CN106697209A - 一种深水张力腿平台装置及其立管实时监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种深水张力腿平台装置，属于海洋工程技术领域。本深水张力腿平台装置，包括工作平台、浮体、若干根张力腿和若干根顶张式立管，工作平台的下侧面上固连有六根立柱，六根立柱的下端均固连在浮体的上侧面，浮体的中部具有工作孔，浮体的侧壁上均匀设有若干个浮箱，张力腿竖直设置且和浮箱一一对应，张力腿的上端连接在浮箱上并且下端固定在海床中，顶张式立管的上端通过张紧器和工作平台的下侧面连接并且下端固定在海床中，顶张式立管的外壁上沿着轴向设有若干个环形气囊，每个环形气囊均通过气管和气泵连通，气泵设在工作平台中。本发明可以给顶张式立管提供额外张紧力、环境载荷对顶张式立管的影响小并且整个平台装置稳定性好。
Description
技术领域
本发明属于海洋工程技术领域，涉及一种深水张力腿平台装置及其立管实时监测方法。
背景技术
海洋平台为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物。按照平台的结构类型主要分为导管架平台、重力式平台和顺应式平台。经长期的工程经验表明，传统式海洋平台已不能适应深水的恶劣环境，新型顺应式平台登上了历史舞台，张力腿平台即属此类。
如专利公开号CN205188923U公开了一种海洋平台组块提升系统，它包括多个顶升液压缸，在所述的多个顶升液压缸的缸筒的相同位置均装有激光测距仪，在所述的多个顶升液压缸的推杆上固定有海洋平台上部组块顶升平台,在所述的海洋平台上部组块顶升平台上固定有海洋平台上部组块。该专利的有益效果：由于海洋平台上部组件的提升位移往往能达到几十米,因此使用拉线式位移测距方式难以实现稳定的测量,受环境因素影响大,而使用激光测距可以实现非接触式测量，同时还能保证较高的测量精度(可以达到1mm左右)。因此更加适用于大位移提升部件的位移测量。
又如专利公开号CN105421323A公开了一种海洋平台升降系统及海洋平台，属于海洋工程技术领域。所述海洋平台包括海洋平台本体、桩腿、以及升降系统，所述升降系统包括沿所述桩腿的轴线设置在所述桩腿上的齿条、以及设置在所述海洋平台本体上的多个爬升小齿轮，所述多个爬升小齿轮分别与所述齿条啮合，各个时刻所述多个爬升小齿轮的相位角各不相同。该专利通过将各个时刻多个爬升小齿轮的相位角设置为各不相同，使得各个爬升小齿轮和齿条的瞬时重合度各不相同，不会存在各个爬升小齿轮同一时刻的相位角相同的情况，提升了升降系统的承载能力。
随着深水油气的开发，在深水或超深水作业中现有的张力腿平台面临着巨大的挑战。一是随着工作水深的增加，张紧器不能提供足够的拉力满足顶张式立管的顶端张力的需求；二是在深水中顶张式立管会呈现出柔性状态，受到内外载荷因素的影响会产生不同的运动形态从而导致立管间发生碰撞，立管表面产生凹陷变形甚至破裂。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种深水张力腿平台装置，本深水张力腿平台装置要解决的技术问题是：如何给顶张式立管提供额外张紧力，减小环境载荷对顶张式立管的影响，防止顶张式立管之间发生碰撞并且提高整个深水张力腿平台装置的稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种深水张力腿平台装置，包括工作平台和浮体，其特征在于，还包括若干根张力腿和若干根顶张式立管，所述工作平台的下侧面上固连有六根立柱，六根所述立柱在同一水平面内的横截面中心的连线呈正六边形，六根立柱的下端均固连在浮体的上侧面，浮体的中部具有贯穿浮体上侧面和下侧面的工作孔，所述浮体的侧壁上均匀设置有若干个浮箱，所述张力腿竖直设置并且和浮箱一一对应，所述张力腿的上端连接在浮箱上并且下端固定在海床中，所述顶张式立管竖直设置，所述顶张式立管的上端通过张紧器和工作平台的下侧面连接并且下端固定在海床中，所述顶张式立管的外壁上沿着轴向设置有若干个环形气囊，每个所述环形气囊均通过气管和气泵连通，所述气泵设置在工作平台中。
