连接，并且下伸缩块（404）,小轴（402）,副浮桩下销（403）在随副浮桩（4）向下沉，形成一个向左下方的复合运动，从而使副浮桩下销（403）逐渐与C处下表面接触，当副浮桩上销（407）上表面与骨架1（401）接触时（图7所示位置），副浮桩（4）不在下沉，此时副浮桩（4）向上向下运动都被限制，实现锁紧，（在平台正常工作状态下，桩腿（2）上B、C位置在海水平面以下20m-30m处），将副浮桩（4）固定在一定的海水深度下；

当副浮桩（4）需要上升的时候，此时不断抽出副浮桩（4）中海水（抽出和灌入海水装置图中未画出），当副浮桩（4）的浮力大于重力一定值时，C处给副浮桩下销（403）上斜面一个向下的力（见图6），这个力使得副浮桩下销（403）有绕小轴（402）向上转的趋势，当转矩达到一定值时，应变片（405）变形，应变片（405）固连在下伸缩块（404）上，副浮桩下销（403）绕小轴（402）旋转推开应变片（405），到达图9所示位置，副浮桩（4）向上运动的限制消失，因为副浮桩（4）的浮力大于重力，副浮桩（4）向上运动；

随着副浮桩（4）的上浮，达到步骤5所示位置，与主浮桩（3）接触锁紧，此时与主浮桩（3）固连的主浮桩销（409）压着副浮桩上销（407）向右运动，退回压缩状态，（图5所示位置），弹簧1（4011）被压缩，同时副浮桩上销（407）也压着副浮桩销（408）向下运动，使得下伸缩块（404）退回原位（图5所示位置），副浮桩下销（403）在骨架1（401）的阻挡下，当下伸缩块（404）退回时，又绕小轴（402）旋转，压过应变片（405），退回原位（图5所示位置）。

主浮桩（3）和桩腿（2）之间夹紧装置

主浮桩（3）和桩腿（2）之间夹紧装置包括：骨架2（301）、楔形销（302）、支座（303）、轴（304）、滚轮（305）、弹簧4（306），电磁铁（307）；其特征在于：骨架2（301）固定安装在主浮桩（3）上，支座（303）固定安装在骨架2（301）上，滚轮（305）通过轴（304）与支座转动配合，滚轮（305）可沿桩腿（2）上下滑动，电磁铁（307）固定安装在骨架2（301）上，弹簧4（306）左端固定在电磁铁（307）上，右端固定在楔形销（302）上，楔形销（302）与骨架2（301）滑动配合，所以弹簧4（306）可推动楔形销（302）左右滑动。

锁紧与松开过程：楔形销（302）与D处配合锁紧，锁紧时，弹簧4（306）推动楔形销（302）向外运动，与D接触配合，由于桩腿（2）本身的重力，主浮桩（3）与桩腿（2）锁紧，（307）处有一电磁铁，解锁时，电磁铁通电，楔形销（302）缩回，锁紧装置松开；

实施案例三：

参见图2，本自升式海洋钻井平台抬升方法，采用上述装置进行操作，具体操作步骤如下：

1）步骤1：移航就位。平台（1）和主浮桩（3），主浮桩（3）和副浮桩（4），平台（1）和桩腿（2），主浮桩（3）和桩腿（2）之间都有锁紧机构锁紧；移航至预定可海域；

2）步骤2：平台插桩、打桩。到达预定海域后，平台（1）和主浮桩（3），平台（1）和桩腿（2）的锁紧装置松开，此时主浮桩（3）和副浮桩（4）的注入海水的量使其整体重量（主浮桩（3）和副浮桩（4），桩腿（2））略大于其总浮力（图中，抽出海水和注入海水的装置未画出），从而下沉，直至桩腿到达海床，然后进行打桩；

3）步骤3：升起主体。打完桩后，主浮桩（3）和桩腿（2）之间的锁紧装置松开，抽出主浮桩（3）和副浮桩（4）部分海水，使其整体重量（主浮桩（3）和副浮桩（4））略小于其总浮力，从而上升，直至主浮桩（3）升至平台（1）处，平台（1）和主浮桩（3）之间锁紧装置锁紧，（此时主浮桩1在海面上），继续抽出主浮桩（3）和副浮桩（4）中海水，使其抬升平台（1）离开海面达到预定高度，此时桩腿（2）和平台（1）之间的锁紧装置锁紧，主体升起；

