CN107268558A - 四桩腿自升式平台的预压桩方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种四桩腿自升式平台的预压桩方法，包括步骤：S10：平台插桩定位；S20：保持平台主船体在海水中的漂浮状态，使平台一条对角线上的两桩腿为支撑状态而与主船体保持相对固定，同时使另一条对角线上的两桩腿为举升状态而相对于主船体下降从而使该两桩腿向海底下压；S30：监控主船体的升降状态，当主船体略微上升时，使原处于举升状态的两桩腿转换为支撑状态，使原处于支撑状态的两桩腿转换至举升状态；重复该步骤，直至每一桩腿的载荷均不小于载荷设定值。本发明的方法可以缩短预压桩的作业时间，并可以提高预压桩作业的安全性。

Description

四桩腿自升式平台的预压桩方法

技术领域

本发明涉及自升式平台技术领域，特别涉及一种四桩腿自升式平台的预压桩方法。

背景技术

为了不使自升式平台由于钻井机械等引起的振动、风、浪和流等环境外力引起的倾覆力矩等原因而使桩腿继续下陷甚至突然下陷（穿刺），导致平台发生严重倾斜甚至倾倒等危险现象的出现，在平台插桩就位后，按作业要求举升到规定高度以前，必须对全部桩腿进行预压，使桩腿底下的地基土所承受的载荷能预先达到并超过风暴状态下可能出现的最大轴向力。

因此，预压作业对自升式平台的安全使用是极为重要的，也是自升式平台设计时就要妥善考虑的一个问题。

环境条件越恶劣，对预压的要求就越高，预压时发生突然下陷等危险的可能性就越大。平台到达作业地点后，下放桩腿、插桩定位以及随后的预压作业都应在天气良好，风、浪都很小的情况下进行。预压在主船体离开水面一定高度的情况下进行，使得波浪不能冲击到主船体底部，但主船体不宜升的过高，以资安全。

如图1所示，四桩腿自升式平台中，主船体1上穿设呈矩形分布的四个桩腿2，各桩腿2的底部设置有桩靴3，桩靴3与海底接触；主船体1内对应桩腿2布置升降机构（图中未示出），升降机构与桩腿2相配合，实现主船体1的升降。为便于表述，将平台的四个桩腿2分别标记为A、B、C、D。

该平台预压桩的通常做法是：在平台插桩站立并将主船体1升高离开水面SL一定高度后，先由一条对角线上两根桩腿A、C配合对应的升降机构来支撑主船体1，而对应于另一条对角线上两桩腿B、D的升降机构则处于“放松”状态，桩腿B、D不承担主船体1的重量，主船体1的重量全部由桩腿A、C承担，从而使桩腿A、C向下对海底地基施压，然后再转换到由后一对桩腿B、D承受主船体1重量而向海底地基施压，这样依次进行直至完成预压。

这种通常的做法虽然步骤合理容易操作，但仍然存在着耗时长，不够安全的缺点。比如预压之前必须要先将主船体1升离海面SL，没有经过预压的海底地基有可能出现突然下陷的风险。如果某条桩腿2发生了突然下陷，处于“放松”状态的桩腿2的载荷会突然增大，对升降系统设备和平台电网造成冲击。预压桩需等待主船体1升离海面SL后才能进行，平台插桩后升船的过程中不能进行预压工作，整个作业周期较长。如果主船体1的重量不能满足预压桩的载荷要求，还需要在升船之后用海水泵塔再往压载舱注入海水（升船前及过程中注入压载水会加大风险），则还需要更长的准备时间。这对好天气延续的时间就提出了更高的要求，无形中又增加了作业风险。同时，长时间的作业，就意味着平台运营费用的增加，比如平台要消耗更多的燃油，辅助船只作业时间也要相应的延长等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四桩腿自升式平台的预压桩方法，解决现有技术中作业准备时间长、具有作业风险等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种四桩腿自升式平台的预压桩方法，包括步骤：

S10：平台插桩定位；

S20：保持平台主船体在海水中的漂浮状态，使平台一条对角线上的两桩腿为支撑状态而与主船体保持相对固定，同时使另一条对角线上的两桩腿为举升状态而相对于主船体下降从而使该两桩腿向海底下压；

S30：监控主船体的升降状态，当主船体略微上升时，使原处于举升状态的两桩腿转换为支撑状态，使原处于支撑状态的两桩腿转换至举升状态；重复该步骤，直至每一桩腿的载荷均不小于载荷设定值。

