CN110761315B - 一种利用钻探船施工吸力锚的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用钻探船施工吸力锚的方法，利用钻探船上现有的钻探设备进行吸力锚施工，具体施工步骤包括如下：钻探船靠岸吸力锚装船固定：将吸力锚放置于钻探船上的月池盖板上；吸力锚固定安装：将吸力锚固定安装在钻塔上的组合吊带上；泵撬块的安装：将泵撬块安装在吸力锚的锥顶上；吸力锚下放；吸力锚贯入海底泥面；组合吊带及泵撬块回收。本发明采用钻探船自身的钻探条件，利用钻探船上的顶驱提吊吸力锚，穿过船体上的月池，通过钻杆逐节连接下放吸力锚，采用泵撬块控制吸力锚的贯入，施工过程只需在钻探船上实施，减小了施工成本，保证施工周期的正常进行。

Description

一种利用钻探船施工吸力锚的方法

技术领域

本发明涉及一种吸力锚施工方法，尤其是一种利用钻探船施工吸力锚的方法。

背景技术

吸力锚是一种顶部封闭、下端敞开的钢筒，垂直放置于海底泥面上依靠自重贯入泥土中，借助吸力泵从筒内向外部抽水，筒底依靠泥土密封，筒内外形成负压、海水压力作用于筒顶，将吸力锚进一步压入泥土中完成安装。吸力锚与地层摩擦力可提供很大的竖向承载力和水平承载力，可用于支撑海底结构物或者作为海底基础支撑海上设备，因此吸力锚广泛应用于海上风电基础、海上平台基础、导管架基座、深海井口基座及深海系泊等领域。现在常规的吸力锚需要大型工程船施工安装，利用配备带有升沉补偿功能的船用吊机，并配套1~2台工作级ROV辅助安装，安装成本高；尤其是当吸力锚作为海上钻探海底井口基座时，若采用另外的工程船来施工吸力锚，工程船先到达钻探施工海域下完成吸力锚施工后，钻探船再来打钻，这样会加大施工成本。另外，一般能够满足安装施工要求的船舶较少，若工程船档期与钻探周期相冲突，便会影响施工周期。

发明内容

本发明为克服现有技术弊端，提供一种利用钻探船施工吸力锚的方法，采用钻探船自身的钻探装置，利用船上的顶驱提吊吸力锚，穿过船体上的月池，通过钻杆逐节连接下放吸力锚，采用泵撬块控制吸力锚的贯入，完成吸力锚的就位，从而减小了施工成本，保证了施工周期。

解决上述问题所采用的技术方案是：

一种利用钻探船施工吸力锚的方法，所述方法利用钻探船上的钻探设备，按如下步骤进行：

a、钻探船靠岸，将吸力锚装船固定：钻探船靠岸后，通过岸边塔吊或海上浮吊将吸力锚放置于所述钻探船中央位置的月池盖板上，月池盖板位于月池的上方；所述吸力锚在月池盖板上采取固定措施，防止海上运输途中发生倾覆风险；

b、吸力锚固定安装：钻探船行驶至施工海域，进行吸力锚安装；所述吸力锚的筒体上部侧壁设有吊耳Ⅰ，将所述吊耳Ⅰ通过ROV卸扣与组合吊带连接，所述组合吊带最上端通过卸扣与提吊接头下端连接，将所述提吊接头上端与顶驱螺纹连接，所述顶驱挂在所述钻探船中央位置上的钻塔上，依靠油缸或者卷扬上下移动；

c、泵撬块的安装：吸力锚固定安装在钻塔上之后，在所述吸力锚的顶部安装泵撬块，所述泵撬块通过脐带缆与所述钻探船上的控制系统连接，所述脐带缆传输电力的同时传输控制信号，控制水下所述泵撬块动作；所述泵撬块的框架底部设置有锁紧机构，其与所述吸力锚内的中心管顶部法兰连接，所述框架顶部设有吊耳Ⅱ，所述吊耳Ⅱ通过卸扣连接泵撬块吊带一端，所述泵撬块吊带的另一端连接到所述组合吊带下端的主吊环上，所述框架内搭载吸力泵，所述吸力泵的吸水口通过软管与吸力锚的锥顶上的抽吸口连接；