4）步骤4：钻井。主浮桩（3）和副浮桩（4）之间锁紧装置松开，向副浮桩（4）中注入适量海水，使其下沉，到达B处时，即副浮桩（4）与桩腿（2）的锁紧装置自动锁紧，开始钻井；

5）步骤5：升起浮桩。当平台需要移走时，将副浮桩（4）中海水抽出部分，使其浮力大于重力一定值，此时副浮桩（4）与桩腿（2）之间锁紧装置自动解锁，副浮桩（4）上升到主浮桩（3）处，主浮桩（3）与副浮桩（4）之间锁紧装置锁紧；

6）步骤6：降下主体。继续抽出副浮桩（4）中海水，使其能承载平台的重力，桩腿（2）,平台（1）之间锁紧装置松开，灌入主浮桩（3）,副浮桩（4）中部分海水，是使主浮桩（3）,副浮桩（4）带着平台（1）到达海面；

7）步骤7：拔桩。平台（1）,主浮桩（3）锁紧装置松开，主浮桩（3）,副浮桩（4）中注入海水，使其重力略大于浮力，下沉到海床，主浮桩（3）桩腿（2）之间锁紧机构锁紧；

8）步骤8：提桩。抽出主浮桩（3），副浮桩（4）中部分海水，使其整体重量（主浮桩（3）和副浮桩（4），桩腿（2））略小于其总浮力，从而带着桩腿（2）上升图示位置回到步骤1位置。

通过液压缸体1（102）和液压杆2（105）组成的上下两个液压缸推动上下两个滑块（107）伸出距离的不同，可以连续调整中滑块（108）的上下位置，使得中滑块（108）与桩腿（2）上的孔对齐，这样桩腿就可以在任意位置锁紧。

上下两个滑块（107），中滑块（108）被安装在副骨架（101）中，承载面积更大，同时保证了上下两个滑块（107），中滑块（108）始终与副骨架（101）侧面相接处，防止了上下两个滑块（107），中滑块（108）受载很大时，前后移动，这种结构提高锁紧装置的承载能力。

随着主浮桩（3）,副浮桩（4）分开，弹簧1（4011）推动弹簧板（4010）沿着T型槽向左运动，弹簧板（4010）又推副浮桩上销（407）向外伸出，随着副浮桩（4）不断下沉，副浮桩上销（407）与B处接触，此时副浮桩上销（407）不在随副浮桩（4）下沉， 副浮桩销（408）也不在下沉，而副浮桩（4）继续下沉，此时副浮桩销（408）相对于下伸缩块（404）向上运动，此时弹簧弹簧3（4013）就会推着下伸缩块（404）,小轴（402）,副浮桩下销（403）向外运动，从而使副浮桩下销（403）逐渐与C处下表面接触，当副浮桩上销（407）与骨架1（401）接触时（图7所示位置），副浮桩（4）不在下沉，此时副浮桩（4）向上向下运动都被限制，实现锁紧，此锁紧装置能够在无电气设备和无驱动时，利用机械结构实现自动锁紧。

当副浮桩（4）需要上升的时候，此时不断抽出副浮桩（4）中海水（抽出和灌入海水装置图中未画出），当副浮桩（4）的浮力大于重力一定值时，C处给副浮桩下销（403）上斜面一个向下的力（见图6），这个力使得副浮桩下销（403）有绕小轴（402）向上转的趋势，当转矩达到一定值时，应变片（405）变形，副浮桩下销（403）绕小轴（402）旋转推开应变片（405），到达图9所示位置，副浮桩（4）向上运动的限制被打破，副浮桩（4）向上运动，所以副主浮桩（3）和桩腿（2）之间的锁紧装置可以在无电气设备和无驱动时，利用机械结构实现自动解锁。