较优地，步骤S30中，桩腿由举升状态转换至支撑状态时，采集桩腿的载荷，并与所述载荷设定值进行比较，判断是否继续进行桩腿的状态转换。

较优地，步骤S30中，当原处于举升状态的两桩腿转换至支撑状态时的载荷达到所述载荷设定值的设定比例时，使四个桩腿均处于支撑状态保持第一设定时间，再将原处于支撑状态的两桩腿转换至举升状态。

较优地，所述第一设定时间为5min~15min。

较优地，在步骤S20和步骤S30中，还实时监控平台的倾斜状态，并在平台倾斜角度超出预定范围时，对平台的倾斜角度进行调整。

较优地，在对平台的倾斜角度进行调整时，升降相关的桩腿而调整平台倾斜角度。

较优地，步骤S30中，还对主船体的吃水状态进行监控，保持主船体的底面在海面上一设定高度以下。

较优地，步骤S30中，当主船体升离海面所述设定高度以上时，将所有桩腿转换至降船状态，使主船体降下，再继续进行桩腿举升状态和支撑状态的转换。

较优地，步骤S30中，还包括：向主船体内泵入海水。

较优地，在步骤S30所有桩腿的载荷均达到所述载荷设定值之后，保持平台第二设定时间，并监控平台的倾斜状态。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：本发明的预压桩方法中，主船体漂浮于海水中时即开始压桩，桩腿下压时主船体保持不动或缓慢上升，可以在压桩的同时完成将主船体举升出水面的工作，节省作业准备时间，缩短预压桩作业时间，对好天气持续时间的要求相应降低，并能有效降低平台运营的费用。平台传递给桩腿的载荷为自重与浮力的差值，这个差值随着主船体缓慢上升而缓慢增加，即使某条桩腿发生突然下陷，通过浮力作用可以很快使船体保持平衡，完全避免预压桩时桩腿突然下陷带来的风险，大大增加了平台预压桩作业的安全性。其次，由于所有桩腿均处于支撑主船体状态或举升主船体状态，平台中整个升降系统的总能力始终大于等于主船体重量和浮力差，不会出现载荷突然变化，从而避免了升降机构和电网受到冲击。

附图说明

图1是现有技术中四桩腿自升式平台预压桩方法的过程示意图。

图2是本申请中四桩腿自升式平台预压桩方法优选实施例的过程示意图。

图3是本申请中四桩腿自升式平台预压桩方法优选实施例的流程示意图。

附图标记说明如下：1、主船体；2、桩腿；3、桩靴。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明提供一种四桩腿自升式平台的预压桩方法，该方法主要包括以下步骤：

S10：平台插桩定位；结合图2，该步骤中，使平台到达预定海域，保持平台主船体1漂浮于海水中，下放平台的四个桩腿2，直至各桩腿2底部的桩靴3在海底定位。

S20：保持主船体1在海水中的漂浮状态，使平台一条对角线上的两桩腿2为支撑状态而与主船体1保持相对固定，同时使另一条对角线上的两桩腿2为举升状态而相对于主船体1下降从而使该两桩腿2向海底下压；

S30：监控主船体1的升降状态，当主船体1略微上升时，使原处于举升状态的两桩腿2转换为支撑状态，使原处于支撑状态的两桩腿2转换至举升状态；重复该步骤，直至每一桩腿2的载荷均不小于载荷设定值。

一并结合图2和图3，平台按上述方法进行预压桩的具体过程大致如下。

首先按照步骤S10平台到达预定海域，保持平台主船体1漂浮于海水中，下放平台的四个桩腿2，直至各桩腿2底部的桩靴3在海底定位，实现平台的插桩定位。

为便于表述，将四个桩腿2分别区别标记为A、B、C、D。

平台完成插桩定位后，无需提升主船体1，保持主船体1在海水中的漂浮状态，直接进入步骤S20转入压桩模式。

根据图2和图3，先使位于一条对角线上的桩腿A、C处于支撑状态，同时使位于另一条对角线上的桩腿B、D处于举升状态。

桩腿的“支撑状态”是指：桩腿与主船体内对应于该桩腿的升降机构连接固定，升降机构抱紧桩腿，升降机构与桩腿之间没有相对升降运动，相应地，主船体与桩腿为相对固定状态。

桩腿的“举升状态”是指：主船体内对应于该桩腿的升降机构动作，与该桩腿相配合实现主船体相对于桩腿的举升，亦即桩腿相对于主船体下降。桩腿处于举升状态时，平台自重与浮力的差值构成的载荷传递给该桩腿，在该载荷的作用下，桩腿下方的海底地基将被逐渐压实，当桩腿的载荷对海底地基的压实作用达到最大程度后，海底地基向桩腿提供的支撑力即可以承担桩腿的载荷。若该桩腿对应的升降机构继续动作，通过与桩腿的配合，即可使得主船体沿着桩腿向上攀升。

