CN104863106B - 一种自升式钻井平台用桩腿 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自升式钻井平台用桩腿，所述桩腿包括若干个上下叠加的节距单元，节距单元是由三个矩形侧面围成的且横截面外缘呈等边三角形的桁架结构，节距单元包括三根支腿弦杆单元，三个矩形侧面依次为第一矩形侧面、第二矩形侧面和第三矩形侧面，每个矩形侧面均包括分别位于该矩形侧面对角线上的主斜撑杆和副斜撑杆；位于所述桩腿顶端的节距单元为顶端节距单元，位于桩腿底端的节距单元为底端节距单元，顶端节距单元还包括水平撑杆和竖直撑杆。与现有技术相比较，本发明的X型结构桩腿在保证了承载能力等重要技术指标的前提下，节省了桩腿的用料，降低了制造成本。

Description

一种自升式钻井平台用桩腿

技术领域

本发明涉及一种桩腿，特别涉及一种自升式钻井平台用桩腿。

背景技术

海洋油气资源的勘探开发，经历了从近海到远海、从浅海到深海的过程。其中自升式钻井平台具有定位能力强和作业稳定性好的优势，在大陆架海域的油气勘探开发中占重要地位。桩腿是自升式钻井平台的关键部位，是支撑自升式钻井平台主船体远离水面，使平台能够正常作业的关键结构，桩腿结构除了支撑平台上部结构的全部重量外，还要能够抵抗海洋环境下的各种外力作用。

随着自升式钻井平台作业水深的加大，桩腿结构尺寸以及重量会随之显著增加，且受风面积大大提升，此时平台在作业和拖航时的稳性会越差，换言之桩腿结构的设计直接关系到整个平台的安全性，因此桩腿结构的设计是自升式钻井平台整体设计中不可忽视的重要环节，并在保证桩腿结构安全的前提下，不断优化桩腿结构型式使其受力更加合理并经济性更佳。

桩腿结构的型式主要与所承受平台的重量、所承受的波浪载荷的大小、平台在动力响应下的强度和稳性、与升降装置的连接方式以及安装方法和制造费用相关。桩腿结构型式主要分为壳体式和桁架式两大类，壳体式桩腿虽然具有制造简单和结构坚固等特点，但一般用于工作水深60～70m，作业水深浅。深水自升式平台多采用桁架式桩腿，桁架式桩腿能够极大地减少水阻力和波浪载荷的影响，从而使作业水深得以大幅提升，能深达120米或者更深。

综上可知，桩腿为平台最重要也是制造最困难的结构，对平台桩腿的设计，强度是最重要考虑的因素，同时也要考虑材料采购，焊接，安装等各方面的合理性和可行性等因素。

而对于桁架式桩腿结构，在现有技术中，一般使用会采用K型、双K型或X型结构，下表为这三种类型桩腿的对比。

通过上表的对比，不难发现K型桩腿不仅杆件数量多，焊接节点多，成本高，且承受的风载荷大，所以与双K型和X型桩腿相比劣势较明显。双K型桩腿使用的杆件数量比X型多，且承受的风载荷也比X型大，但是双K型的技术比X型成熟许多，其精度比起X型桩腿而言要容易控制。美国专利US20030049077A1公开了一种自升式钻井平台的桩腿结构，该桩腿结构即为双K型结构的自升式钻井平台桩腿。但是对于X型桩腿尚未有相关专利的申请记录，其原因在于许多技术难题还未能克服，所以目前对于研制一种杆件数量较少、焊接工作量较小、受风面积较小且在强度等技术指标方面与现有技术中双K型桩腿相当的X型桩腿是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题而提供了一种自升式钻井平台用桩腿，该桩腿不仅用料少、成本低、焊接工程量小、受风面积小，并且其强度大、稳定性好，作业水深也大幅提高。

本发明的目的是这样实现的：

一种自升式钻井平台用桩腿，所述桩腿包括若干个上下叠加的节距单元，所述节距单元是由三个矩形侧面围成的且横截面外缘呈等边三角形的桁架结构，所述节距单元包括三根支腿弦杆单元，所述三根支腿弦杆单元分别设于所述等边三角形的顶点处，所述三个矩形侧面依次为第一矩形侧面、第二矩形侧面和第三矩形侧面；

