CN110374078A - 一种水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置及方法，端盖顶面沿轴向设置有滑行槽，端盖顶面沿滑行槽一周设置有多个进水孔；端盖侧壁内部设置有定位卡；防护罩与端盖下端密封连接；防堵阀管，所述的防堵阀管包括储流体和滑行柱，滑行柱与所述储流体封闭端连接，滑行柱安装在所述的滑行槽内，储流体开口端伸入防护罩中；储流体端部与端盖之间设置有第一复位弹簧；所述的储流体沿周向设置有多个进水口；及滑行封隔片，所述的滑行封隔片套设在防堵阀管外部，且滑行封隔片上端部通过定位卡限位；滑行封隔片与防护罩之间设置有第二复位弹簧。本发明结构简单可靠，无易损零部件，大大提高了冲桩装置的性能。

Description

一种水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置及方法

技术领域

本发明涉及海油开采技术领域，特别涉及一种水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置及方法。

背景技术

自升式平台为近海油气资源开发最广泛使用的平台类型之一。在自升式平台作业完成后，需要降船拔桩奔赴下一个作业点，由于海底土体性状复杂，平台插桩时桩腿入泥过深或土体回流等原因导致平台拔桩阻力过大及拔桩困难，此时需要进行冲桩作业，降低泥土对桩靴吸附力，保证平台顺利拔桩。但在平台桩靴贯入海底过程中，海底泥沙常“倒灌”进冲桩管线导致自升式平台冲桩口堵塞，从而使冲桩效果难达到预期，造成平台桩腿上拔困难。

现有技术中，普遍采用安装半圆形防护罩来保护冲桩口，但是在大位移有限元模拟中以及现场应用中都表明采用防护罩的形式不能完全避免冲桩管线被堵塞的情况。碍于冲桩口的较小尺寸，一般3～5厘米，以及在海底贯入可能遭遇的复杂地质情况，基于计算机检测控制系统或液压控制的冲桩装置结构复杂，尺寸较大，维护困难，对于自升式平台的冲桩系统适应性较差。

中国专利CN101302763采用液压控制，核心部件流量计量器、液压控制装置、控制阀在桩靴内部，结构复杂，不便于维护，由于需要额外的动力源及电路管线，成本较高，且在海底复杂环境中易损毁且不易检修。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水力启闭冲桩口的防堵装置及方法，以解决冲桩管线在自升式平台桩靴贯入海底过程中被海底泥沙堵塞的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，包括：

端盖，所述的端盖顶面沿轴向设置有滑行槽，端盖顶面沿滑行槽一周设置有多个进水孔；端盖侧壁内部设置有定位卡；

防护罩，所述的防护罩与端盖下端密封连接；

防堵阀管，所述的防堵阀管包括储流体和滑行柱，储流体具有储流室，储流体一端封闭、另一端开口；滑行柱与所述储流体封闭端连接，滑行柱安装在所述的滑行槽内，储流体开口端伸入防护罩中；储流体端部与端盖之间设置有第一复位弹簧；所述的储流体沿周向设置有多个与储流室连通的进水口；

及滑行封隔片，所述的滑行封隔片套设在防堵阀管外部，且滑行封隔片上端部通过定位卡限位；滑行封隔片与防护罩之间设置有第二复位弹簧；

其中，当防堵阀管的储流体的开口端与防护罩底部接触时，进水口处于滑行封隔片内部，滑行封隔片与防堵阀管密封连接；当防堵阀管沿滑行槽向上运动时，进水口露出滑行封隔片外部，进水孔与进水口连通。

所述的端盖包括柱状筒体和盖体，盖体设置在柱状筒体上端，且盖体与上边壁顶部边缘留有间距。

所述的定位卡为圆环结构的卡圈；定位卡设置在柱状筒体内部下端。

所述的滑行槽包括用于滑行柱滑动的第一滑槽和用于储流体顶部滑动的第二滑槽，第一滑槽和第二滑槽分别设置在盖体两侧，第一滑槽顶部密封，第一滑槽底部与第二滑槽顶部连通，第二滑槽下部开口；第一复位弹簧设置在第二滑槽内。