随着副浮桩（4）的上浮，达到步骤5所示位置，与主浮桩（3）接触，此时与主浮桩（3）固连的主浮桩销（409）压着副浮桩上销（407）向右下运动，退回压缩状态，（图5所示位置），弹簧1（4011）被压缩，同时副浮桩上销（407）也压着副浮桩销（408）向下运动，使得下伸缩块（404）退回原位（图5所示位置），副浮桩下销（403）在401的阻挡下，当下伸缩块（404）退回时，又绕小轴（402）旋转，压过应变片（405），退回原位（图5所示位置）。所以所以副浮桩（4）和桩腿（2）之间的锁紧装置可以在无电气设备和无驱动时，利用机械结构实现各部件自动回到初始位置。副浮桩（4）上没有电器设备，是纯机械机构，这使得副浮桩（4）在海水中更不容易出现故障，稳定性更好。

主浮桩（3）和副浮桩（4）采用空心形式，同时具有密封性，中间设有方形孔，方形孔可以稳定部分海水，形成方形水柱，在有风浪时，可以起到稳定平台的作用。

Claims (10)

1.一种自升式海洋钻井平台抬升装置包括平台（1）、桩腿(2)、主浮桩(3)、副浮桩(4)、主浮桩和桩腿之间夹紧装置、副浮桩和桩腿之间夹紧装置、以及平台与桩腿之间夹紧装置，其特征在于：一共有四条桩腿(2)，每条桩腿（2）上都有一个主浮桩(3)和一个副浮桩(4)；主浮桩(3)和副浮桩(4)与桩腿（2）滑动配合，可沿桩腿（2）上下滑动，每个主浮桩(3)上固定装有四个主浮桩和桩腿之间夹紧装置，均匀固定安装在主浮桩（3）中间正方形孔的四个顶点处；每个副浮桩（4)装有四个副浮桩和桩腿之间夹紧装置,均匀固定安装在副浮桩(4)中心正方形孔的四个顶点处；同时平台（1）上固定安装有16个平台与桩腿之间夹紧装置，每个桩腿（2）处对应的平台（1）与桩腿（2）之间夹紧装置有4个；通过抽出或灌入主浮桩（3）和副浮桩（4）中的海水，改变重力大小，利用浮力，实现升降功能。

2.根据权利要求1，所述的自升式海洋钻井平台抬升装置，其特征在于：平台与桩腿之间夹紧装置包括副骨架(101）、液压缸体1（102）、主骨架（103）、液压缸体2（104）、液压杆1（105）、液压杆2（106）、上下滑块（107）和中滑块（108）；所述主骨架（103）与平台（1）固连，液压杆2（105）与液压缸体1（102）构成液压缸，液压缸体1（102）与副骨架（101）固连, 副骨架（101）与主骨架（103）滑动连接，副骨架(（101）可相对主骨架（103）沿着x方向滑动，液压缸体2（104）与主骨架（103）固连,上下两个液压杆2（105）分别与上下滑块（107）固连, 液压杆1（105）与副骨架（101）固连，上下滑块（107）由T型槽与副骨架（101）滑动连接，上下滑块（107）可相对副骨架（101）沿着水平方向左右滑动，副骨架（101）与中滑块（108）由T型槽滑动连接，中滑块（108）可相对副骨架（101）沿垂直方向上下滑动，中滑块（108）和上下滑块（107）滑动连接，中滑块（108）可沿着与上下滑块（107）接触面滑动。