所述每个矩形侧面均包括分别位于该矩形侧面对角线上的主斜撑杆和副斜撑杆，所述主斜撑杆和副斜撑杆的两端分别与相邻的两根支腿弦杆单元通过焊接相连；

所述节距单元还包括第一内撑杆、第二内撑杆和第三内撑杆，所述主斜撑杆上设有呈左右对称分布的上节点和下节点，所述第一内撑杆的一端与所述第一矩形侧面的下节点相连，所述第一内撑杆的另一端与所述第三矩形侧面的上节点相连，所述第二内撑杆的一端与所述第一矩形侧面的上节点相连，所述第二内撑杆的另一端与所述第二矩形侧面的下节点相连，所述第三内撑杆的一端与所述第二矩形侧面的上节点相连，所述第三内撑杆的另一端与所述第三矩形侧面的下节点相连；

所述副斜撑杆包括位于同一直线上的上短斜撑杆和下短斜撑杆，所述上短斜撑杆一端与所述主斜撑杆中点相连，另一端向上延伸与所述支腿弦杆单元相连，所述下短斜撑杆一端与所述主斜撑杆中点相连，另一端向下延伸与所述支腿弦杆单元相连；

所述主斜撑杆包括位于同一直线上且首尾相连的上主斜撑杆、中主斜撑杆和下主斜撑杆，所述上主斜撑杆和下主斜撑杆的厚度相同且小于所述中主斜撑杆；所述上节点和下节点设于所述中主斜撑杆上，所述第一内撑杆、第二内撑杆、第三内撑杆、上短斜撑杆和下短斜撑杆均连接于所述中主斜撑杆上；

所述支腿弦杆单元呈圆筒形结构，包括一齿条板和分别对称固定于该齿条板前、后侧面上的两个半圆板；

位于所述桩腿顶端的节距单元为顶端节距单元，所述顶端节距单元的每个矩形侧面还包括一与该顶端节距单元的支腿弦杆单元垂直设置的水平撑杆和一与该顶端节距单元的支腿弦杆单元平行设置的竖直撑杆，所述水平撑杆与相邻的两根所述顶端节距单元的支腿弦杆单元通过焊接相连，所述竖直撑杆的一端与所述水平撑杆相连，另一端与所述顶端节距单元的上短斜撑杆相连，所述顶端节距单元齿条板的顶端超出该顶端节距单元半圆板的顶端，所述顶端节距单元齿条板的顶面上设置有焊接坡口；

位于桩腿底端的节距单元为底端节距单元，所述底端节距单元的齿条板的底端超出该底端节距单元半圆板的底端。

上述的一种自升式钻井平台用桩腿，其中，所有所述节距单元的且位于同一侧的支腿弦杆单元上下叠加形成总支腿弦杆，所述总支腿弦杆分为上支腿弦杆和下支腿弦杆，所述上支腿弦杆与下支腿弦杆的长度比为351:19，所述上支腿弦杆上的半圆板的厚度小于所述下支腿弦杆上的半圆板的厚度。

上述的一种自升式钻井平台用桩腿，其中，所述上支腿弦杆上的半圆板的厚度为38.1mm，所述下支腿弦杆上的半圆板的厚度为50mm。

上述的一种自升式钻井平台用桩腿，其中，所述顶端节距单元齿条板的顶端超出该顶端节距单元半圆板的顶端150mm，所述底端节距单元的齿条板的底端超出该底端节距单元半圆板的底端100mm。

上述的一种自升式钻井平台用桩腿，其中，所述上主斜撑杆、中主斜撑杆、下主斜撑杆和副斜撑杆的外径均为273mm，所述中主斜撑杆的厚度为18.26mm，长度为1200mm，所述上主斜撑杆、下主斜撑杆和副斜撑杆的厚度为15.09mm，所述第一内撑杆、第二内撑杆和第三内撑杆的外径均为141.3mm，厚度均为12.7mm；所述齿条板厚度为165.1mm、齿顶宽度为950mm、齿根宽度为550mm，齿条板齿条的压力角为28°、齿条模数为100mm，所述半圆板的外曲率半径为260mm。

