CN110805016A - 一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺 - Google Patents

Abstract

一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺，主要为将主箱体和辅助浮箱进行连接固定，并通过驳船将组装在一起的主箱体和辅助浮箱托运至施工点；然后将在连接在一起的主箱体和辅助浮箱上选取三个点使其呈正三角形结构，通过三船拉拽定位；通过升降系统提升压载水箱体，使得筒体沉贯入海床；再向固定桩导向槽内打入钢桩，以增强平台整体稳定性；起拔时，通过喷冲装置以降低吸附力，再通过浮箱浮力自动将作业筒拔出，然后再通过驳船将其拖拉至下一施工地点，然后依次进行，直至完成所有施工点。与现有技术相比本发明的有益效果是：施工工艺稳定可靠、成本低，通过本施工工艺，可为工人在海床上作业提供干式环境，并且可实现整个系统回收和再利用。

Description

一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺

技术领域

本发明涉及海上施工工艺，具体为一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺。

背景技术

海洋钻井平台（drilling platform）是主要用于钻探井的海上结构物。平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段。

目前在海洋钻采过程中，施工人员一般需要利用海上平台进行相应施工作业，而不是直接的到达海底泥沙面进行作业，虽然也可以采用设备下潜的方式以达到海底施工的目的，但是其施工难度也通常较高。

因此针对上述问题，有必要提出一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺，以解决在石油开采过程中，操作人员在海底施工难度较大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺，其特点是可以使工人可以在海床上进行干式施工。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺，将主箱体和辅助浮箱进行连接固定，并通过驳船将组装在一起的主箱体和辅助浮箱托运至施工点；然后将在连接在一起的主箱体和辅助浮箱上选取三个点使其呈正三角形结构，通过三船拉拽定位的方式，确保在作业筒下放过程中的稳定性，待施工完成后再将作业筒升起，然后再通过驳船将其拉至下一施工地点，然后依次进行，直至完成所有施工点。

作为优化，主箱体和辅助浮箱的连接方法为：主箱体和辅助浮箱的内部均由若干独立空舱组成；通过泵站向辅助浮箱内加载海水，使得主箱体和辅助浮箱的吃水深度产生偏差，然后对主箱体一侧的主沟槽和辅助浮箱一侧的副沟槽进行水平位置校对，校对完成后，通过泵站抽出辅助浮箱内加载的海水，使辅助浮箱上浮，通过浮力挤压使得主沟槽和副沟槽卡接在一起，最后再通过在主箱体和辅助浮箱的两端绑定绳索和固定连接杆得到两者的二次紧固连接。

作为优化，三船拉拽定位的方法为：在组装成一体的主箱体和辅助浮箱上选取三个点，使其形成正三角形结构，并在其三个端点处均连接好驳船，三个驳船分别沿其正三角形的三条中线向外延伸的方向运动。

作为优化，作业筒下放过程中的方法为：作业筒贯穿于主箱体的中部并通过升降机构与其相接；升降机构设于作业筒的外部并固定于主箱体上，且升降机构以作业筒的中心为轴环绕的设有多个；作业筒的外壁上还设有与升降机构位置相对应的定位槽，且定位槽沿作业筒的外壁纵向方向设有多个；升降机构包括下限位液缸、升降液缸和上限位液缸；下限位液缸水平固定于主箱体上，下限位液缸自由端沿水平方向向作业筒运动以实现与定位槽的卡接；升降液缸垂直固定于下限位液缸上，升降液缸的自由端向上做垂直方向运动；上限位液缸水平固定于升降液缸的自由端上，上限位液缸的自由端沿水平方向向作业筒运动以实现与定位槽的卡接；主箱体上方的一侧还设有泵站；通过下限位液缸、升降液缸和上限位液缸以及定位槽的反复配合实现作业筒的下放；在这个过程中，通过泵站调节主箱体和辅助浮箱内的多个空舱的水量进行压载调平和重力调整，以配合作业筒通过自身重力下沉至预定的深度。底端沉贯入泥至预定深度的作业筒顶部为开口式，通过将筒内的海水排出，在筒内底部形成干式工作环境，同时在筒内侧设置攀梯或升降装置，作业人员通过攀梯或升降装置从筒顶部下行到达筒底海床，进行干式作业。