d、吸力锚下放：启动所述顶驱，利用所述顶驱将所述吸力锚提离所述月池盖板，将所述月池盖板移开所述月池上方，然后将所述吸力锚穿过所述月池下放至所述提吊接头下端与所述月池盖板齐平，将所述月池盖板再次归位至月池上，由于月池盖板上设置有U型缺口，所述提吊接头位于所述月池盖板U型缺口上方，放置气动卡瓦卡住所述提吊接头，卸开所述提吊接头与所述顶驱的螺纹，在所述顶驱上加接钻杆，钻杆再与所述提吊接头螺纹连接，打开气动卡瓦，顶驱下放钻杆，至钻杆上部接头到达气动卡瓦的位置，再次关闭气动卡瓦卡住钻杆上部接头处，卸开钻杆与顶驱螺纹，在钻杆上继续加接另一节钻杆，并与顶驱连接，继续下放吸力锚，重复以上过程，至吸力锚接触海底泥面；

e、吸力锚贯入海底泥面：通过多节钻杆下放所述吸力锚后，释放吸力锚的全部重量，吸力锚依靠自重贯入海底一定深度，钻探船上的控制系统控制泵撬块开启吸力泵，通过吸力锚顶部的抽吸口对吸力锚的筒体与中心管形成的环空抽水，当抽水量大于筒体底部的渗水量时，筒体内形成负压，吸力锚依靠负压贯入泥土中，直至贯入深度达到设计要求时，停止负压贯入；

f、组合吊带及泵撬块回收：贯入结束后，ROV靠近吸力锚，人工操作ROV机械手解除组合吊带与吸力锚之间的ROV卸扣，通过钻探船上的控制系统控制泵撬块的锁紧机构解锁，上提钻杆，软管与吸力锚的抽吸口脱开，泵撬块与吸力锚分离，继续提钻，拆卸钻杆，并将吊带组合和泵撬块全部从所述月池回收至钻探船。

上述利用钻探船施工吸力锚的方法，所述吸力锚的筒体直径根据所述月池的方形尺寸设置，所述筒体的直径不大于所述月池的方形尺寸，保证吸力锚能够穿过所述月池。

上述利用钻探船施工吸力锚的方法，所述泵撬块还包括接线箱、水下电机、水下液压泵站、电子舱、主阀箱及补偿器，所述接线箱通过所述脐带缆与所述钻探船上的控制系统及电源连接，所述接线箱输出动力电给所述水下电机，所述水下电机驱动所述水下液压泵站将电能转化为液压能，水下液压泵站通过所述主阀箱驱动所述吸力泵及锁紧机构，所述电子舱从钻探船上的控制系统接受指令，控制所述主阀箱从而控制吸力泵、锁紧机构及水下液压泵站执行机构动作，所述补偿器联通所述水下电机、接线箱，主要用于抵抗海水作用在接线箱及水下电机上的水压，防止海水进入系统造成短路。

上述利用钻探船施工吸力锚的方法，所述组合吊带包括主吊带、子吊带、主吊环、主卸扣、子卸扣及子吊环，所述主吊带包括一根，所述子吊带包括四根，所述子吊带一端通过所述ROV卸扣分别与所述吊耳Ⅰ连接，另一端连接所述子卸扣，并通过子吊环与所述主吊环连接，所述主吊带穿过主吊环对折，并通过主卸扣与所述提吊接头连接。

上述利用钻探船施工吸力锚的方法，所述主吊带的极限工作拉力是所述子吊带的极限工作拉力的4倍及以上。

上述利用钻探船施工吸力锚的方法，所述ROV卸扣包括卸扣环、销子及安全销，所述销子一端设置有圆环，便于ROV机械手操作，另一端设置有销孔，所述销子穿过所述卸扣环，所述安全销插进销孔内，防止销子脱落，所述安全销上设置有圆环，便于ROV机械手操作。

上述利用钻探船施工吸力锚的方法，所述提吊接头包括上部的螺纹接头、下部的吊耳Ⅲ及中间的接头小径段，所述螺纹接头与所述顶驱螺纹连接，所述吊耳Ⅲ通过所述主卸扣与所述主吊带连接，所述接头小径段与钻探船上的气动卡瓦配合，用于承载吸力锚的重量。

