CN105539751A - 一种半潜式钻井平台和压缩空气调压载系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩空气调压载方法，包括压载水舱的压载方法，压载方法包括以下步骤：步骤A1：在压载水舱的压载过程中，首先打开进气阀，通过U型管向压载水舱注入压缩空气，使U型管内的水柱挤入压载水舱；步骤A2：将进气阀关闭，将排气阀打开，压载水舱内的压缩空气通过U型管排出，压载水舱内的压载水位升高；步骤A3：在压载水舱压载完成后，关闭排气阀，打开进水阀向U型管注入水柱，使水柱高度与水平面相同。本发明还公开了一种压缩空气调压载系统和半潜式钻井平台。本发明通过进水管路向U型管内注入水柱，利用水柱行成水封，使压载水舱内外压力平衡，以提高压缩空气调压载系统的可靠性和稳定性。

Description

一种半潜式钻井平台和压缩空气调压载系统及方法

技术领域

本发明涉及船舶和钻井平台领域，特别涉及一种半潜式钻井平台和压缩空气调压载系统及方法。

背景技术

目前，半潜式钻井平台上的压载系统主要是依靠压载泵通过抽水或者排水实现对压载水舱的压载水位进行控制，从而达到调整平台吃水、浮态以及稳性的目的,应用的情况包括服务前期的下沉或上浮、钻井移位时的下沉或上浮、载荷变化时吃水以及浮态调整等。

这类压载系统对压载水舱的位置无限制而且技术成熟,当对半潜式钻井平台进行压载时，通过海底门把海水吸入海水总管，再分配到各个压载水舱；排载时，用离心泵把压载水舱里面的水抽出，送到排舷外总管。同时，根据合理的设置也可以实现压载水舱之间的压载水的互相调拨。该类压载系统造价昂贵，设备及管路复杂、安装工作量大、占用平台内空间较大，维修也很不方便；进排水速度较慢、占用时间长。

为了解决上述问题，在船舶领域采用压缩空气调压载系统，例如半潜船、半潜船是专门从事运输大型海上石油钻井平台、大型舰船、潜艇、龙门吊、预是桥梁构件等。常规的压缩空气调压载系统工作原理是利用大排量的空气压缩机产生低压空气通过进气管，将空气注入压载水舱中，在空气压力的作用下，压载水舱中的水被排出，实现船舶上浮，此过程为排载过程。在压载过程中，将压载水舱的空气排出，压载水舱在舱内和舱外压差的作用下，水进入压载水舱，实现船舶下潜。

现有的压缩空气调压载系统存在以下缺陷。其一，当进气阀和排气阀出现意外打开或者进气管路漏气时，压载水舱内的压缩空气外泄，使得压载水舱的压载水升高，会造成船体下潜或者倾斜。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种半潜式钻井平台和压缩空气调压载系统及方法，以提高压缩空气调压载系统的可靠性和稳定性。

一方面，本发明提供了一种压缩空气调压载方法，包括压载水舱的压载方法，压载方法包括以下步骤：

步骤A1：在压载水舱的压载过程中，首先打开进气阀，通过U型管向压载水舱注入压缩空气，使U型管内的水柱挤入压载水舱；

步骤A2：将进气阀关闭，将排气阀打开，压载水舱内的压缩空气通过U型管排出，压载水舱内的压载水位升高；

步骤A3：在压载水舱压载完成后，关闭排气阀，打开进水阀向U型管注入水柱，使水柱高度与水平面相同。

进一步地，包括压载水舱的排载方法，排载方法包括以下步骤：

步骤B1：在压载水舱的排载过程中，打开进气阀，通过U型管向压载水舱注入压缩空气，压载水舱内的压载水位下降；

步骤B2：压载水舱排载完成后，关闭进气阀，打开进水阀向U型管注入水柱，使水柱高度与水平面相同。

另一方面，本发明还提供了一种压缩空气调压载系统，U型管的一端与压载水舱相通，U型管的另一端与进排气管路和进水管路相连接，在进排气管路上设置有进气阀和排气阀，在进水管路上设置有进水阀。