当桩腿A、C处于支撑状态，桩腿B、D处于举升状态时，桩腿A、C与主船体1保持相对固定，而桩腿B、D则会相对于主船体1下降从而向海底下压，将海底地基压实。

根据步骤S30，在桩腿B、D处于举升状态的过程中，实时监控主船体1的升降状态，当观察到主船体1略微上升时，即代表桩腿B、D在当前载荷下对海底地基的压实作用已达到最大程度。此时，使桩腿B、D对应的升降机构停止动作，桩腿B、D转换为支撑状态，再使桩腿A、C对应的升降机构开始动作，将桩腿A、C转换为举升状态。

在桩腿A、C处于举升状态，桩腿B、D处于支撑状态时，桩腿A、C下方的海底地基将被压实。同样地，继续监控主船体1的升降状态，当观察到主船体1略微上升时，即代表桩腿A、C在当前载荷下对海底地基的压实作用已达到最大程度。接下来再对各桩腿A、C、B、D的工作状态进行转换。

重复上述过程，即可使得桩腿A、C下方的海底地基与桩腿A、C下方的海底地基交替地被压实，直至每一桩腿A、C、B、D的载荷均不小于载荷设定值。相应地，各桩腿A、C、B、D下方的海底地基所承受的载荷即达到或超过了载荷设定值，满足预压要求。具体的载荷设定值根据平台的工作海域及安全工作条件而定。

在步骤S30中，桩腿2由举升状态转换至支撑状态时，采集桩腿2的载荷，并与载荷设定值进行比较，判断是否继续进行桩腿2的状态转换，即是否继续对海底地基压实。

较优地，步骤S30中，当原处于举升状态的两桩腿2转换至支撑状态时的载荷达到载荷设定值的一设定比例时，保持平台（此时，四个桩腿2均处于支撑状态）第一设定时间后，再将原处于支撑状态的两桩腿2转换至举升状态。

该设定比例例如可为2/3，该第一设定时间较优地为5min~15min。即：当两桩腿2（例如桩腿B、D）由举升状态转换为支撑状态时经采集到的载荷接近载荷设定值时，先暂缓对原处于支撑状态的另两桩腿2（对应地即为桩腿A、C）进行状态转换，等待5min~15min，使桩腿B、D下方的海底地基进一步被压实后，再将桩腿A、C转换为举升状态。而后，在桩腿A、C由举升状态转换为支撑状态后，如桩腿A、C的载荷也接近载荷设定值，同样等待一段时间后，再将桩腿B、D的状态转换为举升状态。按该过程继续进行直至完成预压桩。

在步骤S20和步骤S30中，还实时监控平台的倾斜状态，并在平台倾斜角度超出预定范围时，对平台的倾斜角度进行调整。一般地，平台的倾斜角度要求不超出0.3°，当超出该角度范围时，则暂停桩腿2的预压，先升降相关的桩腿2，将平台的倾斜角度调整到要求的范围内，然后再继续压桩。

在步骤S30所有桩腿2的载荷均达到（即：大于或等于）载荷设定值之后，保持平台一设定时间，该设定时间例如可为30min，在保持平台的该段时间内，继续监控平台的倾斜状态。如果平台的倾角未发生变化，即可将主船体1升至预定高度进行作业。

另外，较优地，在步骤S30中，还对主船体1的吃水状态进行监控，并保持主船体1的底面在海面SL上一设定高度以下。该设定高度较优地为1m。当主船体1升离海面SL超过1m时，将所有桩腿2转换至降船状态，使主船体1降下至海平面，而后继续进行桩腿2举升状态和支撑状态的转换。通过该措施进一步提升预压桩作业的安全性。

其中，桩腿的“降船状态”是指：主船体内对应于该桩腿的升降机构动作，与该桩腿相配合实现主船体相对于桩腿的下降。桩腿处于降船状态时其对应的升降机构的动作与桩腿处于举升状态时升降机构的动作刚好相反。

