CN105133661A - 一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，属于海洋装备技术领域。该封隔器包括：中空柱状的桩腿(2)、均布在桩腿内部上方一周的若干导向块(3)；位于导向块下方紧贴桩腿内壁一周的膨胀囊模块；置于膨胀囊模块下方呈环状的阻泥环组件，用于固定吊入桩腿(2)内部的导管架套筒(1)。本发明与现有技术相比，其有益效果在于该膨胀式封隔器对导管架套管无损伤，提高了安装导管架的安全性能；封隔器与桩腿连接为一体结构紧凑、封堵压力可控、对导管架破坏小、操作和封堵过程安全可靠。

Description

一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器

技术领域

本发明海洋装备技术领域，具体是一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器。

背景技术

海洋油气资源开发对我国的发展和能源安全具有重要的战略意义。在海洋油气资源的开采过程中，管道输送仍然是主要的输送方式。随着海底油气管道输送网的增多，海上油气平台的建设也不断增多，海上油气平台的稳定性，主要靠海底桩基的牢固性，为了使油气平台不受海浪和海流的影响，需要对油气平台海底导管架套筒和桩腿之间的空隙进行封堵形成闭合的灌浆空间，待水泥浆凝固之后，便可将导管架与桩腿牢固的固定在一起。

膨胀式封隔器是用于导管架在安装过程中的一种重要装置，它通过作业船上的灌浆系统对封隔器的膨胀囊进行注水或灌浆，使桩腿和导管架的套筒之间的空隙进行封堵形成闭合的灌浆空间，再对桩腿和导管架套筒之间的空隙进行灌浆，使导管架牢固的固定在桩腿上，保障海上油气平台工作的稳定性。目前国内的封隔器都是外胀式，主要应用于封堵油气管道，属于柱状封堵。而导管架套筒和桩腿之间的封堵属于环状封堵，目前尚无此类封堵器解决环状封堵的问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，目前尚无封堵器解决环状封堵的问题，本发明公开一种基于桩腿的膨胀式封隔器，通过作业船上的灌浆系统对其进行注水或灌浆，使封隔器内的膨胀囊膨胀对桩腿和导管架套筒之间空隙进行封堵作业，形成闭合的灌浆空间，承受水泥浆和水的压力为水泥浆提供密封的底座。

为了解决上述的技术问题，本发明提出的基本技术方案为：

一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，包括中空柱状的桩腿、均布在桩腿内部上方一周的若干导向块、位于导向块下方紧贴桩腿内壁一周的膨胀囊模块和置于膨胀囊模块下方呈环状的阻泥环组件，用于固定吊入桩腿内部的导管架套筒。

当导管架套筒放入桩腿中空的内部进入封隔器时，桩腿一周均布的导向块起导向作用，保障导管架套筒顺利吊入封隔器的核心组件膨胀囊模块处。

优选的，膨胀囊模块包括膨胀囊主体、垂直于膨胀囊主体外侧中部的灌浆口模块和膨胀囊主体顶部的排气口模块，膨胀囊主体在注水或灌浆的过程中需要将膨胀囊主体内的空气排出，使水或水泥浆顺利的灌入到膨胀囊主体中，待膨胀囊主体中的空气排尽后，排气口进行封闭，使水或水泥浆留在膨胀囊主体中并产生压力抱紧导管架套筒，形成闭合的灌浆空间。

优选的，膨胀囊主体上方设置膨胀囊上挡圈和膨胀囊下挡圈，在膨胀囊灌浆的过程中约束膨胀囊主体进行轴向膨胀，保证膨胀囊主体进行径向膨胀。

优选的，膨胀囊上挡圈和膨胀囊下挡圈上均布若干个膨胀囊上挡圈加强筋和膨胀囊下挡圈加强筋，用于膨胀囊挡圈有效约束膨胀囊主体的轴向膨胀。

优选的，灌浆口模块包括：垂直于膨胀囊主体一侧和膨胀囊主体连为一体的膨胀囊灌浆嘴，保证膨胀囊主体的密闭性和承压能力；焊接在桩腿上的灌浆固定块，灌浆固定块设置开口向上的灌浆管连接孔，便于与灌浆管连接；对膨胀囊灌浆嘴和固定块进行螺纹紧固密封的中心开螺纹孔螺帽；用于旋紧膨胀囊灌浆嘴开口一侧灌浆口的旋转螺钉，膨胀囊灌浆嘴和旋转螺钉之间放置有弹簧垫圈，防止螺钉松动。