将传统的具有四个立柱的深水张力腿平台装置改为了具有六个立柱且立柱之间的间距是相等的深水张力腿平台装置，可以使得整个平台装置结构更加、可靠；另外，浮箱是均匀设置在浮体的侧壁上，所以浮箱不仅可以增大浮体的排水体积，增加浮力，还可以减弱结构之间的水动力影响，另一方面也增大了张力腿平台横纵摇刚度。
气泵和环形气囊配合可以给顶张式立管提供额外的张紧力并且可以防止顶张式立管之间发生碰撞或者刚性接触并且提高整个深水张力腿平台装置的稳定性。
上述的一种深水张力腿平台装置中，所述浮体和工作孔的形状均呈正六边形，六根所述立柱的下端分别固连在浮体的六个角落处，所述浮体的每条边沿上均水平设置有若干个通孔，所述通孔贯穿浮体的外侧壁和内侧壁。
浮体的每条边沿上均水平设置有若干个通孔，所述通孔可以使得洋流和海浪通过，从而大大减小洋流和海浪对浮体的所产生的冲击力，进而减小本深水张力腿平台装置的晃动或者振动，使得整个深水张力腿平台装置的保持相对平稳，减小因为洋流和海浪对浮体的冲击力导致顶张式立管发生变形，减小环境载荷对顶张式立管的影响。
上述的一种深水张力腿平台装置中，所述环形气囊具有连接孔，所述顶张式立管的外壁上沿着轴向设置有若干对呈环形的限位档沿，所述顶张式立管穿设在连接孔中，所述环形气囊位于两限位档沿之间，所述限位档沿的尺寸大于连接孔的尺寸。
环形气囊被定为在两个限位档沿之间，可以避免环形气囊沿着顶张式立管的轴向移动，环形气囊产生的浮力通过限位档沿传递给顶张式立管，使得顶张式立管承受额外张紧力的受力点相对固定，便于控制和调节。
上述的一种深水张力腿平台装置中，所述环形气囊的外壁上铰接有若干摆动片。
洋流或者海浪的作用到环形气囊上时，可以带动摆动片发生摆动，从而把洋流或者海浪的动能转化为摆动片的动能，消弱洋流或者海浪对顶张式立管的冲击力，从而可以减小顶张式立管的变形量。
另外环形气囊还可以起到缓冲的作用，也可以减小洋流或者海浪对顶张式立管的冲击力，减小顶张式立管的变形量。
上述的一种深水张力腿平台装置中，所述工作平台中具有工作舱，所述气泵设置在工作舱中。气泵设置在工作舱中可以起到保护气泵的作用，改善气泵的工作环境，提高气泵的使用寿命。
上述的一种深水张力腿平台装置中，所述工作舱中还设置有信号接收器、信号处理器、报警器和计算机，每根所述顶张式立管上位于两个环形气囊之间均设置有应变片，所述应变片通过导线依次和信号接收器、信号处理器和计算机电连接，所述报警器和气泵分别通过控制电路和计算机电连接。
顶张式立管的变形会导致应变片的变形，应变片把变形量通过导线传输给信号接收器，然后信号接收器把接收到的信号传递给信号处理器，信号处理器把信号处理以后传递给计算机，最终计算机把信号处理器的输出信号转换为顶张式立管的张紧力并且生成顶张式立管所受张紧力的实时变化曲线，供工作人员参考，本发明中应变片应用与位于海水中的顶张式立管上，工作环境恶劣，人员不易到达，通过上述设备的组合，可以自动地监测顶张式立管的变形状态，结构简单、效果好、不需要人工进行监测，监测的成本低。
和应变片相配套的信号接收器和信号处理器是现有设备，在此不再赘述，通过应变片测量物体的变形量也是现有技术，再次也不再赘述。
上述的一种深水张力腿平台装置中，所述环形气囊由橡胶材料制成。橡胶材料具有弹性，缓冲效果好并且结构稳定可靠，当两根相邻的顶张式立管相互靠近时，首先是位于两根顶张式立管上的环形气囊发生接触，两个环形气囊接触时可以起到缓冲作用，化解洋流和波浪的冲击力，避免两根相邻的顶张式立管发生碰撞或者刚性接触。
一种深水张力腿平台装置的立管实时监测方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、在顶张式立管的外壁上沿着轴向设置若干个环形气囊，在工作平台上安装气泵，用气管连接环形气囊和气泵。
2)、在每根顶张式立管的外壁上位于两个环形气囊之间安装应变片，在工作平台上安装信号接收器、信号处理器、报警器和计算机，并且把应变片和信号接收器、信号处理器、计算机通过导线串联成为一个监测系统，所述报警器和气泵分别通过控制电路和计算机电连接。