所述的第一复位弹簧套设在滑行柱上。

所述的滑行封隔片为筒状结构，滑行封隔片顶部设置有与储流体外壁滑动配合的中心孔；滑行封隔片的高度小于定位卡到防护罩顶部之间的距离。

所述的第二复位弹簧套设在储流体上。

所述的防护罩包括球型底部和顶板，顶板设置有用于防堵阀管穿过的圆孔，顶板与防堵阀管之间设置有密封圈。

所述的球型底部的直径小于顶板的直径。

所述的水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置的防堵方法，包括以下步骤：

在平台向下贯入时，防堵阀管依靠弹力与重力紧抵在防护罩上，在垂直方向上不受力，防堵阀管不会上行，实现防堵；

若海底泥沙突破防堵阀管与防护罩的基础面，则滑行封隔片封隔了防堵阀管上端进水口，以实现第二层防堵；

冲桩作业时，进水时依靠对进水口上壁的压力使防堵阀管上提以开启出水口，防堵阀管上端受方向向上的水压力，其将上行到端盖中部圆柱滑行槽最上端停止；在关闭水流后，第二复位弹簧使滑行封隔片上行回到初始位置，在贯入海底砂黏土的过程中，防止冲桩管线被泥沙堵塞。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明包括端盖、复位弹簧、防堵阀管、滑行封隔片以及防护罩，通过端盖保护下面的防堵阀管免受水流冲击力，中间的圆柱形滑行槽为防堵阀管上行以打开进水口预留行程空间，防堵阀管在平台贯入海底时，依靠复位弹簧弹力和自身重力紧抵在防护罩内侧，达到出水口全封闭以实现防堵功能，上部留有进水口，冲桩时，依靠水力压差上行，以打开出水口，进行冲桩作业；滑行封隔片封闭防堵阀管的进水口，实现第二层防堵功能，并在受水流冲击下行时，使水流进入防堵阀管。本发明靠冲桩水作为动力源实现防堵和冲桩口可控启闭功能，不需要额外的动力源及其他电气设备。本发明依靠滑行封隔片封隔防堵阀管的进水口和防堵阀管紧抵在防护罩上实现了双重防堵的效果。本发明结构简单可靠，无易损零部件，大大提高了冲桩装置的性能。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1是本发明的半剖结构示意图；

图2是本发明端盖的俯视图；

图3是本发明的防堵筏管的正视图。

其中：1-滑行槽，2-端盖，3-防堵阀管，4-定位卡，5-密封圈，6-第一复位弹簧，7-进水孔，8-滑行封隔片，9-进水口，10-第二复位弹簧，11-防护罩，12-上边壁，13-卡圈，14-滑行柱，15-储流体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

如图1所示，本发明一种水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，包括：

端盖2，所述的端盖2顶面沿轴向设置有滑行槽1，端盖2顶面沿滑行槽1一周设置有多个进水孔7；端盖2侧壁内部设置有定位卡4；

防护罩11，所述的防护罩11与端盖2下端密封连接；

防堵阀管3，所述的防堵阀管3包括储流体15和滑行柱14，储流体15一端封闭，另一端开口，滑行柱14与所述储流体15封闭端连接，滑行柱14安装在所述的滑行槽1内，储流体15开口端伸入防护罩11中；储流体15端部与端盖2之间设置有第一复位弹簧6；所述的储流体15沿周向设置有多个进水口9；

及滑行封隔片8，所述的滑行封隔片8套设在防堵阀管3外部，且滑行封隔片8上端部通过定位卡4限位；滑行封隔片8与防护罩11之间设置有第二复位弹簧10；

端盖2设有滑行槽1，容有防堵阀管3的上端，为其提供上行空间并保护其不受下行水冲力的影响；端盖2设有6个进水孔；滑行封隔片8连接第二复位弹簧10，在初始位置封住防堵阀管3的进水口；防堵阀管3通过第一复位弹簧6连接端盖2；防堵阀管3下端连接防护罩11；防堵阀管3上端设有4个进水口；防护罩11连接在自升式平台桩靴的下顶板。

其中，当防堵阀管3的储流体15的开口端与防护罩11底部接触时，进水口9处于滑行封隔片8内部，滑行封隔片8与防堵阀管3密封连接；当防堵阀管3沿滑行槽1向上运动时，进水口9露出滑行封隔片8外部，进水孔7与进水口9连通。