作为优化，作业筒下放后的施工方法为：作业筒的底端设有防渗透爪；防渗透爪呈向内弯曲状；防渗透爪上方设有栅格状的加强板；通过防渗透爪将底部的泥沙压实防止海水渗透现象的发生，并通过加强板抵消作业筒与海底面接触时所产生的瞬间压力；作业筒内还设有固定桩导向槽；固定桩导向槽固定于作业筒的内端下部处，且固定桩导向槽以作业筒的中心为轴环绕的设有多个；下放作业筒完成后，将作业筒内的海水通过泵站排出，并通过向固定桩导向槽内打入钢桩，以增强平台整体的稳定性，作业筒内的海水排出后形成了一个干式的工作环境，员工通过攀梯或升降设备下移至海底面处进行施工作业。

作为优化，作业筒上升过程中的方法为：作业筒内设有喷冲装置；喷冲装置以作业筒的中心为轴纵向的环绕设有多个；喷冲装置包括喷冲主管、若干喷冲头和转换器；喷冲主管纵向固定于作业筒的内部，其上端通过连接管道与泵站相接，其下端通过转换器与若干喷冲头相连接，且喷冲头均贯穿于防渗透爪的上端并位于防渗透爪的外部；作业筒上升时喷冲头向下喷射海水，使得原本受到挤压的泥沙松动，以降低其吸附力，然后再通过下限位液缸、升降液缸和上限位液缸以及定位槽的反复配合实现作业筒的上升。

作为优化，包括以下步骤：(1) 组装好作业平台，并通过驳船将其托运至施工点。

(2) 到达施工点后，采用三船拉拽定位的方式，确保作业筒下放过程中的稳定性。

(3)下放作业筒，在下放过程中通过向主箱体和辅助浮箱内注入海水或排出海水，对其整体进行压载调平和重力调整，使得作业筒通过自身重力下沉至预定的深度。

(4)海底面施工作业，作业筒下放完成后，通过泵站将作业筒内的海水排出，并通过作业筒内的固定桩导向槽向其内部打入钢桩，以增强平台整体的稳定性，然后操作人员下放至作业筒内的海底面进行作业。

(5) 施工结束后，拔起作业筒，通过喷冲装置向作业筒与海底面的接触层进行海水喷冲，使其受到挤压的泥沙松动，以降低吸附力。在上升过程中通过向主箱体和辅助浮箱内注入海水或排出海水，对其整体进行压载调平和重力调整，使作业筒通过自身浮力上升。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本施工工艺的设计整体利用了浮箱水压载和浮力的原理，提供了一种便于在海底进行干式作业施工环境的工艺，极大的降低了海洋石油开采的难度；同时利用防渗透爪解决了在施工过程中海底面海水渗透的问题；并通过喷冲装置解决了在作业筒在拔起作业时，底部吸附力较大的难题；还进一步的优化了各施工步骤的关系以及方式，使其施工更加安全有效。

附图说明

图1为本发明的平面结构示意图及三船拉拽定位方法示意图。

图2为本发明主箱体和辅助浮箱的连接方法结构示意图。

图3为本发明作业筒上升和下降的的方法示意图。

图4为本发明作业筒上升时喷冲装置的施工示意图。

图5为本发明作业筒打桩时的施工示意图。

其中，主箱体1、辅助浮箱2、作业筒3、升降机构4、泵站5、喷冲主管6、喷冲头7、固定桩导向槽8、连接机构9、定位槽10、下限位液缸11、升降液缸12、上限位液缸13、防渗透爪14、加强板15、副沟槽16、主沟槽17。

具体实施方式

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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺，将主箱体1和辅助浮箱2进行连接固定，并通过驳船将组装在一起的主箱体1和辅助浮箱2托运至施工点；然后将在连接在一起的主箱体1和辅助浮箱2上选取三个点使其呈正三角形结构，通过三船拉拽定位的方式，确保在作业筒3下放过程中的稳定性，待施工完成后再将作业筒3升起，然后再通过驳船将其拉至下一施工地点，然后依次进行，直至完成所有施工点。

如图2所示，主箱体1和辅助浮箱2的连接方法为：主箱体1和辅助浮箱2的内部均由若干独立空舱组成；通过泵站5向辅助浮箱2内加载海水，使得主箱体1和辅助浮箱2的吃水深度产生偏差，然后对主箱体1一侧的主沟槽17和辅助浮箱2一侧的副沟槽16进行水平位置校对，校对完成后，通过泵站5抽出辅助浮箱2内加载的海水，使辅助浮箱2上浮，通过浮力挤压使得主沟槽17和副沟槽16卡接在一起，最后再通过在主箱体1和辅助浮箱2的两端绑定绳索和固定连接杆得到两者的二次紧固连接。

如图1所示，三船拉拽定位的方法为：在组装成一体的主箱体1和辅助浮箱2上选取三个点，使其形成正三角形结构，并在其三个端点处均连接好驳船，三个驳船分别沿其正三角形的三条中线向外延伸的方向运动。