3)、在计算机中设置顶张式立管的最小张紧力。
4)、开始监测：顶张式立管的变形会导致应变片的变形，应变片把变形量通过导线传输给信号接收器，然后信号接收器把接收到的信号传递给信号处理器，信号处理器把信号处理以后传递给计算机，最终计算机把信号处理器的输出信号转换为顶张式立管的张紧力并且生成顶张式立管的张紧力的实时变化曲线，供工作人员参考。
5)、基于步骤4)，计算机会把得到的实时的顶张式立管的张紧力的数据和预设在计算机中的最小张紧力进行比较，当实时的顶张式立管的张紧力小于预设在计算机中的最小张紧力时，计算机控制报警器报警并且控制气泵往环形气囊中打气，使得环形气囊的浮力增加，从而给顶张式立管提供额外的浮力支撑，使得顶张式立管的张紧力回到正常范围内，然后计算机控制报警器停止报警并且控制控制气泵停止往环形气囊中打气，然后继续进行监测。
深水张力腿平台装置的立管实时监测方法可以对顶张式立管进行实时监测，并且通过计算机生成顶张式立管所受张紧力的实时变化曲线，供工作人员参考，非常直观，并且当顶张式立管的张紧力过小时，可以发出报警并且通过气泵给环形气囊充气，进而给顶张式立管提供额外的张紧力，保证顶张式立管始终处于正常的的支撑力作用下。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、将传统的具有四个立柱的深水张力腿平台装置改为了具有六个立柱且立柱之间的间距是相等的深水张力腿平台装置，可以使得整个平台装置结构更加、可靠；因为浮箱是均匀设置在浮体的侧壁上，所以浮箱不仅可以增大浮体的排水体积，增加浮力，还可以减弱结构之间的水动力影响，另一方面也增大了张力腿平台横纵摇刚度。
2、浮体的每条边沿上均水平设置有若干个通孔，所述通孔可以使得洋流和海浪通过，从而大大减小洋流和海浪对浮体的所产生的冲击力，进而减小本深水张力腿平台装置的晃动或者振动，使得整个深水张力腿平台装置的保持相对平稳，减小因为洋流和海浪对浮体的冲击力导致顶张式立管发生变形，减小环境载荷对顶张式立管的影响。
3、气泵和环形气囊配合可以给顶张式立管提供额外的张紧力并且可以防止顶张式立管之间发生碰撞或者刚性接触并且提高整个深水张力腿平台装置的稳定性。
4、深水张力腿平台装置的立管实时监测方法可以对顶张式立管进行实时监测，并且通过计算机生成顶张式立管的张紧力的实时变化曲线，供工作人员参考，非常直观，并且当顶张式立管的张紧力过小时，可以发出报警，提醒工作人员注意并且通过气泵给环形气囊充气，进而给顶张式立管提供额外的张紧力，保证顶张式立管始终处于正常的的支撑力作用下。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中A-A处的剖视图。
图3是环形气囊的结构剖视图。
图4是本发明中对顶张式立管实时监测的原理图。
图中：1、工作平台；1a、工作舱；2、立柱；3、浮体；3a、工作孔；3b、外侧壁；3c、内侧壁；4、浮箱；5、张力腿；6、顶张式立管；6a、限位档沿；7、张紧器；8、通孔；9、环形气囊；9a、摆动片；9b、连接孔；10、海床；11、应变片；12、信号接收器；13、信号处理器；14、计算机；15、气泵；16、报警器。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1至图4所示，一种深水张力腿平台装置，包括工作平台1和浮体3，其特征在于，还包括若干根张力腿5和若干根顶张式立管6，所述工作平台1的下侧面上固连有六根立柱2，六根所述立柱2在同一水平面内的横截面中心的连线呈正六边形，六根立柱2的下端均固连在浮体3的上侧面，浮体3的中部具有贯穿浮体3上侧面和下侧面的工作孔3a，所述浮体3的侧壁上均匀设置有若干个浮箱4，所述张力腿5竖直设置并且和浮箱4一一对应，所述张力腿5的上端连接在浮箱4上并且下端固定在海床10中，所述顶张式立管6竖直设置，所述顶张式立管6的上端通过张紧器7和工作平台1的下侧面连接并且下端固定在海床10中，所述顶张式立管6的外壁上沿着轴向设置有若干个环形气囊9，每个所述环形气囊9均通过气管和气泵15连通，所述气泵15设置在工作平台1中。