本发明的预压桩方法中，主船体漂浮于海水中时即开始压桩，桩腿下压时主船体保持不动或缓慢上升，可以在压桩的同时完成将主船体举升出水面的工作，节省作业准备时间，缩短预压桩作业时间，对好天气持续时间的要求相应降低，并能有效降低平台运营的费用。平台传递给桩腿的载荷为自重与浮力的差值，这个差值随着主船体缓慢上升而缓慢增加，即使某条桩腿发生突然下陷，通过浮力作用可以很快使船体保持平衡，完全避免预压桩时桩腿突然下陷带来的风险，大大增加了平台预压桩作业的安全性。其次，由于所有桩腿均处于支撑主船体状态或举升主船体状态，平台中整个升降系统的总能力始终大于等于主船体重量和浮力差，不会出现载荷突然变化，从而避免了升降机构和电网受到冲击。

按上述的方案，桩腿2的载荷由平台自重提供，在进一步改进的优选方案中，在步骤S30中，还可以包括：向主船体1内泵入海水。通过海水增加桩腿2的载荷，使桩腿2的载荷能更快地达到载荷设定值，缩短预压桩的时间。同时，由于在开始预压桩以及预压桩前期，主船体1漂浮于海水中，可直接打开海底门向压载舱内泵入海水，而不必使用海水泵塔和潜水泵，节省时间的同时也节约了能源。

在一具体实施例中，在平台的四条桩腿2接触到海底之后，采用本发明的预压桩方法进行预压桩作业，按图2和图3所示的流程进行作业，并在开始预压桩作业的同时，通过主船体1上的海底门往压载舱内打海水，以满足预压桩所需要的载荷。根据该方法，在主船体1刚刚离开海面SL时就完成了预压桩作业，四条桩腿2均超过了5400吨的设定预压载荷，从插桩到预压桩结束仅用了不到2小时。

而同样的平台，按照图1所示现有技术的流程进行预压桩作用，从插桩到预压桩结束，整个作业时间超过8小时。

两次预压桩作业进行对比可看出，本发明的方法在作业时间方面具有明显的优势，有效缩短作业时间，降低成本。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1. 一种四桩腿自升式平台的预压桩方法，其特征在于，包括步骤：

S10：平台插桩定位；

S20：保持平台主船体在海水中的漂浮状态，使平台一条对角线上的两桩腿为支撑状态而与主船体保持相对固定，同时使另一条对角线上的两桩腿为举升状态而相对于主船体下降从而使该两桩腿向海底下压；

S30：监控主船体的升降状态，当主船体略微上升时，使原处于举升状态的两桩腿转换为支撑状态，使原处于支撑状态的两桩腿转换至举升状态；重复该步骤，直至每一桩腿的载荷均不小于载荷设定值。

2. 根据权利要求1所述的预压桩方法，其特征在于，步骤S30中，桩腿由举升状态转换至支撑状态时，采集桩腿的载荷，并与所述载荷设定值进行比较，判断是否继续进行桩腿的状态转换。

3. 根据权利要求2所述的预压桩方法，其特征在于，步骤S30中，当原处于举升状态的两桩腿转换至支撑状态时的载荷达到所述载荷设定值的设定比例时，使四个桩腿均处于支撑状态保持第一设定时间，再将原处于支撑状态的两桩腿转换至举升状态。

4. 根据权利要求3所述的预压桩方法，其特征在于，所述第一设定时间为5min~15min。

5. 根据权利要求1所述的预压桩方法，其特征在于，在步骤S20和步骤S30中，还实时监控平台的倾斜状态，并在平台倾斜角度超出预定范围时，对平台的倾斜角度进行调整。

6. 根据权利要求5所述的预压桩方法，其特征在于，在对平台的倾斜角度进行调整时，升降相关的桩腿而调整平台倾斜角度。

7. 根据权利要求1所述的预压桩方法，其特征在于，步骤S30中，还对主船体的吃水状态进行监控，保持主船体的底面在海面上一设定高度以下。

8. 根据权利要求7所述的预压桩方法，其特征在于，步骤S30中，当主船体升离海面所述设定高度以上时，将所有桩腿转换至降船状态，使主船体降下，再继续进行桩腿举升状态和支撑状态的转换。

9. 根据权利要求1-8任一项所述的预压桩方法，其特征在于，步骤S30中，还包括：向主船体内泵入海水。

10. 根据权利要求1-8任一项所述的预压桩方法，其特征在于，在步骤S30所有桩腿的载荷均达到所述载荷设定值之后，保持平台第二设定时间，并监控平台的倾斜状态。