螺钉上的侧面孔和固定块的灌浆口相通时开始灌浆，待灌浆完成后，旋转螺钉关闭灌浆口防止膨胀囊主体卸压。

优选的，排气口模块包括：设置在膨胀囊主体顶部和膨胀囊主体连接与一体的膨胀囊排气嘴，保证膨胀囊主体的强度和排气口的密闭性；膨胀囊排气嘴顶部外侧一周设置一套筒，用于连接下部的膨胀囊排气嘴；套筒内部从底部向上依次设置一排气活塞和一复位弹簧；套筒的顶部设置有中心开孔螺帽，用于扣合并锁紧套筒上部的复位弹簧。

膨胀囊主体灌浆前，封隔器在海底受到海水的压力，该压力通过中心开孔螺帽上的中心孔传递到复位弹簧和排气活塞上，在压力作用下排气活塞下端与膨胀囊排气嘴上端紧密接合，防止海水进入膨胀囊主体。排气口在灌浆过程中及时排出膨胀囊主体内的气体，保证了排气口的封闭和不能排除膨胀囊主体内注入的水或水泥浆。

优选的，导管架套筒继续下放，会穿过阻泥环组件，阻泥环组件包括至少一组阻尼环，每组阻尼环由阻尼环固定挡圈、阻泥环和阻泥环垫圈组成，其中：阻泥环固定挡圈焊接在桩腿内部，阻泥环由上侧的阻泥环固定挡圈和下侧的阻泥环垫圈夹紧，通过连接螺栓旋入连接螺母进行连接。

阻泥环的内径小于导管架套筒的外径，当导管架套筒穿过阻泥环组件后，通过阻泥环的弹性将导管架套筒抱紧。阻泥环可以防止泥沙进入桩腿，保障了膨胀囊主体的安全性。

优选的，导向块界面采用直角梯形实体，在导管架套筒下放的过程中，起到导向的作用，保证导管架套筒顺利穿过膨胀囊模块避免了破坏膨胀囊主体。

优选的，膨胀囊主体采用柔性的弹性体，在膨胀囊夹紧导管架套筒的过程中，对其没有损伤，保障膨胀囊主体的安全性。

本发明提供的基于海底桩腿的膨胀式封隔器将导管架套筒和桩腿之间的空隙进行封堵形成闭合的灌浆空间，承受水泥浆和水的压力，为水泥浆提供密封的底座。该膨胀式封隔器的有益效果在于：

1、对导管架套管无损伤，提高了安装导管架的安全性能；

2、封隔器与桩腿连接为一体结构紧凑、封堵压力可控、对导管架破坏小、操作和封堵过程安全可靠。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器主视图；

图2为本发明提供的一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器的膨胀式封隔囊排气口模块主视图；

图3为本发明提供的一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器的膨胀式封隔囊灌浆口模块主视图；

图中标识说明：1-导管架套筒，2-桩腿，3-导向块，4-膨胀囊上挡圈加强筋，5-膨胀囊下挡圈加强筋，6-阻尼环固定挡圈，7-阻尼环，8-阻泥环垫圈，9-连接螺母，10-连接螺栓，11-膨胀囊下挡圈，12-膨胀囊主体，13-膨胀囊上挡圈，14-中心开孔螺帽，15-排气活塞，16-套筒，17-膨胀囊排气嘴，18-复位弹簧，19-中心开螺纹孔螺帽，20-弹簧垫圈，21-旋转螺钉，22-膨胀囊灌浆嘴，23-固定块。