进一步地，进排气管路包括进气管路和排气管路，进气阀设置在进气管路上，排气阀设置在排气管路上。

进一步地，包括水泵和空气压缩机，水泵与进水管路相连接，空气压缩机与进气管路相连接，排气管路的出口与大气相通。

进一步地，在压载水舱压载和排载完成后，向U型管注入水柱，使水柱高度与水平面相同。

进一步地，U型管的一端进出口位于压载水舱上端，在压载水舱下端开设有进水口。

进一步地，进水口开设在压载水舱的底部；U型管朝下延伸到压载水舱底部下方，U型管折弯后，从压载水舱底部进入压载水舱内，然后U型管朝向压载水舱顶部延伸。

另外，本发明还提供了一种半潜式钻井平台，包括上述的压缩空气调压载系统。

进一步地，包括甲板平台和四个立柱，四个立柱布置在甲板平台的前后左右四个方位上，压载水舱安装在每个立柱下方，每个压载水舱相互独立。

本发明的半潜式钻井平台和压缩空气调压载系统及方法，采用U型管，U型管与进排气管路和进水管路相连接。在压载和排载完成后，通过进水管路向U型管内注入水柱，利用水柱行成水封，使压载水舱内外压力平衡，以提高压缩空气调压载系统的可靠性和稳定性。当进气阀和排气阀出现意外打开或者进排气管路漏气时，由于U型管的水柱密封作用，压载水舱内压力和压载水舱外压力平衡，压载水舱内的压载水仍能保持不变，因此不会出现船体下潜或者倾斜。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明压缩空气调压载系统的压载状态示意图；

图2为本发明压缩空气调压载系统的排载状态示意图；

图3为本发明压缩空气调压载系统的平常状态示意图；

图4为本发明半潜式钻井平台示意图；

图5为图4的压载水舱布置示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明所述的U型管3是指至少有一个折弯成U型结构的管路。例如将管路折弯成两个U型结构管路构成的W型管，我们将此看成两个U型管3。

下面结合图1至5，对本发明的优选实施例作进一步详细说明，

如图1至3所示，本优选实施例的一种压缩空气调压载系统，包括压载水舱1、U型管3、进气系统、泵水系统，在压载水舱1底部开设有进水口2。进气系统包括进气管路5和储气瓶(图中未示出)及空气压缩机(图中未示出)，空气压缩机通过进气管路5向储气瓶供气，储气瓶用于存储压缩空气。泵水系统包括水泵(图中未示出)和进水管路4，水泵的输出口与进水管路4相连接。

如图1所示，U型管3的一端与压载水舱1相通，U型管3的另一端与进气管路5和排气管路6及进水管路4相连接，在进气管路5上设置进气阀50，在排气管中上设置排气阀60，在进水管路4上设置进水阀40，排气管路6的出口与大气相通。另外，进气管路5和排气管路6也可以合成一条进排气管路，进气阀50和排气阀60采用三通阀替代。

U型管3朝下延伸到压载水舱1底部下方，U型管3折弯后，从压载水舱1底部进入压载水舱1内，然后U型管3朝向压载水舱1顶部延伸。U型管3的一端进出口位于压载水舱1上端，U型管3的一端进出口与压载水舱1顶部存在一定的间距。U型管3朝向压载水舱1顶部延伸的距离决定了压载水舱1的最高压载水位，也就是说U型管3的一端进出口一定要高于压载水舱1的最高压载水位。U型管3的一端进出口高度要低于U型管3的另一端进出口高度。另外，U型管3也可以不从压载水舱1底部进入，可以直接从压载水舱1上端进入。本发明的压缩空气调压载系统，在压载水舱1压载和排载完成后，通过进水管路4向U型管3内注入水柱，使水柱高度与水平面一样高(如图3所示)。利用水柱行成水封，以提高压缩空气调压载系统的可靠性和稳定性。当进气阀50和排气阀60出现意外打开或者进气管路5或者排气管路6及进水管路4漏气时，由于U型管3的水柱密封作用，压载水舱1内压力和压载水舱1外压力平衡，压载水舱1内的压载水仍能保持不变，因此不会出现船体下潜或者倾斜。