上述的一种自升式钻井平台用桩腿，其中，所述主斜撑杆与副斜撑杆之间夹角为120-140°，所述主斜撑杆的上节点和下节点与该主斜撑杆的中点的距离为325mm。

上述的一种自升式钻井平台用桩腿，其中，所述相邻的节距单元的主斜撑杆和副斜撑杆的中心线与所述齿条板中心线的交点之间的距离为250mm。

上述的一种自升式钻井平台用桩腿，其中，所述顶端节距单元的主斜撑杆和水平撑杆中心线与该顶端节距单元的齿条板中心线的交点之间的距离为375mm，所述水平撑杆的中心线与所述顶端节距单元半圆板的顶面之间的距离为600mm。

上述的一种自升式钻井平台用桩腿，其中，所述总支腿弦杆采用调质合金钢制成。

上述的一种自升式钻井平台用桩腿，其中，所述顶端节距单元的焊接坡口角度为5°，钝边长为25mm。

与现有技术相比较，本发明的X型结构桩腿的管件数量减少，管件管壁的厚度减小，节约了材料成本，同时，其管节点的数量也减少，焊接的工程量大大降低。对于本发明中的桩腿不使用水平撑杆，而以主斜撑杆为主要部件，在自升式钻井平台拖航过程中显著减少了受风面积，桩腿所受到的风荷载相应的减少，稳定性好；而在钻井工况下，极大的减小了流荷载和波浪荷载的影响，使得自升式钻井平台作业水深大幅提高。不仅如此，本发明的桩腿满足以上优点的同时，在强度等技术指标上与现有技术中的双K型桩腿相当。

附图说明

图1是本发明的桩腿结构示意图

图2是本发明的节距单元的三维结构示意图；

图3是本发明的节距单元的二维结构示意图；

图4是节距单元的第一矩形侧面处的内部结构图；

图5是图2的俯视图；

图6是本发明中的齿条板的示意图；

图7是本发明中的支腿弦杆单元的结构示意图；

图8是本发明的顶端节距的结构示意图；

图9是本发明的底端节距的结构示意图；

图10是本发明相邻节距单元的主斜撑杆和副斜撑杆处的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作进一步说明。

参阅图2、图3和图5，图中示出了一种自升式钻井平台用桩腿节距，节距单元是由三个矩形侧面围成的且横截面外缘呈等边三角形的桁架结构，节距单元的三个矩形侧面依次为第一矩形侧面1、第二矩形侧面2和第三矩形侧面3。

节距单元包括三根支腿弦杆单元，分别为第一支腿弦杆单元4、第二支腿弦杆单元5、第三支腿弦杆单元6，三根支腿弦杆单元分别设于等边三角形的顶点处。这种三角形桁架结构相比现有技术之中的四边形桩腿结构稳定性更好，且使用的管材数量也减少了。

第一矩形侧面1包括分别位于该矩形侧面对角线上的第一主斜撑杆11和第一副斜撑杆12，第一主斜撑杆11和第一副斜撑杆12的两端分别与相邻的两根支腿弦杆单元通过焊接相连，特别需要注意的是，第一主斜撑杆11和第一副斜撑杆12在第一支腿弦杆单元4上的两个端点之间的距离与第一主斜撑杆11和第一副斜撑杆12在第二根支腿弦杆单元5上的两个端点之间的距离是相等的，第一主斜撑杆11与第一副斜撑杆12之间夹角为120-140°，这样便形成了一个X结构。第一副斜撑杆12包括位于同一直线上的第一上短斜撑杆121和第一下短斜撑杆122，第一上短斜撑杆121一端与第一主斜撑杆11中点相连，另一端向上延伸与第一支腿弦杆单元4相连，第一下短斜撑杆122一端与第一主斜撑杆11中点相连，另一端向下延伸与第二支腿弦杆单元5相连。这使得整个桩腿大量采用短构件，材料利用率显著提高，可节省大量的钢材和节约建造成本。