具体来说，所述浮体3和工作孔3a的形状均呈正六边形，六根所述立柱2的下端分别固连在浮体3的六个角落处，所述浮体3的每条边沿上均水平设置有若干个通孔8，所述通孔8贯穿浮体3的外侧壁3b和内侧壁3c。
具体来说，所述环形气囊9具有连接孔9b，所述顶张式立管6的外壁上沿着轴向设置有若干对呈环形的限位档沿6a，所述顶张式立管6穿设在连接孔9b中，所述环形气囊9位于两限位档沿6a之间，所述限位档沿6a的尺寸大于连接孔9b的尺寸。
具体来说，所述环形气囊9的外壁上铰接有若干摆动片9a。所述摆动片9a可以是木头片或者不锈钢片或者塑料片中的一种或者几种。
具体来说，所述工作平台中具有工作舱1a，所述气泵16设置在工作舱1a中。
具体来说，所述工作舱1a中还设置有信号接收器12、信号处理器13、报警器16和计算机14，每根所述顶张式立管6上位于两个环形气囊9之间均设置有应变片11，所述应变片11通过导线依次和信号接收器12、信号处理器13和计算机14电连接，所述报警器16和气泵15分别通过控制电路和计算机14电连接。
具体来说，所述环形气囊9由橡胶材料制成，也可以是其它具有弹性的材料。
一种深水张力腿平台装置的立管实时监测方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、在顶张式立管6的外壁上沿着轴向设置若干个环形气囊9，在工作平台1上安装气泵15，用气管连接环形气囊9和气泵15。
2)、在每根顶张式立管6的外壁上位于两个环形气囊9之间安装应变片11，在工作平台1上安装信号接收器12、信号处理器13、报警器16和计算机14，并且把应变片11和信号接收器12、信号处理器13、计算机14通过导线串联成为一个系统，所述报警器16和气泵15分别通过控制电路和计算机14电连接。
3)、在计算机14中设置顶张式立管6的最小张紧力。
4)、开始监测：顶张式立管6的变形会导致应变片11的变形，应变片11把变形量通过导线传输给信号接收器12，然后信号接收器12把接收到的信号传递给信号处理器13，信号处理器13把信号处理以后传递给计算机14，最终计算机14把信号处理器13的输出信号转换为顶张式立管6的张紧力并且生成顶张式立管6的张紧力的实时变化曲线，供工作人员参考。
5)、基于步骤4)，计算机14会把得到的实时的顶张式立管6的张紧力的数据和预设在计算机14中的最小张紧力进行比较，当实时的顶张式立管6的张紧力小于预设在计算机14中的最小张紧力时，计算机14控制报警器16报警并且控制气泵15往环形气囊9中打气，使得环形气囊9的浮力增加，从而给顶张式立管6提供额外的浮力支撑，使得顶张式立管6的张紧力回到正常范围内，然后计算机14控制报警器16停止报警并且控制控制气泵15停止往环形气囊9中打气，然后继续进行监测。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了1、工作平台；1a、工作舱；2、立柱；3、浮体；3a、工作孔；3b、外侧壁；3c、内侧壁；4、浮箱；5、张力腿；6、顶张式立管；6a、限位档沿；7、张紧器；8、通孔；9、环形气囊；9a、摆动片；9b、连接孔；10、海床；11、应变片；12、信号接收器；13、信号处理器；14、计算机；15、气泵；16、报警器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (8)
1.一种深水张力腿平台装置，包括工作平台(1)和浮体(3)，其特征在于，还包括若干根张力腿(5)和若干根顶张式立管(6)，所述工作平台(1)的下侧面上固连有六根立柱(2)，六根所述立柱(2)在同一水平面内的横截面中心的连线呈正六边形，六根立柱(2)的下端均固连在浮体(3)的上侧面，浮体(3)的中部具有贯穿浮体(3)上侧面和下侧面的工作孔(3a)，所述浮体(3)的侧壁上均匀设置有若干个浮箱(4)，所述张力腿(5)竖直设置并且和浮箱(4)一一对应，所述张力腿(5)的上端连接在浮箱(4)上并且下端固定在海床(10)中，所述顶张式立管(6)竖直设置，所述顶张式立管(6)的上端通过张紧器(7)和工作平台(1)的下侧面连接并且下端固定在海床(10)中，所述顶张式立管(6)的外壁上沿着轴向设置有若干个环形气囊(9)，每个所述环形气囊(9)均通过气管和气泵(15)连通，所述气泵(15)设置在工作平台(1)中。