本发明的压缩空气调压载方法如下：

一、包括压载水舱1的压载方法，压载方法包括以下步骤(如图1所示)：

当对压载水舱1压载时，需要将压载水舱1外的海水引入压载水舱1内，因此压载水舱1内的气压应低于压载水舱1外的海水压力。如果U型管3里面的水柱高度低于或者高于水平面，那么当打开排气阀60时就可以启动压载了。

由于水柱的水封作用，压载水舱1内外的压力保持平衡，这样使得当排气阀60意外打开或者排气管路6破裂时仍能防止海水灌入压载水舱1，这就是U型管3的好处。因此为了进行压载水舱1压载，需要打破这个压载水舱1内外的压力保持平衡状态。

首先需要打开首先打开进气阀50，通过U型管3向压载水舱1注入压缩空气，使U型管3内的水柱挤入压载水舱1，打破压载水舱1内外的压力保持平衡状态。这会使压载水舱1内的压力增加。然后将其进气阀50关闭，再打开排气阀60，U型管3和外部大气相通，压载水舱1内的压缩空气压力降低，海水将在外部压力的作用下，从进水口2自由进入压载舱。当压载水舱1内的压载水位达到要求时，关闭排气阀60，此时U型管3内充满压缩空气。为了使压载水舱1内外的压力平衡，打开进水阀40将海水打入U型管3直到其里面的水柱高度和水平面一样高，使压载水舱1内和压载水舱1外压力相等，此时水封形成。

二、包括压载水舱1的排载方法，排载方法包括以下步骤(如图2所示)：

当对压载水舱1进行排载时，需要压载水舱1内的压缩空气的压力高于压载水舱1外海水的压力，压载水才能排出压载水舱1外。此时需要打开进气阀50，压缩空气通过U型管3进入压载水舱1，使压载水舱1内的空气压力升高，将压载水舱1里多余的压载水从进水口2排出舱外。当压载水舱1内的压载水位满足要求时关闭进气阀50。

同理，压载水舱1进行排载完成后，为了使压载水舱1内外的压力平衡，打开进水阀40将海水打入U型管3直到其里面的水柱高度和水平面一样高，使压载水舱1内和压载水舱1外压力相等，此时形成水封。

三、在平常状态(如图3所示)，即未进行压载或者排载操作，进气阀50和排气阀60及进水阀40均处于关闭状态，当压载或排载完成后，通过进水管将一定量的海水注入U型管3形成水柱，水柱高度和水平面一样高，U型管3内水柱高度的监测是通过读取压力和流量来完成的。在此状态下，压载水舱1底部的进水口2是打开的。在水封存在的情况下，当排气阀60出现意外打开或者进气管路5或排气管路6及进水管路4出现损坏时，由于压载水舱1内压力和压载水舱1外压力平衡，压载水仍能保持不变，因此不会出现船体下潜或者倾斜及不稳的情况。

如图4所示，本发明还提供了一种半潜式钻井平台，该半潜式钻井平台为干树式半潜采油平台，其包括甲板平台100和四个立柱7及四个浮箱，四个立柱7布置在甲板平台100的前后左右四个方位上，四个立柱7和四个浮箱对称布置，四个浮箱相互独立，四个立柱7的根部和旁边两个方向互为垂直的浮箱相接，形成环形结构。压载水舱1安装在每个立柱7下方，即较深吃水处，因此所有的压载水舱1不存在无法吸入海水的情况。每个压载水舱1相互独立。在每个立柱7上均设置有四个方格的压载水舱1，在每个方格内安装U型管3。四个方格的压载水舱1安装有四个U型管3，U型管3的另一端向上延伸到甲板平台100位置。水泵、空气压缩机、排气阀60、进气阀50及进水阀40安装在甲板平台100上，这样有利于人员的方便操作。