3.根据权利要求1，所述的自升式海洋钻井平台抬升装置，其特征在于：所述副浮桩和桩腿之间夹紧装置包括骨架1（401）、小轴（402）、副浮桩下销（403）、下伸缩块（404）、应变片（405）、螺钉（406）、副浮桩上销（407）、副浮桩销（408）、主浮桩销（409）、弹簧板（4010）、弹簧1（4011）、弹簧2（4012）、弹簧3（4013）、支座（4014）、滚轴（4015）和滚轮（4016）；所述骨架1（401）固定安装在副浮桩（4）上，支座（4014）固定安装在骨架1（401）上，滚轮（4016）通过滚轴（4015）与支座转动配合，滚轮（4016）可沿桩腿（2）上下滑动，弹簧3（4013）一端固定在骨架1（401）上，另一端与下伸缩块（404）固连，下伸缩块（404）与骨架1（401）滑动配合，所以弹簧3（4013）可推动下伸缩块（404）左右滑动，副浮桩下销（403）通过小轴（402）与下伸缩块（404）转动连接，副浮桩下销（403）可绕小轴（402）转动，应变片（405）通过螺钉（406）固定连接在下伸缩块（404）上，副浮桩下销（403）与应变片（405）接触，副浮桩下销（403）的转矩足够大时，副浮桩下销（403）可以使应变片（405）变形，从而绕小轴（402）旋转，副浮桩销（408）下斜面与下伸缩块（404）上斜面滑动配合，弹簧2（4012）始终处于压缩状态，弹簧2（4012）上端面与骨架1（401）固连，下端面压在副浮桩销（408）上，使得副浮桩销（408）始终受到一个向下的压力，副浮桩上销（407）与副浮桩销（408）以T型槽滑动连接，副浮桩上销（407）可相对副浮桩销（408）左右滑动，弹簧1（4011）右端与骨架1（401）固连，右端与弹簧板（4010）固连，弹簧板（4010）与骨架1（401）以T型槽滑动连接，所以弹簧1（4011）可以推动弹簧板（4010）左右滑动，弹簧板（4010）与副浮桩上销（407）以T型槽滑动连接，副浮桩上销（407）可以相对弹簧板（4010）上下运动，主浮桩销（409）下斜面与副浮桩上销（407）上斜面滑动配合，主浮桩销（409）是与主浮桩（3）固连在一起。

4.根据权利要求1，所述的自升式海洋钻井平台抬升装置，其特征在于：所述主浮桩和桩腿之间夹紧装置包括骨架2（301）、楔形销（302）、支座（303）、轴（304）、滚轮（305）、弹簧4（306）和电磁铁（307），所述骨架2（301）固定安装在主浮桩（3）上，支座（303）固定安装在骨架2（301）上，滚轮（305）通过轴（304）与支座转动配合，滚轮（305）可沿桩腿（2）上下滑动，电磁铁（307）固定安装在骨架2（301）上，弹簧4（306）左端固定在电磁铁（307）上，右端固定在楔形销（302）上，楔形销（302）与骨架2（301）滑动配合，所以弹簧4（306）可推动楔形销（302）左右滑动。

5.一种自升式海洋钻井平台抬升方法，采用根据权利要求1中所述自升式海洋钻井平台抬升装置进行操作，其特征在于：具体操作步骤如下：

1）步骤1：移航就位；平台（1）和主浮桩（3），主浮桩（3）和副浮桩（4），平台（1）和桩腿（2），主浮桩（3）和桩腿（2）之间都有锁紧机构锁紧；移航至预定可海域；

2）步骤2：平台插桩、打桩；到达预定海域后，平台（1）和主浮桩（3），平台（1）和桩腿（2）的锁紧装置松开，此时主浮桩（3）和副浮桩（4）的注入海水的量使其整体重量（主浮桩（3）和副浮桩（4），桩腿（2））略大于其总浮力（图中，抽出海水和注入海水的装置未画出），从而下沉，直至桩腿到达海床，然后进行打桩；

3）步骤3：升起主体；打完桩后，主浮桩（3）和桩腿（2）之间的锁紧装置松开，抽出主浮桩（3）和副浮桩（4）部分海水，使其整体重量（主浮桩（3）和副浮桩（4））略小于其总浮力，从而上升，直至主浮桩（3）升至平台（1）处，平台（1）和主浮桩（3）之间锁紧装置锁紧，（此时主浮桩（3）在海面上），继续抽出主浮桩（3）和副浮桩（4）中海水，使其抬升平台（1）离开海面达到预定高度，此时桩腿（2）和平台（1）之间的锁紧装置锁紧，主体升起；

4）步骤4：钻井；主浮桩（3）和副浮桩（4）之间锁紧装置松开，向副浮桩（4）中注入适量海水，使其下沉，到达B处时，即副浮桩（4）与桩腿（2）的锁紧装置自动锁紧，开始钻井；

5）步骤5：升起浮桩；当平台需要移走时，将副浮桩（4）中海水抽出部分，使其浮力大于重力一定值，此时副浮桩（4）与桩腿（2）之间锁紧装置自动解锁，副浮桩（4）上升到主浮桩（3）处，主浮桩（3）,副浮桩（4）锁紧装置锁紧；