具体实施方式

以下将结合附图1至附图3和实施例对本发明做进一步的说明，但不应以此来限制本发明的保护范围。

一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，包括：

中空柱状的桩腿2、均布在桩腿内部上方一周的若干导向块3；

位于导向块下方紧贴桩腿内壁一周的膨胀囊模块；

置于膨胀囊模块下方呈环状的阻泥环组件，用于固定吊入桩腿2内部的导管架套筒1。

实施例

如附图1至附图3所示，作业船上的灌浆系统安装海上油气田导管架，基于海底桩腿的膨胀式封隔器，对封隔器暗藏的膨胀囊进行注水或灌浆使膨胀囊膨胀，对桩腿和导管架套筒之间的空隙进行封堵形成闭合的灌浆空间，承受水泥浆和水的压力，为水泥浆提供密封的底座。

基于海底桩腿的膨胀式封隔器具体包括：中空柱状的桩腿2、均布在桩腿内部上方一周的若干导向块3，导向块2界面采用直角梯形实体；位于导向块下方紧贴桩腿内壁一周的膨胀囊模块；置于膨胀囊模块下方呈环状的阻泥环组件，用于固定吊入桩腿2内部的导管架套筒1。

膨胀囊模块包括采用柔性弹性材料的膨胀囊主体12、垂直于膨胀囊主体12外侧中部的灌浆口模块和膨胀囊主体12顶部的排气口模块。膨胀囊主体12上方设置膨胀囊上挡圈13和膨胀囊下挡圈11。膨胀囊上挡圈13上均布若干个膨胀囊上挡圈加强筋4，膨胀囊下挡圈11上均布若干个膨胀囊下挡圈加强筋5。

灌浆口模块包括：垂直于膨胀囊主体12一侧和膨胀囊主体连为一体的膨胀囊灌浆嘴22；焊接在桩腿2上的灌浆固定块23，灌浆固定块23设置开口向上的灌浆管连接孔；对膨胀囊灌浆嘴22和固定块23进行螺纹紧固的中心开螺纹孔螺帽19；关闭膨胀囊灌浆嘴22开口一侧灌浆口的旋转螺钉21；膨胀囊灌浆嘴22和旋转螺钉21之间放置有弹簧垫圈20，防止螺钉21松动。

排气口模块包括：设置在膨胀囊主体12顶部和膨胀囊主体12连接与一体的膨胀囊排气嘴17；膨胀囊排气嘴17顶部外侧一周设置一套筒16；套筒内部从底部向上依次设置一排气活塞15和一复位弹簧18；套筒16的顶部设置有中心开孔螺帽14。

阻泥环组件包括至少一组阻尼环，每组阻尼环由阻尼环固定挡圈6、阻泥环7和阻泥环垫圈8组成，其中：泥环固定挡圈6焊接在桩腿2内部，阻泥环7由上侧的阻泥环固定挡圈6和下侧的阻泥环垫圈8夹紧，通过连接螺栓10旋入连接螺母9进行固定。阻泥环7采用弹性材料，且内径小于导管架套筒1的外径。

膨胀式封隔器注水或灌浆过程中压力是可控的，在膨胀囊主体12灌浆前，封隔器在海底受到海水的压力，其压力通过中心开孔螺帽14上的中心孔传递到排气活塞15上，及复位弹簧18的作用下使排气活塞15下端与膨胀囊排气嘴17上端紧密接合，防止海水进入膨胀囊主体12。在膨胀囊主体12注水或灌浆的过程中，随着膨胀囊主体12内的压力不断增大，将压力通过膨胀囊排气嘴17的中心孔传递到排气活塞15上，推动其向上运动，并使气体从排气活塞15与套筒16之间的缝隙排出。当气体排尽之后，膨胀囊主体12中注入的水或水泥浆再次使排气活塞15向上运动，直至与中心开孔螺帽14接合将排气孔堵住形成闭合空间，使膨胀囊主体12在灌浆压力作用下抱紧导管架套筒1。