其中，各部件的作用如下：

(1)端盖2：保护下面的防堵阀管3免受水流冲击力，中间的圆柱形滑行槽1为防堵阀管3上行以打开进水口预留行程空间。

(2)防堵阀管3：在平台贯入海底时，依靠复位弹簧弹力和自身重力紧抵在防护罩11内侧，达到出水口全封闭以实现防堵功能，上部留有进水口，冲桩时，依靠水力压差上行，以打开出水口，进行冲桩作业。

(3)滑行封隔片8：封闭防堵阀管3的进水口，实现第二层防堵功能，并在受水流冲击下行时，使水流进入防堵阀管3。

本发明的工作原理为：在平台向下贯入时，防堵阀管3依靠弹力与重力紧抵在防护罩11上，由于在垂直方向上不受力，防堵阀管3不会上行，实现可靠有效地防堵功能，若海底泥沙突破防堵阀管3与防护罩11的基础面，则滑行封隔片8封隔了防堵阀管3上端进水口，以实现第二层防堵功能。冲桩作业时，进水时依靠对进水口上壁的压力使防堵阀管3上提以开启出水口，防堵阀管3上端受方向向上的水压力，其将上行到端盖中部圆柱滑行槽1最上端停止；在关闭水流后，复位弹簧使滑行封隔片8上行回到初始位置，防堵阀管3在复位弹簧本实施例给出一种水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，在自升式平台桩靴贯入海底砂黏土的过程中，防止冲桩管线被泥沙堵塞的工况发生。

作为优选方案，所述的端盖2包括柱状筒体和盖体，盖体设置在柱状筒体上端，且盖体与上边壁12顶部边缘留有间距；所述的定位卡4为圆环结构；定位卡4设置在柱状筒体内部下端。滑行槽1包括用于滑行柱14滑动的第一滑槽和用于储流体15顶部滑动的第二滑槽，第一滑槽和第二滑槽分别设置在盖体两侧，第一滑槽顶部密封，第一滑槽底部与第二滑槽顶部连通，第二滑槽下部开口；第一复位弹簧6设置在第二滑槽内。

作为优选方案，第一复位弹簧6套设在滑行柱14上。所述的第二复位弹簧10套设在储流体15上。

作为优选方案，所述的滑行封隔片8为筒状结构，滑行封隔片8顶部设置有与储流体15外壁滑动配合的中心孔；滑行封隔片8的高度小于定位卡4到防护罩11顶部之间的距离。

作为优选方案，所述的防护罩11包括球型底部和顶板，顶板设置有用于防堵阀管3穿过的圆孔，顶板与防堵阀管3之间设置有密封圈5。球型底部的直径小于顶板的直径。

实施例2

如图1所示，一种水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，主要包括端盖2、防堵阀管3、复位弹簧、滑行封隔片8、防护罩11等五部分组成，端盖2固定在冲桩管线上，并通过第一复位弹簧6与防堵阀管3紧密接触，其中防堵阀管3上端的圆柱接头位于端盖2预留的圆柱形槽中；滑行封隔片8与定位卡4和第二复位弹簧10紧密接触，在垂直位置上高于防堵阀管3设有的四个进水口，并与其紧密接触；防护罩11通过螺纹与端盖2连接，并与防堵阀管3紧密接触。

本发明的工作过程如下所示：

安装有水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置的自升式平台桩靴在贯入海底的过程中，防堵阀管3在第一复位弹簧6的弹力以及自身重力的作用下，与防护罩11紧密接触，由于竖向上防堵阀管3不受力，所以海底泥沙不能进入冲桩管线；如果海底泥沙突破防堵阀管3和防护罩11的接触面，进入到防堵阀管3中，则滑行封隔片8封隔住防堵阀管3的进水口，阻止泥沙进一步进入冲桩管线，实现双重封堵的功能。

安装有水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置的冲桩系统在进行冲桩作业时，端盖2设有6个圆形进水孔7，冲桩水经由此作用在滑行封隔片8上，滑行封隔片8受水压力作用克服第二复位弹簧10的弹力，向下运动，防堵阀管3的进水口9露出，冲桩水经由此进入防堵阀管3，冲桩水对进水口9的上壁沿和防堵阀管3内的上端产生水压力，使其克服第一复位弹簧6的弹力及自身重力，沿滑行槽1向上运动，出水口9打开；冲桩作业完毕后，防堵阀管3在第一复位弹簧6的弹力及自身重力回归原位，滑行封隔片8在第二复位弹簧10的作用下回归原位，实现水力启闭功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，其特征在于，包括：