如图3所示，作业筒3下放过程中的方法为：作业筒3贯穿于主箱体1的中部并通过升降机构4与其相接；升降机构4设于作业筒3的外部并固定于主箱体1上，且升降机构4以作业筒3的中心为轴环绕的设有多个；作业筒3的外壁上还设有与升降机构4位置相对应的定位槽10，且定位槽10沿作业筒3的外壁纵向方向设有多个；升降机构4包括下限位液缸11、升降液缸12和上限位液缸13；下限位液缸11水平固定于主箱体1上，下限位液缸11自由端沿水平方向相作业筒3运动以实现与定位槽10的卡接；升降液缸12垂直固定于下限位液缸11上，升降液缸12的自由端向上做垂直方向运动；上限位液缸13水平固定于升降液缸12的自由端上，上限位液缸13的自由端沿水平方向相作业筒3运动以实现与定位槽10的卡接；主箱体1上方的一侧还设有泵站5；通过下限位液缸11、升降液缸12和上限位液缸13以及定位槽10的反复配合实现作业筒3的下放；在这个过程中，通过泵站5调节主箱体1和辅助浮箱2内的多个空舱的水量进行压载调平和重力调整，以配合作业筒3通过自身重力下沉至预定的深度。

如图4、图5所示，作业筒3下放后的施工方法为：作业筒3的底端设有防渗透爪14；防渗透爪14呈向内弯曲状；防渗透爪14上方设有栅格状的加强板15；通过防渗透爪14将底部的泥沙压实防止海水渗透现象的发生，并通过加强板15抵消作业筒3与海底面接触时所产生的瞬间压力；作业筒3内还设有固定桩导向槽8；固定桩导向槽8固定于作业筒3的内端下部处，且固定桩导向槽8以作业筒3的中心为轴环绕的设有多个；下放作业筒3完成后，将作业筒3内的海水通过泵站5排出，并通过向固定桩导向槽8内打入钢桩，以增强平台整体的稳定性，作业筒3内的海水排出后形成了一个干式的工作环境，员工通过攀梯或升降设备下移至海底面处进行施工作业。

如图3、图4所示，作业筒3上升过程中的方法为：作业筒3内设有喷冲装置；喷冲装置以作业筒3的中心为轴纵向的环绕设有多个；喷冲装置包括喷冲主管6、若干喷冲头7和转换器；喷冲主管6纵向固定于作业筒3的内部，其上端通过连接管道与泵站5相接，其下端通过转换器与若干喷冲头7相连接，且喷冲头7均贯穿于防渗透爪14的上端并位于防渗透爪14的外部；作业筒3上升时喷冲头7向下喷射海水，使得原本受到挤压的泥沙松动，以降低其吸附力，然后再通过下限位液缸11、升降液缸12和上限位液缸13以及定位槽10的反复配合实现作业筒3的上升。

包括以下步骤：(1)组装好作业平台，并通过驳船将其托运至施工点。

(2)到达施工点后，采用三船拉拽定位的方式，确保作业筒3下放过程中的稳定性。

(3) 下放作业筒3，在下放过程中通过向主箱体1和辅助浮箱2内注入海水或排出海水，对其整体进行压载调平和重力调整，使得作业筒3通过自身重力下沉至预定的深度。

(4)海底面施工作业，作业筒3下放完成后，通过泵站5将作业筒3内的海水排出，并通过作业筒3内的固定桩导向槽8向其内部打入钢桩，以增强平台整体的稳定性，然后操作人员下放至作业筒3内的海底面进行作业，这里的操作人员具体可以通过攀梯或者平台上设有的吊装装置，以达到人员下放的目的。

(5) 施工结束后，拔起作业筒3，通过喷冲装置向作业筒3与海底面的接触层进行海水喷冲，使其受到挤压的泥沙松动，以降低吸附力。在上升过程中通过向主箱体1和辅助浮箱2内注入海水或排出海水，对其整体进行压载调平和重力调整，使作业筒3通过自身浮力上升。

具体工作原理为：

主箱体1和辅助浮箱2组成了平台箱体，箱体内包含多个压载水舱，并配有相关辅助支撑设施，通过驳船将其拖到指定位置后，三船拉拽定位的方法，以确保其位置的相对稳定性和作业筒3下放过程的可靠性，此处具体参照图1。