第二矩形侧面2包括分别位于该矩形侧面对角线上的第二主斜撑杆21和第二副斜撑杆22，第二主斜撑杆21和第二副斜撑杆22的两端分别与相邻的两根支腿弦杆单元通过焊接相连，特别需要注意的是，第二主斜撑杆21和第二副斜撑杆22在第二支腿弦杆单元5上的两个端点之间的距离与第二主斜撑杆21和第二副斜撑杆22在第三根支腿弦杆单元6上的两个端点之间的距离是相等的，第二主斜撑杆21与第二副斜撑杆22之间夹角为120-140°。第二副斜撑杆22包括位于同一直线上的第二上短斜撑杆221和第二下短斜撑杆222，第二上短斜撑杆221一端与第二主斜撑杆21中点相连，另一端向上延伸与第二支腿弦杆单元5相连，第二下短斜撑杆222一端与第二主斜撑杆21中点相连，另一端向下延伸与第三支腿弦杆单元6相连。

第三矩形侧面3包括分别位于该矩形侧面对角线上的第三主斜撑杆31和第三副斜撑杆32，第三主斜撑杆31和第三副斜撑杆32的两端分别与相邻的两根支腿弦杆单元通过焊接相连，特别需要注意的是，第三主斜撑杆31和第三副斜撑杆32在第三支腿弦杆单元6上的两个端点之间的距离与第三主斜撑杆31和第三副斜撑杆32在第一根支腿弦杆单元4上的两个端点之间的距离是相等的，第三主斜撑杆31与第三副斜撑杆32之间夹角为120-140°。第三副斜撑杆32包括位于同一直线上的第三上短斜撑杆321和第三下短斜撑杆322，第三上短斜撑杆321一端与第三主斜撑杆31中点相连，另一端向上延伸与第三支腿弦杆单元6相连，第三下短斜撑杆322一端与第三主斜撑杆31中点相连，另一端向下延伸与第一支腿弦杆单元4相连。

第一主斜撑杆11、第二主斜撑杆21和第三主斜撑杆31的外径均为273mm，第一副斜撑杆12、第二副斜撑杆22和第三副斜撑杆32的外径均为273mm、厚度为15.09mm。

有的自升式钻井平台的桩腿节距一般都会采用水平撑杆结构，而本发明之中的桩腿节距均使用斜撑杆结构，因此在拖航过程中显著减少了受风面积，桩腿所受到的风荷载相应的减少，稳定性好；而在钻井工况下，极大的减小了流荷载和波浪荷载的影响，使得自升式钻井平台作业水深大幅提高。

参阅图2和图4，一种自升式钻井平台用桩腿的节距单元还包括第一内撑杆7、第二内撑杆8和第三内撑杆9。第一内撑杆7、第二内撑杆8和第三内撑杆9的外径均为141.3mm，厚度均为12.7mm。第一主斜撑杆11上设有呈左右对称分布的第一上节点111和第一下节点112，第一主斜撑杆的上节点111和下节点112与该主斜撑杆的中点的距离为325mm。第二主斜撑杆上21设有呈左右对称分布的第二上节点和第二下节点，第二上节点和第二下节点与该主斜撑杆的中点的距离为325mm。第三主斜撑杆上31设有呈左右对称分布的第三上节点和第三下节点，第三上节点和第三下节点与该主斜撑杆的中点的距离为325mm。以上将节点对称分布且距离设计成325mm主要是为了防止应力集中，且该设计也方便了焊接。

第一内撑杆7的一端与第一下节点112相连，第一内撑杆7的另一端与第三上节点相连，第二内撑杆8的一端与第一上节点111相连，第二内撑杆8的另一端与第二下节点相连，第三内撑杆9的一端与第二上节点相连，第三内撑杆9的另一端与第三下节点相连。三根内撑杆在两根主斜撑杆之间起到支撑作用，且其形成一类似三角形的稳定结构，使得自升式钻井平台的桩腿稳定性更好。本发明中的内撑杆使用交叉连接的方式固定于主斜撑杆上，而现有技术内撑杆的连接方式一般是在同一平面内，这两种内撑杆的连接方式相比，交叉连接能使得桩腿的稳定性更好。