端盖(2)，所述的端盖(2)顶面沿轴向设置有滑行槽(1)，端盖(2)顶面沿滑行槽(1)一周设置有多个进水孔(7)；端盖(2)侧壁内部设置有定位卡(4)；

防护罩(11)，所述的防护罩(11)与端盖(2)下端密封连接；

防堵阀管(3)，所述的防堵阀管(3)包括储流体(15)和滑行柱(14)，储流体(15)具有储流室，储流体(15)一端封闭、另一端开口；滑行柱(14)与所述储流体(15)封闭端连接，滑行柱(14)安装在所述的滑行槽(1)内，储流体(15)开口端伸入防护罩(11)中；储流体(15)端部与端盖(2)之间设置有第一复位弹簧(6)；所述的储流体(15)沿周向设置有多个与储流室连通的进水口(9)；

及滑行封隔片(8)，所述的滑行封隔片(8)套设在防堵阀管(3)外部，且滑行封隔片(8)上端部通过定位卡(4)限位；滑行封隔片(8)与防护罩(11)之间设置有第二复位弹簧(10)；

其中，当防堵阀管(3)的储流体(15)的开口端与防护罩(11)底部接触时，进水口(9)处于滑行封隔片(8)内部，滑行封隔片(8)与防堵阀管(3)密封连接；当防堵阀管(3)沿滑行槽(1)向上运动时，进水口(9)露出滑行封隔片(8)外部，进水孔(7)与进水口(9)连通。

2.根据权利要求1所述的水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，其特征在于，所述的端盖(2)包括柱状筒体和盖体，盖体设置在柱状筒体上端，且盖体与上边壁(12)顶部边缘留有间距。

3.根据权利要求1所述的水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，其特征在于，所述的定位卡(4)为圆环结构的卡圈(13)；定位卡(4)设置在柱状筒体内部下端。

4.根据权利要求1所述的水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，其特征在于，所述的滑行槽(1)包括用于滑行柱(14)滑动的第一滑槽和用于储流体(15)顶部滑动的第二滑槽，第一滑槽和第二滑槽分别设置在盖体两侧，第一滑槽顶部密封，第一滑槽底部与第二滑槽顶部连通，第二滑槽下部开口；第一复位弹簧(6)设置在第二滑槽内。

5.根据权利要求1所述的水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，其特征在于，所述的第一复位弹簧(6)套设在滑行柱(14)上。

6.根据权利要求1所述的水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，其特征在于，所述的滑行封隔片(8)为筒状结构，滑行封隔片(8)顶部设置有与储流体(15)外壁滑动配合的中心孔；滑行封隔片(8)的高度小于定位卡(4)到防护罩(11)顶部之间的距离。

7.根据权利要求1所述的水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，其特征在于，所述的第二复位弹簧(10)套设在储流体(15)上。

8.根据权利要求1所述的水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，其特征在于，所述的防护罩(11)包括球型底部和顶板，顶板设置有用于防堵阀管(3)穿过的圆孔，顶板与防堵阀管(3)之间设置有密封圈(5)。

9.根据权利要求8所述的水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置，其特征在于，所述的球型底部的直径小于顶板的直径。

10.权利要求1至9任一项所述的水力启闭自升式平台双重防堵冲桩装置的防堵方法，其特征在于，包括以下步骤：

在平台向下贯入时，防堵阀管(3)依靠弹力与重力紧抵在防护罩(11)上，在垂直方向上不受力，防堵阀管(3)不会上行，实现防堵；

若海底泥沙突破防堵阀管(3)与防护罩(11)的基础面，则滑行封隔片(8)封隔了防堵阀管(3)上端进水口，以实现第二层防堵；

冲桩作业时，进水时依靠对进水口上壁的压力使防堵阀管(3)上提以开启出水口，防堵阀管(3)上端受方向向上的水压力，其将上行到端盖(2)中部圆柱滑行槽(1)最上端停止；在关闭水流后，第二复位弹簧(10)使滑行封隔片(8)上行回到初始位置，在贯入海底砂黏土的过程中，防止冲桩管线被泥沙堵塞。