上述利用钻探船施工吸力锚的方法，所述步骤d，钻探船上设置有DP定位系统，通过DP定位系统控制所述吸力锚在水下的位置。

本发明的有益效果是：本发明利用钻探船上现有的钻探装置进行吸力锚的施工，无需利用专门的工程船施工吸力锚，避免因工程船档期与钻探船档期相冲突现象的发生，缩短了施工周期，节约了施工成本；采用泵撬块搭载吸力泵，实现吸力锚的负压贯入，无需ROV搭载吸力泵，降低了对ROV的能力要求；吸力锚贯入通过多节钻杆逐节下放、自重贯入，再通过吸力泵负压贯入，吸力锚下放速度及贯入压力通过钻探船上的顶驱控制，且钻探船上带有DP定位，保证吸力锚下放位置准确，贯入过程平稳；采用组合吊带吊装吸力锚，方便吸力锚的安装与拆卸。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步说明。

图1为本发明吸力锚安装在钻探船上的整体结构示意图；

图2为吸力锚吊装结构示意图；

图3 为吸力锚结构示意图；

图4为泵撬块侧视结构示意图；

图5为泵撬块俯视结构示意图；

图6为ROV卸扣结构示意图；

图7为提吊接头结构示意图。

图中：1、吸力锚；1-1、筒体；1-2、吊耳Ⅰ；1-3、中心管；1-4、锥顶；1-5、抽吸口；2、钻探船；2-1、月池盖板；2-2、月池；2-3、钻塔；3、组合吊带；3-1、主吊带；3-2、子吊带；3-3、主吊环；3-4、主卸扣；3-5、子卸扣；3-6、子吊环；4、提吊接头；4-1、螺纹接头；4-2、吊耳Ⅲ；4-3、接头小径段；5、顶驱；6、泵撬块；6-1、框架；6-2、锁紧机构；6-3、吊耳Ⅱ；6-4、泵撬块吊带；6-5、吸力泵；6-6、接线箱；6-7、水下电机；6-8、水下液压泵站；6-9、电子仓；6-10、主阀箱；6-11、补偿器；7、脐带缆；8、软管；9、ROV卸扣；9-1、卸扣环；9-2、销子；9-3、安全销。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

一种利用钻探船施工吸力锚的方法，利用钻探船上现有的钻探设备进行吸力锚施工，具体施工步骤包括如下：

参看图1、图2、图6和图7，钻探船靠岸吸力锚装船固定：钻探船2靠岸后，通过岸边塔吊或海上浮吊将吸力锚1放置于所述钻探船2中央位置的月池盖板2-1上，月池盖板2-1位于月池2-2的上方，所述吸力锚在月池盖板上做相应固定措施，防止海上运输途中发生倾覆风险；吸力锚1的直径根据月池方形尺寸设计，保证吸力锚1下方过程中能够穿过月池；吸力锚的重量应当在所述月池盖板承载重量范围内；

吸力锚固定安装：钻探船行驶至施工海域，进行吸力锚安装；所述吸力锚1的筒体1-1上部侧壁设有吊耳Ⅰ1-2，将所述吊耳Ⅰ通过ROV卸扣9与组合吊带3连接，所述组合吊带3最上端通过卸扣与提吊接头4下端的吊耳Ⅲ4-2连接，将所述提吊接头上端的螺纹接头4-1与顶驱5螺纹连接，所述顶驱5挂在所述钻探船2中央位置上的钻塔2-3上，顶驱5依靠油缸或者卷扬上下移动；

参看图2-图6，泵撬块的安装：吸力锚固定安装在钻塔上之后，在所述吸力锚1的顶部安装泵撬块6，泵撬块6包括框架6-1以及搭载在框架内的吸力泵6-5、接线箱6-6、水下电机6-7、水下液压泵站6-8、电子舱6-9、主阀箱6-10及补偿器6-11，所述接线箱6-6通过脐带缆7与所述钻探船2上的控制系统连接，所述脐带缆传输电力的同时传输控制信号，控制水下所述泵撬块6动作；所述框架6-1底部设置有锁紧机构6-2，其与所述吸力锚1内的中心管1-3顶部法兰连接，所述框架6-1顶部设有吊耳Ⅱ6-3，所述吊耳Ⅱ通过卸扣连接泵撬块吊带6-4一端，所述泵撬块吊带6-4的另一端连接到所述组合吊带3下端的主吊环3-3上，所述吸力泵的吸水口通过软管8与吸力锚的锥顶1-4上的抽吸口1-5连接；