需要注意的是，上述的第一主斜撑杆11、第二主斜撑杆21和第三主斜撑杆31还具有特殊之处，由于第一主斜撑杆11、第二主斜撑杆21和第三主斜撑杆31具有相同的结构尺寸，故以第一主斜撑杆11为例进行介绍。第一主斜撑杆11包括位于同一直线上且首尾焊接相连的第一上主斜撑杆113、第一中主斜撑杆114和第一下主斜撑杆115，第一上主斜撑杆113的上端与第二支腿弦杆5通过焊接相连，第一上主斜撑杆113的下端与第一中主斜撑杆114的上端通过焊接相连，第一中主斜撑杆114的下端与第一下主斜撑杆115的上端通过焊接相连，第一下主斜撑杆115的下端与第一支腿弦杆4通过焊接相连；第一上主斜撑杆113和第一下主斜撑杆115的外径为273mm，厚度为15.09mm，第一中主斜撑杆114的外径为273mm，厚度为18.26mm，长度L10为1200mm。还需要注意的是，所有的内撑杆、上短斜撑杆和下短斜撑杆都是焊接于中间主斜撑杆上的。这样设计的原因是在主斜撑杆离中心点处不仅焊接上、下短斜撑杆，还焊接有内撑杆，此处应力非常集中，容易导致撑杆破断，因此为了防止应力过大，局部加厚此段主斜撑杆厚度。主斜撑杆中间厚两边薄的措施，不仅起到结构加强的作用，还节约了钢材的大量成本。中主斜撑杆的长度L10为1200mm，一是为了避开高应力集中区，二是方便内撑杆焊接。

参阅图6和图7，自升式钻井平台节距单元的三根支腿弦杆单元具有相同的结构，现以第一支腿弦杆单元4为例对其结构进行介绍。第一支腿弦杆单元4呈圆筒形结构，该支腿弦杆单元包括两个半圆板41和一齿条板42，两个半圆板41分别对称固定于齿条板42前、后侧面上的；齿条板42的厚度L1为165.1mm、齿顶宽度L2为950mm、齿根宽度L3为550mm，齿条板42齿条的压力角为28°、齿条模数(即相邻两齿同侧轮廓间的齿距与圆周率的比值)为100mm，两个半圆板41的外曲率半径R1为260mm。

参阅图1、图8和图9，位于桩腿顶端的节距单元为顶端节距单元10，顶端节距单元的每个矩形侧面还包括一与该顶端节距单元的支腿弦杆单元101垂直设置的水平撑杆102和一与该顶端节距单元的支腿弦杆单元101平行设置的竖直撑杆103，水平撑杆102与相邻的两根顶端节距单元的支腿弦杆单元101通过焊接相连，竖直撑杆103的一端与水平撑杆102相连，另一端与顶端节距单元的上短斜撑杆104相连，顶端节距单元齿条板105的顶端超出该顶端节距单元半圆板106的顶端的距离L4为150mm，顶端节距单元齿条板105的顶面上设置有焊接坡口108，焊接坡口108的角度为5°，钝边长L5为25mm。这样的设计有利于自升式钻井平台在不同海域的作业，在正常情况下，使用本发明的桩腿即可进行作业，但如果发现作业的海域变深之后，可随时在桩腿的顶端再接一段，使桩腿的长度变长，从而加大了自升式钻井平台的作业深度，满足不同水域的作业情况。顶端节距单元的主斜撑杆107和水平撑杆102中心线与该顶端节距单元的齿条板105中心线的交点之间的距离L6为375mm，以上将距离设计成375mm主要是为了防止应力集中，且该设计也方便了焊接。水平撑杆102的中心线与顶端节距单元半圆板106的顶面之间的距离L7为600mm。

位于桩腿底端的节距单元为底端节距单元20，底端节距单元的齿条板201的底端超出该底端节距单元半圆板202的底端的距离L8为100mm。

相邻的节距单元的主斜撑杆和副斜撑杆的中心线与齿条板中心线的交点之间的距离L9为250mm，这样的设计主要是为了留下间隙便于焊接。

所有节距单元的且位于同一侧的支腿弦杆单元上下叠加形成总支腿弦杆，总支腿弦杆分为上支腿弦杆30和下支腿弦杆40，上支腿弦杆30与下支腿弦杆40的长度比为351:19，上支腿弦杆30上的半圆板的厚度为38.1mm，下支腿弦杆40上的半圆板的厚度为50mm。这里需要注意的是，本发明中的半圆板的厚度在靠近桩腿底部处会变厚，这样的设计是基于桩腿底部所受到的力较大，在底部加大半圆板的厚度可使得自升式钻井平台整体的稳定性更好。