半潜式钻井平台的吃水较深，设计吃水可以达到45m以上。在半潜式钻井平台建造和安装的过程中，半潜式钻井平台的吃水从较浅吃水逐渐增加，压缩空气调压载系统此时主要执行的是压载操作，当半潜式钻井平台到位后，由于甲板平台100上载荷的变化或者钻井移位的需要，吃水和浮态会发生变化，此时则可能既需要压载操作又需要排载操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压缩空气调压载方法，其特征在于，包括压载水舱(1)的压载方法，压载方法包括以下步骤：

步骤A1：在压载水舱(1)的压载过程中，首先打开进气阀(50)，通过U型管(3)向压载水舱(1)注入压缩空气，使U型管(3)内的水柱挤入压载水舱(1)；

步骤A2：将进气阀(50)关闭，将排气阀(60)打开，压载水舱(1)内的压缩空气通过U型管(3)排出，压载水舱(1)内的压载水位升高；

步骤A3：在压载水舱(1)压载完成后，关闭排气阀(60)，打开进水阀(40)向U型管(3)注入水柱，使水柱高度与水平面相同。

2.根据权利要求1所述的压缩空气调压载方法，其特征在于，包括压载水舱(1)的排载方法，排载方法包括以下步骤：

步骤B1：在压载水舱(1)的排载过程中，打开进气阀(50)，通过U型管(3)向压载水舱(1)注入压缩空气，压载水舱(1)内的压载水位下降；

步骤B2：压载水舱(1)排载完成后，关闭进气阀(50)，打开进水阀(40)向U型管(3)注入水柱，使水柱高度与水平面相同。

3.一种压缩空气调压载系统，其特征在于，U型管(3)的一端与压载水舱(1)相通，U型管(3)的另一端与进排气管路和进水管路(4)相连接，在进排气管路(6)上设置有进气阀(50)和排气阀(60)，在进水管路(4)上设置有进水阀(40)。

4.根据权利要求3所述的压缩空气调压载系统，其特征在于，进排气管路包括进气管路(5)和排气管路(6)，进气阀(50)设置在进气管路(5)上，排气阀(60)设置在排气管路(6)上。

5.根据权利要求4所述的压缩空气调压载系统，其特征在于，包括水泵和空气压缩机，水泵与进水管路(4)相连接，空气压缩机与进气管路(5)相连接，排气管路(6)的出口与大气相通。

6.根据权利要求3至5任意一项所述的压缩空气调压载系统，其特征在于：在压载水舱(1)压载和排载完成后，向U型管(3)注入水柱，使水柱高度与水平面相同。

7.根据权利要求3至5任意一项所述的压缩空气调压载系统，其特征在于：U型管(3)的一端进出口位于压载水舱(1)上端，在压载水舱(1)下端开设有进水口(2)。

8.根据权利要求7所述的压缩空气调压载系统，其特征在于：进水口(2)开设在压载水舱(1)的底部；U型管(3)朝下延伸到压载水舱(1)底部下方，U型管(3)折弯后，从压载水舱(1)底部进入压载水舱(1)内，然后U型管(3)朝向压载水舱(1)顶部延伸。

9.一种半潜式钻井平台，其特征在于，包括如权利要求3至7任意一项所述的压缩空气调压载系统。

10.根据权利要求8所述的半潜式钻井平台，其特征在于，包括甲板平台(100)和四个立柱(7)，四个立柱(7)布置在甲板平台(100)的前后左右四个方位上，压载水舱(1)安装在每个立柱(7)下方，每个压载水舱(1)相互独立。