然后通过升降装置和作业筒3的自身重力开始下放作业，具体为首先下限位液缸11将其自由端插入到下方的定位槽10中，实现与作业筒3的相对固定，然后升降液缸12向上运动，使上限位液缸13到达上方的定位槽10中并将其自由端插入到上方的定位槽10中，此时下限位液缸11将其自由端抽出，然后升降液缸12向下运动，实现了作业筒3的下移，然后再将下限位液缸11的自由端插入到中间的定位槽10中，如此反复即可，此处具体参照图3。

在这个过程中，通过调节主箱体1和辅助浮箱2内的多个空舱的水量压载调平，以配合作业筒3下沉至预定的深度。由于作业筒3的下端内嵌入泥沙中后，会形成一个相对的密封面，并通过防渗透爪14将其底部的泥沙压实，以达到防渗透的效果，此处具体参照图4。

为了确保平台整体的稳定性，此时可以通过固定桩导向槽8打入钢桩，再通过泵站5将作业筒3内的海水抽出即可，实现了海底面的一个干式的作业环境，方便开展封井、切割拆除等作业。当完成施工作业后，需要将平台整体拔起运走，此时通过喷冲装置对作业筒3底部的泥沙进行喷冲，使得原本受到挤压的泥沙松动，以降低其吸附力，方便作业筒3上移，上拔的过程跟下放过程相似，因此不再赘述。在这个过程中，可以通过排空主箱体1和辅助浮箱2内的水量，以提高其浮力，便于将作业筒3整体拔出。此处具体参照图4、图5。

具体实施例设计如下。

（1）参数设计

为保证施工工艺的正常进行及各个环节的妥善实施，通过模拟数据计算以保证其可行性，这里筒体的参数设计为：作业筒外径15m、高36m，重约700t；平台箱体（主箱体1和辅助浮箱2）总重约950t；平台箱体可承载水总重约4000t。

（2）贯入能力分析

通过分析泥沙阻力并计算得到贯入阻力为2650t，而储备的最大沉贯力约为6000t，能够保证顺利自插沉贯并到达泥面下预定深度（筒底位于泥面下10m）。

（3）抗倾覆能力分析：

在这里考虑到渤海湾地区的施工情况，因此需要针对抗倾覆进行校核：

经计算得出，冰载荷约490t，倾覆力矩约8800t-m。

如果作业筒3内侧钢桩为φ800mm、入泥深度36m。将筒体外围被动土体的抗倾力矩作为安全余量，仅计算4根钢桩土体摩擦力产生的抗倾弯矩可达9800t-m（大于8800t-m），因此能够满足冬季抗冰能力。

同时在施工过程中，由于作业筒的板材的需承载的最大应力为144.56MPa，并会产生挤压位移，其最大位移0.0187m，上述环节均满足施工的规范要求。

（4）起拔能力分析：

经初步计算，最大起拔能力约3700t；不计吸附力，筒体重量与土体的双侧侧摩阻力合计约2500t（远小于起拔能力）。因此能够实现筒体的自起拔，然后拖航移位。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺，其特征在于：将主箱体（1）和辅助浮箱（2）进行连接固定，并通过驳船将组装在一起的主箱体（1）和辅助浮箱（2）托运至施工点；然后将在连接在一起的主箱体（1）和辅助浮箱（2）上选取三个点使其呈正三角形结构，通过三船拉拽定位的方式，确保在作业筒（3）下放过程中的稳定性，待施工完成后再将作业筒（3）升起，然后再通过驳船将其拉至下一施工地点，然后依次进行，直至完成所有施工点。

2.根据权利要求1所述的一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺，其特征在于：主箱体（1）和辅助浮箱（2）的连接方法为：主箱体（1）和辅助浮箱（2）的内部均由若干独立空舱组成；通过泵站（5）向辅助浮箱（2）内加载海水，使得主箱体（1）和辅助浮箱（2）的吃水深度产生偏差，然后对主箱体（1）一侧的主沟槽（17）和辅助浮箱（2）一侧的副沟槽（16）进行水平位置校对，校对完成后，通过泵站（5）抽出辅助浮箱（2）内加载的海水，使辅助浮箱（2）上浮，通过浮力挤压使得主沟槽（17）和副沟槽（16）卡接在一起，最后再通过在主箱体（1）和辅助浮箱（2）的两端绑定绳索和固定连接杆得到两者的二次紧固连接。

3.根据权利要求1所述的一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺，其特征在于：三船拉拽定位的方法为：在组装成一体的主箱体（1）和辅助浮箱（2）上选取三个点，使其形成正三角形结构，并在其三个端点处均连接好驳船，三个驳船分别沿其正三角形的三条中线向外延伸的方向运动。