吸力锚下放：吸力锚和泵撬块安装完毕后，启动钻塔上的所述顶驱5，利用所述顶驱5将所述吸力锚1提离所述月池盖板2-1，将所述月池盖板移开所述月池2-2上方，让出月池，然后将所述吸力锚下放穿过所述月池至所述提吊接头4下端与所述月池盖板齐平，将所述月池盖板再次归位至月池上，由于月池盖板上设置有U型缺口，所述提吊接头位于所述月池盖板U型缺口上方，放置气动卡瓦卡住所述提吊接头中部的接头小径段4-3，卸开所述提吊接头与所述顶驱的螺纹，在所述顶驱上加接钻杆（图中未示出），钻杆再与所述提吊接头螺纹连接，打开气动卡瓦，顶驱下放钻杆，至钻杆上部接头到达气动卡瓦的位置，再次关闭气动卡瓦卡住钻杆上部接头处，卸开钻杆与顶驱螺纹，在钻杆上继续加接另一节钻杆，并与顶驱连接，继续下放吸力锚，重复以上过程，至吸力锚接触海底泥面；钻探船上设置有DP定位系统，通过DP定位系统控制所述吸力锚在水下的位置；

吸力锚贯入海底泥面：通过多节钻杆下放所述吸力锚1后，释放吸力锚的全部重量，吸力锚依靠自重贯入海底一定深度，钻探船上的控制系统通过脐带缆传输电力给接线箱，接线箱输出动力电给所述水下电机6-7，所述水下电机驱动所述水下液压泵站6-8将电能转化为液压能，水下液压泵站通过所述主阀箱6-10驱动所述吸力泵6-5及锁紧机构6-2，同时所述电子舱6-9从钻探船上的控制系统接受指令，控制所述主阀箱从而控制吸力泵、锁紧机构及水下液压泵站执行机构动作，锁紧机构6-2与吸力锚顶端的中心管接口锁紧，吸力泵通过吸力锚顶部的抽吸口1-5对吸力锚的筒体1-1与中心管1-3形成的环空抽水，当抽水量大于筒体1-1底部的渗水量时，筒体内形成负压，吸力锚依靠负压贯入泥土中，直至贯入深度达到设计要求时，停止负压贯入；所述补偿器6-11联通所述水下电机、接线箱，主要用于抵抗海水作用在接线箱及水下电机上的水压，防止海水进入系统造成短路；

组合吊带及泵撬块回收：贯入结束后，ROV靠近吸力锚，人工操作ROV机械手解除组合吊带3与吸力锚1之间的ROV卸扣9，所述ROV卸扣9包括卸扣环9-1、销子9-2及安全销9-3，所述销子一端设置有圆环，便于ROV机械手操作，另一端设置有销孔，所述销子穿过所述卸扣环，所述安全销插进销孔内，防止销子脱落，所述安全销9-3上设置有圆环，便于ROV机械手操作；通过钻探船2上的控制系统控制泵撬块的锁紧机构6-2解锁，上提钻杆，软管8与吸力锚的抽吸口1-5脱开，泵撬块与吸力锚分离，继续提钻，拆卸钻杆，并将吊带组合3和泵撬块6全部从所述月池2-2回收至钻探船。

参看图2，所述组合吊带3包括主吊带3-1、子吊带3-2、主卸扣3-4、子卸扣3-5及子吊环3-6，所述主吊带3-1包括一根，所述子吊带3-2包括四根，所述子吊带一端通过所述ROV卸扣9分别与所述吊耳Ⅰ1-2连接，另一端连接所述子卸扣3-5，并通过子吊环3-6与所述主吊环3-3连接，所述主吊带3-1穿过主吊环对折，并通过主卸扣3-4与所述提吊接头4连接。所述主吊带3-1的极限工作拉力是所述子吊带3-2的极限工作拉力的4倍及以上。主吊带和子吊带均采用柔性吊带，提吊过程更稳定。采用组合吊带结构提吊吸力锚，安装与拆卸方便，节省时间。