6）步骤6：降下主体；继续抽出副浮桩（4）中海水，使其能承载平台的重力，桩腿（2）,平台（1）之间锁紧装置松开，灌入主浮桩（3）,副浮桩（4）中部分海水，是使主浮桩（3）,副浮桩（4）带着平台（1）到达海面；

7）步骤7：拔桩；平台（1）,主浮桩（3）锁紧装置松开，主浮桩（3）,副浮桩（4）中注入海水，使其重力略大于浮力，下沉到海床，主浮桩（3）桩腿（2）之间锁紧机构锁紧；

8）步骤8：提桩；抽出主浮桩（3），副浮桩（4）中部分海水，使其整体重量（主浮桩（3）和副浮桩（4），桩腿（2））略小于其总浮力，从而带着桩腿（2）上升图示位置回到步骤1位置。

6.根据权利要求5，所述自升式海洋钻井平台抬升方法，其特征在于：通过液压缸体1（102）和液压杆2（105）组成的上下两个液压缸推动上下两个滑块（107）伸出距离的不同，可以连续调整中滑块（108）的上下位置，使得中滑块（108）与桩腿（2）上的孔对齐，这样桩腿就可以在任意位置锁紧。

7.根据权利要求5，所述自升式海洋钻井平台抬升方法，其特征在于： 上下两个滑块（107），中滑块（108）被安装在副骨架（101）中，承载面积更大，同时保证了上下两个滑块（107），中滑块（108）始终与副骨架（101）侧面相接处，防止了上下两个滑块（107），中滑块（108）受载很大时，前后移动，这种结构提高锁紧装置的承载能力。

8.根据权利要求5，所述自升式海洋钻井平台抬升方法，其特征在于：随着主浮桩（3）,副浮桩（4）分开，弹簧1（4011）推动弹簧板（4010）沿着T型槽向左运动，弹簧板（4010）又推动副浮桩上销（407）向外伸出，随着副浮桩（4）不断下沉，副浮桩上销（407）与B处接触，此时副浮桩上销（407）不在随副浮桩（4）下沉， 副浮桩销（408）也不在下沉，而副浮桩（4）继续下沉，此时副浮桩销（408）相对于下伸缩块（404）向上运动，此时弹簧弹簧3（4013）就会推着下伸缩块（404）,小轴（402）,副浮桩下销（403）向外运动，从而使副浮桩下销（403）逐渐与C处下表面接触，当副浮桩上销（407）与骨架1（401）接触时，副浮桩（4）不在下沉，此时副浮桩（4）向上向下运动都被限制，实现锁紧，此锁紧装置能够在无电气设备和无驱动时，利用机械结构实现自动锁紧。

9.根据权利要求5，所述自升式海洋钻井平台抬升方法，其特征在于：当副浮桩（4）需要上升的时候，此时不断抽出副浮桩（4）中海水（抽出和灌入海水装置图中未画出），当副浮桩（4）的浮力大于重力一定值时，C处给副浮桩下销（403）上斜面一个向下的力（见图6），这个力使得副浮桩下销（403）有绕小轴（402）向上转的趋势，当转矩达到一定值时，应变片（405）变形，副浮桩下销（403）绕小轴（402）旋转推开应变片（405），副浮桩（4）向上运动的限制被打破，副浮桩（4）向上运动，所以副浮桩（4）和桩腿（2）之间的锁紧装置可以在无电气设备和无驱动时，利用机械结构实现自动解锁。

10.根据权利要求5，所述自升式海洋钻井平台抬升方法，其特征在于：随着副浮桩（4）的上浮，达到步骤5所示位置，与主浮桩（3）接触，此时与主浮桩（3）固连的主浮桩销（409）压着副浮桩上销（407）向右下运动，退回压缩状态，弹簧1（4011）被压缩，同时副浮桩上销（407）也压着副浮桩销（408）向下运动，使得下伸缩块（404）退回原位，副浮桩下销（403）在401的阻挡下，当下伸缩块（404）退回时，又绕小轴（402）旋转，压过应变片（405），退回原位；所以所以副浮桩和桩腿之间的锁紧装置可以在无电气设备和无驱动时，利用机械结构实现各部件自动回到初始位置。