自升式钻井平台用桩腿的总支腿弦杆采用ASTMA517GRQ高强度调质合金钢制成，主斜撑杆和副斜撑杆采用API5Lx100高强度钢制成，内撑杆采用API5Lx52高强度钢制成。

以上是本发明所有技术特征的具体描述，下面通过几组数据的对比，展示出了本发明与现有技术相比的有益效果。

表1

桩腿部件尺寸	现有双K型桩腿结构	本发明的X型
			齿条板厚度(mm)	177.8	165.1
齿顶宽度(mm)	838.2	950
			齿根宽度(mm)	464.7	550
齿条板模数	97	100
			压力角	30°	28°
半圆板外曲率半径(mm)	222.25	260
			半圆板厚度(mm)	82.55	38.1(50)

表1中本发明的半圆板厚度有两种不同规格，上支腿弦杆30的半圆板厚度为38.1mm，下支腿弦杆40的半圆板厚度为50mm。

表1为现有技术之中某一型号双K型桩腿与本发明的X型桩腿的部件尺寸对比表。对于齿条板厚度、齿顶宽度和齿根宽度这三个参数，本发明的X型桩腿结构的齿条板厚度比现有的双K型桩腿结构要薄7％，但是齿条宽度要高出12％。改进齿条板尺寸的设计，是基于设计中发现，齿条板的作用是承受桩腿结构沿齿条板宽度方向的弯曲变形，而沿厚度方向的弯曲变形主要是通过半圆板来承受的。因此，本发明提出的齿条板尺寸，就是遵行了这一构件受力的原则。本发明提出的齿条板在单位长度上的重量与双K型桩腿结构的齿条板基本相同，因此仅从齿条板这一项上，在没有增加材料重量和成本的基础上，根据力的分布情况合理优化的齿条板尺寸，材料的选择更加合理。

对于齿条板模数和压力角这两个参数，本发明的齿条板的模数和压力角分别为100和28°，这是在综合考虑齿轮齿条啮合的受力情况及齿根处的抗剪切强度后选取的。因为齿条模数越大，齿条承受外载荷的能力越强；压力角越大，齿根处的抗剪切强度越好。本发明设计的齿形，经过了仔细周全的强度计算，综合考虑了上述因素，在一定范围内比较后，最终选取的齿条模数为100和压力角为28°。

对于半圆板的内外曲率半径这两个参数，本发明设计的半圆板外曲率半径较现有的双K型桩腿结构的半圆板外曲率半径要大，这主要是因为齿条板宽度加宽了的缘故。此外，半圆板的厚度大大的缩小，上支腿弦杆30的半圆板厚度仅为双K型桩腿结构半圆板厚度的46％，下支腿弦杆的半圆板厚度为双K型桩腿结构半圆板厚度的61％。这样设计的原因是，我们在设计过程中发现，半圆板的作用主要是承受齿条板厚度方向上的弯曲载荷。由于半圆板的形状，导致其承受沿齿条板厚度方向上的弯曲载荷的能要要比普通钢板要强许多，并且经过细致精确的计算，本发明设计的半圆板厚度尺寸能足够满足桩腿主弦杆的强度要求，因此本发明较大的减小了半圆的厚度是合理可靠的。与此同时，半圆板厚度的减少，大大减少了材料的重量：考虑到一个弦杆由两部分半圆板组成，一根桩腿有3根主弦杆，一个平台至少有三根桩腿，且桩腿长度超过100米，采用本发明的半圆板厚度的桩腿结构与现有桩腿结构的重量相比，减少了38.6％的桩腿重量，显而易见，该项能够节省大量材料以及降低采购成本。

表2

表2为本发明中主斜撑杆、副斜撑杆和内撑杆的尺寸等一些基本信息以及与现有技术双K型桩腿的对比数据。

从材料的选择来看，本发明X型桩腿结构采用的斜撑杆和内撑杆材料比现有技术中双K型的质量要好，即材料的屈服强度和抗拉强度要高；但是也能够很明显的看出，双K型的材料尺寸及厚度要比X型桩腿结构大得多。本发明用较好的材料搭配较小的构件尺寸的斜撑杆和内撑杆的方案，与现有的双K型方案相比，从结构重量上，大大降低了结构重量，同时也保证了结构强度。