吸力锚的贯入速度与吸力泵的排量及吸力锚的筒体直径有关，通过控制吸力泵的排量来控制吸力锚的贯入速度。以吸力锚筒体直径为3m为例，吸力泵的排量最大达到80m³/h，吸力泵的排量可以根据液压输入功率的变化无极调速，根据吸力泵的不同排量计算吸力锚的贯入速度，如表1。

表1 吸力锚的贯入速度与吸力泵排量的关系对照表

吸力泵排量	20m<sup>3</sup>/h	40m<sup>3</sup>/h	60m<sup>3</sup>/h	80m<sup>3</sup>/h
					Φ3m吸力锚每下入1m耗时	21min	10.5min	7min	5min
贯入速度m/s|	2.8	5.7	8.6	12

参看表1，当吸力锚筒体直径固定时，吸力泵的排量越大，吸力锚的贯入速度就越大。

Claims (8)

1.一种利用钻探船施工吸力锚的方法，其特征是：所述方法利用钻探船上的钻探设备，按如下步骤进行：

a、钻探船靠岸，将吸力锚装船固定：钻探船(2)靠岸后，通过岸边塔吊或海上浮吊将吸力锚(1)放置于所述钻探船(2)中央位置的月池盖板(2-1)上，月池盖板(2-1)位于月池(2-2)的上方；所述吸力锚在月池盖板上采取固定措施，防止海上运输途中发生倾覆风险；

b、吸力锚固定安装：钻探船行驶至施工海域，进行吸力锚安装；所述吸力锚(1)的筒体(1-1)上部侧壁设有吊耳Ⅰ(1-2)，将所述吊耳Ⅰ通过ROV卸扣(9)与组合吊带(3)连接，所述组合吊带(3)最上端通过卸扣与提吊接头(4)下端连接，将所述提吊接头上端与顶驱(5)螺纹连接，所述顶驱(5)挂在所述钻探船(2)中央位置上的钻塔(2-3)上，依靠油缸或者卷扬上下移动；

c、泵撬块的安装：吸力锚固定安装在钻塔上之后，在所述吸力锚(1)的顶部安装泵撬块(6)，所述泵撬块(6)通过脐带缆(7)与所述钻探船(2)上的控制系统连接，所述脐带缆传输电力的同时传输控制信号，控制水下所述泵撬块(6)动作；所述泵撬块(6)的框架(6-1)底部设置有锁紧机构(6-2)，其与所述吸力锚(1)内的中心管(1-3)顶部法兰连接，所述框架(6-1)顶部设有吊耳Ⅱ(6-3)，所述吊耳Ⅱ通过卸扣连接泵撬块吊带(6-4)一端，所述泵撬块吊带(6-4)的另一端连接到所述组合吊带(3)下端的主吊环(3-3)上，所述框架(6-1)内搭载吸力泵(6-5)，所述吸力泵的吸水口通过软管(8)与吸力锚的锥顶(1-4)上的抽吸口(1-5)连接；

d、吸力锚下放：启动所述顶驱(5)，利用所述顶驱(5)将所述吸力锚(1)提离所述月池盖板(2-1)，将所述月池盖板移开所述月池(2-2)上方，然后将所述吸力锚穿过所述月池下放至所述提吊接头(4)下端与所述月池盖板齐平，将所述月池盖板再次归位至月池上，由于月池盖板上设置有U型缺口，所述提吊接头位于所述月池盖板U型缺口上方，放置气动卡瓦卡住所述提吊接头，卸开所述提吊接头与所述顶驱的螺纹，在所述顶驱上加接钻杆，钻杆再与所述提吊接头螺纹连接，打开气动卡瓦，顶驱下放钻杆，至钻杆上部接头到达气动卡瓦的位置，再次关闭气动卡瓦卡住钻杆上部接头处，卸开钻杆与顶驱螺纹，在钻杆上继续加接另一节钻杆，并与顶驱连接，继续下放吸力锚，重复以上过程，至吸力锚接触海底泥面；