排气孔模块在灌浆过程中控制住灌浆压力，可以让气体顺利从排气孔排出，当气体排尽之后，增大灌浆压力，进而可以将排气孔封闭形成密闭的压力空间，使膨胀囊主体12将桩腿2和导管架套管1之间的空隙封堵形成闭合的灌浆空间。

此基于海底桩腿的膨胀式封隔器主要用于内径在φ2000～2500mm范围内管道的封堵工作，封隔器的封堵工作不受水深和灌浆重量的影响。该膨胀式封隔器工作时，在膨胀囊上下挡圈的约束作用下，使膨胀囊有效的进行径向膨胀将桩腿和导管架套筒之间的空隙进行封堵形成闭合的灌浆空间。本发明的积极效果在于：该膨胀式封隔器能承受水泥浆和水的压力，为水泥浆提供密封坚实的底座；膨胀式封隔器与桩腿连接为一体，结构紧凑、封堵压力可控、对导管架的破坏小、封堵过程安全可靠，能够满足导管架在海底灌浆固定的作业要求。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，其特征在于，包括：

中空柱状的桩腿(2)、均布在桩腿内部上方一周的若干导向块(3)；

位于导向块下方紧贴桩腿内壁一周的膨胀囊模块；

置于膨胀囊模块下方呈环状的阻泥环组件，用于固定吊入桩腿(2)内部的导管架套筒(1)。

2.如权利要求1所述的一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，其特征在于，膨胀囊模块包括膨胀囊主体(12)、垂直于膨胀囊主体(12)外侧中部的灌浆口模块和膨胀囊主体(12)顶部的排气口模块。

3.如权利要求2所述的一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，其特征在于，膨胀囊主体(12)上方设置膨胀囊上挡圈(13)和膨胀囊下挡圈(11)。

4.如权利要求3所述的一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，其特征在于，膨胀囊上挡圈(13)上均布若干个膨胀囊上挡圈加强筋(4)，膨胀囊下挡圈(11)上均布若干个膨胀囊下挡圈加强筋(5)。

5.如权利要求2至4任一项所述的一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，其特征在于，灌浆口模块包括：

垂直于膨胀囊主体(12)一侧和膨胀囊主体连为一体的膨胀囊灌浆嘴(22)；

焊接在桩腿(2)上的灌浆固定块(23)，灌浆固定块(23)设置开口向上的灌浆管连接孔；

对膨胀囊灌浆嘴(22)和固定块(23)进行螺纹紧固的中心开螺纹孔螺帽(19)；

旋紧膨胀囊灌浆嘴(22)开口一侧灌浆口的旋转螺钉(21)；

膨胀囊灌浆嘴(22)和旋转螺钉(21)之间放置有弹簧垫圈(20)，防止螺钉(21)松动。

6.如权利要求2至5任一项所述的一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，其特征在于，排气口模块包括：

设置在膨胀囊主体(12)顶部和膨胀囊主体(12)连接与一体的膨胀囊排气嘴(17)；

膨胀囊排气嘴(17)顶部外侧一周设置一套筒(16)；

套筒(16)内部从底部向上依次设置一排气活塞(15)和一复位弹簧(18)；

套筒(16)的顶部设置有中心开孔螺帽(14)。

7.如权利要求1所述的一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，其特征在于，阻泥环组件包括至少一组阻尼环，每组阻尼环由阻尼环固定挡圈(6)、阻泥环(7)和阻泥环垫圈(8)组成，其中：

泥环固定挡圈(6)焊接在桩腿(2)内部，阻泥环(7)由上侧的阻泥环固定挡圈(6)和下侧的阻泥环垫圈(8)夹紧，通过连接螺栓(10)旋入连接螺母(9)进行固定。

8.如权利要求7所述的一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，其特征在于，阻泥环(7)采用弹性材料，且内径小于导管架套筒(1)的外径。

9.如权利要求1所述的一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，其特征在于，导向块(2)界面采用直角梯形实体。

10.如权利要求1所述的一种基于海底桩腿的膨胀式封隔器，其特征在于，膨胀囊主体(12)采用柔性的弹性体。