4.根据权利要求1所述的一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺，其特征在于：作业筒（3）下放过程中的方法为：作业筒（3）贯穿于主箱体（1）的中部并通过升降机构（4）与其相接；升降机构（4）设于作业筒（3）的外部并固定于主箱体（1）上，且升降机构（4）以作业筒（3）的中心为轴环绕的设有多个；作业筒（3）的外壁上还设有与升降机构（4）位置相对应的定位槽（10），且定位槽（10）沿作业筒（3）的外壁纵向方向设有多个；升降机构（4）包括下限位液缸（11）、升降液缸（12）和上限位液缸（13）；下限位液缸（11）水平固定于主箱体（1）上，下限位液缸（11）自由端沿水平方向向作业筒（3）运动以实现与定位槽（10）的卡接；升降液缸（12）垂直固定于下限位液缸（11）上，升降液缸（12）的自由端向上做垂直方向运动；上限位液缸（13）水平固定于升降液缸（12）的自由端上，上限位液缸（13）的自由端沿水平方向向作业筒（3）运动以实现与定位槽（10）的卡接；主箱体（1）上方的一侧还设有泵站（5）；通过下限位液缸（11）、升降液缸（12）和上限位液缸（13）以及定位槽（10）的反复配合实现作业筒（3）的下放；在这个过程中，通过泵站（5）调节主箱体（1）和辅助浮箱（2）内的多个空舱的水量进行压载调平和重力调整，以配合作业筒（3）通过自身重力下沉至预定的深度。

5.根据权利要求1所述的一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺，其特征在于：作业筒（3）下放后的施工方法为：作业筒（3）的底端设有防渗透爪（14）；防渗透爪（14）呈向内弯曲状；防渗透爪（14）上方设有栅格状的加强板（15）；通过防渗透爪（14）将底部的泥沙压实防止海水渗透现象的发生，并通过加强板（15）抵消作业筒（3）与海底面接触时所产生的瞬间压力；作业筒（3）内还设有固定桩导向槽（8）；固定桩导向槽（8）固定于作业筒（3）的内端下部处，且固定桩导向槽（8）以作业筒（3）的中心为轴环绕的设有多个；下放作业筒（3）完成后，将作业筒（3）内的海水通过泵站5排出，并通过向固定桩导向槽（8）内打入钢桩，以增强平台整体的稳定性，底端沉贯入泥至预定深度的作业筒（3）顶部为开口式，通过将筒内的海水排出，在筒内底部形成干式工作环境，同时在筒内侧设置攀梯或升降装置，作业人员通过攀梯或升降装置从筒顶部下行到达筒底海床，进行干式作业。

6.根据权利要求4所述的一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺，其特征在于：作业筒（3）上升过程中的方法为：作业筒（3）内设有喷冲装置；喷冲装置以作业筒（3）的中心为轴纵向的环绕设有多个；喷冲装置包括喷冲主管（6）、若干喷冲头（7）和转换器；喷冲主管（6）纵向固定于作业筒（3）的内部，其上端通过连接管道与泵站（5）相接，其下端通过转换器与若干喷冲头（7）相连接，且喷冲头（7）均贯穿于防渗透爪（14）的上端并位于防渗透爪（14）的外部；作业筒（3）上升时喷冲头（7）向下喷射海水，使得原本受到挤压的泥沙松动，以降低其吸附力，然后再通过下限位液缸（11）、升降液缸（12）和上限位液缸（13）以及定位槽（10）的反复配合实现作业筒（3）的上升。

7.根据权利要求1所述的一种可移动海上自安装干式作业环境施工工艺，其特征在于：包括以下步骤：

（1）组装好作业平台，并通过驳船将其托运至施工点；

（2）到达施工点后，采用三船拉拽定位的方式，确保作业筒（3）下放过程中的稳定性；

（3）下放作业筒（3），在下放过程中通过向主箱体（1）和辅助浮箱（2）内注入海水或排出海水，对其整体进行压载调平和重力调整，使得作业筒（3）通过自身重力下沉至预定的深度；

（4）海底面施工作业，作业筒（3）下放完成后，通过泵站（5）将作业筒（3）内的海水排出，并通过作业筒（3）内的固定桩导向槽（8）向其内部打入钢桩，以增强平台整体的稳定性，然后操作人员下放至作业筒（3）内的海底面进行作业；

（5）施工结束后，拔起作业筒（3），通过喷冲装置向作业筒（3）与海底面的接触层进行海水喷冲，使其受到挤压的泥沙松动，以降低吸附力；在上升过程中通过向主箱体（1）和辅助浮箱（2）内注入海水或排出海水，对其整体进行压载调平和重力调整，使作业筒（3）通过自身浮力上升。

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