现有技术中的双K型桩腿在一段节距单元内从上表可以看出，斜撑的构件数量比本发明的X型桩腿多。构件数量多导致焊接次数也多，导致难度增加，建造成本相应增加。

现有技术中双K型桩腿内撑杆的连接方式是在同一平面内，虽然也起到固定整个桁架结构，但没有本发明的X型桩腿内撑杆交叉连接来的稳定，且承受能力也比较小。

在主弦杆间距离、单段节距长度都相同的情况下，本发明的X型桩腿的斜撑杆长度仅为现有技术中K型斜撑杆长度90％。因此从长度上考虑，本发明的X型桩腿也比现有技术中K型桩腿更加节省材料。

表3

技术效果	现有双K型桩腿结构	本发明的X型
			风载荷KN	68.369	61.390
波浪载荷KN	1111.3	809

在相同自存工况下，水深为106.7m，风向浪向为0°时，气隙高度为15.24m，双K型桩腿结构与本发明的X型桩腿受力情况如表3。由于X型桩腿管径小，相对双K型桩腿结构而言，受到的外荷载显著降低，风荷载减小了10％，波浪荷载减小了27％。

经过上述分析，我们可以清楚的了解到，相比较双K型桩腿而言，本发明中X型桩腿设计成如表1和表2中的尺寸是有很大改进的。通过研究桩腿各个部件的受力情况及其特点，在满足各部件受力要求和承载能力的情况下，改变桩腿各个部件的尺寸，节约了大量成本的同时也不影响自升式钻井平台的作业能力,表3列举了桩腿不同的技术参数，从双K型和X型桩腿的技术效果的对比之中，可知本发明专利的性能较现有技术中双K型桩腿更好。

本发明中将桩腿节距的截面设置成了三角形结构，比起四边形结构使用的管材数量减少，且本发明均使用斜撑杆结构，在相同情况下其比水平撑杆结构受到的力小得多，同时，本发明还大量使用到了短构件，材料利用率显著提高。本发明还通过与现有技术中的双K型桩腿进行细致的对比并使用有限元计算，得到了各部件的最优化尺寸，在承载能力与双K型桩腿相近的情况下，节约了材料从而成本降低。本发明中的桩腿节距不使用水平撑杆以主斜撑杆为主要部件，在自升式钻井平台拖航过程中显著减少了受风面积，桩腿所受到的风荷载相应的减少，稳定性好；而在钻井工况下，极大的减小了流荷载和波浪荷载的影响，使得自升式钻井平台作业水深大幅提高，并且使用三角型桁架结构也可增加桩腿的稳定性。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种自升式钻井平台用桩腿，所述桩腿包括若干个上下叠加的节距单元，其特征在于，

所述节距单元是由三个矩形侧面围成的且横截面外缘呈等边三角形的桁架结构，所述节距单元包括三根支腿弦杆单元，所述三根支腿弦杆单元分别设于所述等边三角形的顶点处，所述三个矩形侧面依次为第一矩形侧面、第二矩形侧面和第三矩形侧面；

每个所述矩形侧面均包括分别位于该矩形侧面对角线上的主斜撑杆和副斜撑杆，所述主斜撑杆和副斜撑杆的两端分别与相邻的两根支腿弦杆单元通过焊接相连；

所述节距单元还包括第一内撑杆、第二内撑杆和第三内撑杆，所述主斜撑杆上设有呈左右对称分布的上节点和下节点，所述第一内撑杆的一端与所述第一矩形侧面的下节点相连，所述第一内撑杆的另一端与所述第三矩形侧面的上节点相连，所述第二内撑杆的一端与所述第一矩形侧面的上节点相连，所述第二内撑杆的另一端与所述第二矩形侧面的下节点相连，所述第三内撑杆的一端与所述第二矩形侧面的上节点相连，所述第三内撑杆的另一端与所述第三矩形侧面的下节点相连；

所述副斜撑杆包括位于同一直线上的上短斜撑杆和下短斜撑杆，所述上短斜撑杆一端与所述主斜撑杆中点相连，另一端向上延伸与所述支腿弦杆单元相连，所述下短斜撑杆一端与所述主斜撑杆中点相连，另一端向下延伸与所述支腿弦杆单元相连；