2.如权利要求1所述的一种深水张力腿平台装置，其特征在于，所述浮体(3)和工作孔(3a)的形状均呈正六边形，六根所述立柱(2)的下端分别固连在浮体(3)的六个角落处，所述浮体(3)的每条边沿上均水平设置有若干个通孔(8)，所述通孔(8)贯穿浮体(3)的外侧壁(3b)和内侧壁(3c)。
3.如权利要求1或2所述的一种深水张力腿平台装置，其特征在于，所述环形气囊(9)具有连接孔(9b)，所述顶张式立管(6)的外壁上沿着轴向设置有若干对呈环形的限位档沿(6a)，所述顶张式立管(6)穿设在连接孔(9b)中，所述环形气囊(9)位于两限位档沿(6a)之间，所述限位档沿(6a)的尺寸大于连接孔(9b)的尺寸。
4.如权利要求3所述的一种深水张力腿平台装置，其特征在于，所述环形气囊(9)的外壁上铰接有若干摆动片(9a)。
5.如权利要求4所述的一种深水张力腿平台装置，其特征在于，所述工作平台(1)中具有工作舱(1a)，所述气泵(16)设置在工作舱(1a)中。
6.如权利要求5所述的一种深水张力腿平台装置，其特征在于，所述工作舱(1a)中还设置有信号接收器(12)、信号处理器(13)、报警器(16)和计算机(14)，每根所述顶张式立管(6)上位于两个环形气囊(9)之间均设置有应变片(11)，所述应变片(11)通过导线依次和信号接收器(12)、信号处理器(13)和计算机(14)电连接，所述报警器(16)和气泵(15)分别通过控制电路和计算机(14)电连接。
7.如权利要求1所述的一种深水张力腿平台装置，其特征在于，所述环形气囊(9)由橡胶材料制成。
8.一种深水张力腿平台装置的立管实时监测方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、在顶张式立管(6)的外壁上沿着轴向设置若干个环形气囊(9)，在工作平台(1)上安装气泵(15)，用气管连接环形气囊(9)和气泵(15)。
2)、在每根顶张式立管(6)的外壁上位于两个环形气囊(9)之间安装应变片(11)，在工作平台(1)上安装信号接收器(12)、信号处理器(13)、报警器(16)和计算机(14)，并且把应变片(11)和信号接收器(12)、信号处理器(13)、计算机(14)通过导线串联成为一个系统，所述报警器(16)和气泵(15)分别通过控制电路和计算机(14)电连接。
3)、在计算机(14)中设置顶张式立管(6)的最小顶张力。
4)、开始监测：顶张式立管(6)的变形会导致应变片(11)的变形，应变片(11)把变形量通过导线传输给信号接收器(12)，然后信号接收器(12)把接收到的信号传递给信号处理器(13)，信号处理器(13)把信号处理以后传递给计算机(14)，最终计算机(14)把信号处理器(13)的输出信号转换为顶张式立管(6)的顶张力并且生成顶张式立管(6)的顶张力的实时变化曲线，供工作人员参考。
5)、基于步骤4)，计算机(14)会把得到的实时的顶张式立管(6)的顶张力的数据和预设在计算机(14)中的最小顶张力进行比较，当实时的顶张式立管(6)的顶张力小于预设在计算机(14)中的最小顶张力时，计算机(14)控制报警器(16)报警并且控制气泵(15)往环形气囊(9)中打气，使得环形气囊(9)的浮力增加，从而给顶张式立管(6)提供额外的浮力支撑，使得顶张式立管(6)的顶张力回到正常范围内，然后计算机(14)控制报警器(16)停止报警并且控制控制气泵(15)停止往环形气囊(9)中打气，然后继续进行监测。
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