e、吸力锚贯入海底泥面：通过多节钻杆下放所述吸力锚(1)后，释放吸力锚的全部重量，吸力锚依靠自重贯入海底一定深度，钻探船上的控制系统控制泵撬块开启吸力泵，通过吸力锚顶部的抽吸口(1-5)对吸力锚的筒体(1-1)与中心管(1-3)形成的环空抽水，当抽水量大于筒体(1-1)底部的渗水量时，筒体内形成负压，吸力锚依靠负压贯入泥土中，直至贯入深度达到设计要求时，停止负压贯入；

f、组合吊带及泵撬块回收：贯入结束后，ROV靠近吸力锚，人工操作ROV机械手解除组合吊带(3)与吸力锚(1)之间的ROV卸扣(9)，通过钻探船(2)上的控制系统控制泵撬块的锁紧机构(6-2)解锁，上提钻杆，软管(8)与吸力锚的抽吸口(1-5)脱开，泵撬块与吸力锚分离，继续提钻，拆卸钻杆，并将吊带组合(3)和泵撬块(6)全部从所述月池(2-2)回收至钻探船。

2.根据权利要求1所述的利用钻探船施工吸力锚的方法，其特征在于：所述吸力锚的筒体(1-1)直径根据所述月池(2-2)的方形尺寸设置，所述筒体(1-1)的直径不大于所述月池的方形尺寸，保证吸力锚能够穿过所述月池。

3.根据权利要求2所述的利用钻探船施工吸力锚的方法，其特征在于：所述泵撬块(6)还包括接线箱(6-6)、水下电机(6-7)、水下液压泵站(6-8)、电子舱(6-9)、主阀箱(6-10)及补偿器(6-11)，所述接线箱(6-6)通过所述脐带缆(7)与所述钻探船(2)上的控制系统及电源连接，所述接线箱输出动力电给所述水下电机(6-7)，所述水下电机驱动所述水下液压泵站(6-8)将电能转化为液压能，水下液压泵站通过所述主阀箱(6-10)驱动所述吸力泵(6-5)及锁紧机构(6-2)，所述电子舱(6-9)从钻探船上的控制系统接受指令，控制所述主阀箱从而控制吸力泵、锁紧机构及水下液压泵站执行机构动作，所述补偿器(6-11)联通所述水下电机、接线箱，用于抵抗海水作用在接线箱及水下电机上的水压，防止海水进入系统造成短路。

4.根据权利要求3所述的利用钻探船施工吸力锚的方法，其特征在于：所述组合吊带(3)包括主吊带(3-1)、子吊带(3-2)、主吊环(3-3)、主卸扣(3-4)、子卸扣(3-5)及子吊环(3-6)，所述主吊带(3-1)包括一根，所述子吊带(3-2)包括四根，所述子吊带一端通过所述ROV卸扣(9)分别与所述吊耳Ⅰ(1-2)连接，另一端连接所述子卸扣(3-5)，并通过子吊环(3-6)与所述主吊环(3-3)连接，所述主吊带(3-1)穿过主吊环对折，并通过主卸扣(3-4)与所述提吊接头(4)连接。

5.根据权利要求4所述的利用钻探船施工吸力锚的方法，其特征在于：所述主吊带(3-1)的极限工作拉力是所述子吊带(3-2)的极限工作拉力的4倍及以上。

6.根据权利要求5所述的利用钻探船施工吸力锚的方法，其特征在于：所述ROV卸扣(9)包括卸扣环(9-1)、销子(9-2)及安全销(9-3)，所述销子一端设置有圆环，便于ROV机械手操作，另一端设置有销孔，所述销子穿过所述卸扣环，所述安全销插进销孔内，防止销子脱落，所述安全销(9-3)上设置有圆环，便于ROV机械手操作。

7.根据权利要求6所述的利用钻探船施工吸力锚的方法，其特征在于：所述提吊接头(4)包括上部的螺纹接头(4-1)、下部的吊耳Ⅲ(4-2)及中间的接头小径段(4-3)，所述螺纹接头(4-1)与所述顶驱(5)螺纹连接，所述吊耳Ⅲ(4-2)通过所述主卸扣(3-4)与所述主吊带(3-1)连接，所述接头小径段(4-3)与钻探船上的气动卡瓦配合，用于承载吸力锚的重量。

8.根据权利要求7所述的利用钻探船施工吸力锚的方法，其特征在于：所述步骤d，钻探船上设置有DP定位系统，通过DP定位系统控制所述吸力锚在水下的位置。

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