所述主斜撑杆包括位于同一直线上且首尾相连的上主斜撑杆、中主斜撑杆和下主斜撑杆，所述上主斜撑杆和下主斜撑杆的厚度相同且小于所述中主斜撑杆，所述上节点和下节点设于所述中主斜撑杆上，所述第一内撑杆、第二内撑杆、第三内撑杆、上短斜撑杆和下短斜撑杆均连接于所述中主斜撑杆上；

所述支腿弦杆单元呈圆筒形结构，包括一齿条板和分别对称固定于该齿条板前、后侧面上的两个半圆板；

位于所述桩腿顶端的节距单元为顶端节距单元，所述顶端节距单元的每个矩形侧面还包括一与该顶端节距单元的支腿弦杆单元垂直设置的水平撑杆和一与该顶端节距单元的支腿弦杆单元平行设置的竖直撑杆，所述水平撑杆与相邻的两根所述顶端节距单元的支腿弦杆单元通过焊接相连，所述竖直撑杆的一端与所述水平撑杆相连，另一端与所述顶端节距单元的上短斜撑杆相连，所述顶端节距单元齿条板的顶端超出该顶端节距单元半圆板的顶端，所述顶端节距单元齿条板的顶面上设置有焊接坡口；

位于桩腿底端的节距单元为底端节距单元，所述底端节距单元的齿条板的底端超出该底端节距单元半圆板的底端。

2.如权利要求1所述的一种自升式钻井平台用桩腿，其特征在于，所有所述节距单元的且位于同一侧的支腿弦杆单元上下叠加形成总支腿弦杆，所述总支腿弦杆分为上支腿弦杆和下支腿弦杆，所述上支腿弦杆与下支腿弦杆的长度比为351:19，所述上支腿弦杆上的半圆板的厚度小于所述下支腿弦杆上的半圆板的厚度。

3.如权利要求2所述的一种自升式钻井平台用桩腿，其特征在于，所述上支腿弦杆上的半圆板的厚度为38.1mm，所述下支腿弦杆上的半圆板的厚度为50mm。

4.如权利要求1所述的一种自升式钻井平台用桩腿，其特征在于，所述顶端节距单元齿条板的顶端超出该顶端节距单元半圆板的顶端150mm，所述底端节距单元的齿条板的底端超出该底端节距单元半圆板的底端100mm。

5.如权利要求1所述的一种自升式钻井平台用桩腿，其特征在于，所述上主斜撑杆、中主斜撑杆、下主斜撑杆和副斜撑杆的外径均为273mm，所述中主斜撑杆的厚度为18.26mm，长度为1200mm，所述上主斜撑杆、下主斜撑杆和副斜撑杆的厚度为15.09mm，所述第一内撑杆、第二内撑杆和第三内撑杆的外径均为141.3mm，厚度均为12.7mm；所述齿条板厚度为165.1mm、齿顶宽度为950mm、齿根宽度为550mm，齿条板齿条的压力角为28°、齿条模数为100mm，所述半圆板的外曲率半径为260mm。

6.如权利要求1所述的一种自升式钻井平台用桩腿，其特征在于，所述主斜撑杆与副斜撑杆之间夹角为120-140°，所述主斜撑杆的上节点和下节点与该主斜撑杆的中点的距离为325mm。

7.如权利要求1所述的一种自升式钻井平台用桩腿，其特征在于，所述相邻的节距单元的主斜撑杆和副斜撑杆的中心线与所述齿条板中心线的交点之间的距离为250mm。

8.如权利要求1所述的一种自升式钻井平台用桩腿，其特征在于，所述顶端节距单元的主斜撑杆和水平撑杆中心线与该顶端节距单元的齿条板中心线的交点之间的距离为375mm，所述水平撑杆的中心线与所述顶端节距单元半圆板的顶面之间的距离为600mm。

9.如权利要求2所述的一种自升式钻井平台用桩腿，其特征在于，所述总支腿弦杆采用调质合金钢制成。

10.如权利要求1所述的一种自升式钻井平台用桩腿，其特征在于，所述顶端节距单元的焊接坡口角度为5°，钝边长为25mm。