CN112523252A - 一种适应不平海床且可回收的海底防沉板及安装使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋深水工程技术领域，尤其是一种适应不平海床且可回收的海底防沉板及安装使用方法，装置包括防沉板上部基础，基础下部留有十字凹槽，下部四角的箱体仓内设置内部通气管道，箱体仓侧设置气罐，十字凹槽内设置五处底部带有螺纹的焊接固定柱，并在十字凹槽内插入十字预制块。本发明能有效降低防沉板回收时防沉板与海底的吸力，在满足了防沉板基础承载力，稳定工作的同时，底座的设计可以自由调整防沉板底座的高度，使防沉板尽管在不平坦的海底也能保持上表面平坦放置；另外，底座与防沉板通过螺栓相互连接，在防沉板回收时拔出螺栓就可使底座自动脱落，实现了减小上拔吸附力，快速回收且适应不平海床的功能。

Description

一种适应不平海床且可回收的海底防沉板及安装使用方法

技术领域

本发明涉及海洋深水工程技术领域，尤其涉及一种适应不平海床且便于回收的海底防沉板基础及其安装和使用方法。

背景技术

随着全世界各国石油资源需求量的迅猛增长，陆地上和浅水区域内的石油量已经不能满足市场需求，世界海洋石油发展的总趋势已经逐步进军深水区域。目前国际上已有九十多个深水大型油气田，大部分处于尚未开发或处于开发的初级阶段，少部分处于开发的中期阶段，而这些油气田正是未来海洋油气增产的重要来源。我国在南海北部也先后发现了十四个左右的大中型深水油气田，未来勘探开发潜力巨大。而作为海洋工程建设的重要环节，防沉板是一种重要的深水基础形式，它承担着水下生产系统的自重荷载，大力发展防沉板基础能够为海洋深水石油开采工程带来极大的经济效益。

在防沉板的设计中需要考虑的因素主要有：防沉板在不平海底工作时的结构安全稳定性和回收再利用的便利性。通常来讲，深海海底大部分是淤泥，土质较软，而软土地基的承载力相对较低，深海海底大多并没有理想状态下的那样平坦，通常都会凹凸不平。在这种情况下，如果采用传统裸置防沉板放置在海底，放置后的防沉板则可能会发生倾斜，这样便不利于海洋深水采油工程中输油管道等的安放。另外，从海洋深水石油开采工程的长期发展角度来看，水下生产系统的回收再利用也是工程中必须要考虑的因素之一。从一方面来讲，虽然防沉板基础相对于其他的水下基础形式结构简单，造价较为低廉，但是海洋深水石油开采工程规模较大，所使用的防沉板规模也较大，如果石油开采工程结束以后就将防沉板弃置于海底的话，工程经济性差；从另一方面来讲，防沉板使用后进行回收也是符合当代可持续发展的理念，这既能减少对资源的浪费，有在同时避免了对海洋生态系统的不利影响。

如前所述，防沉板在不平海床上的工作稳定性和回收是在防沉板设计中需要着重考虑的两方面因素。从工作稳定角度来看，传统裸置于海床上的平板式防沉板面积较大且对于海床不平的区域不利于工作安全稳定和工程中管道等的安放，如何设置可调节高度的底座，亟待研究解决。另外，由于防沉板回收时防沉板底部与海床之间存在强烈吸力作用，这样就对防沉板的回收工作带来了很大的困难和不便。

发明内容

为了克服上述不足，解决上述问题，本发明提出一种适应不平海床且便于回收的海底防沉板基础及其安装和使用方法，以针对海床不平的区域可以通过调节底座的高度使防沉板上表面保持水平，并且在回收时可使底座与防沉板脱离，从而大幅度克服防沉板与海床之间的上拔阻力。一方面是能够使防沉板在不平的海床上能够稳定工作，给予海洋深水工程水平的工作平台，另一方面是在整体海洋深水工程完成后，为防沉板的回收工作带来了极大地便利，降低了防沉板的回收成本。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种适应不平海床且可回收的海底防沉板，包括防沉板上部基础、螺栓、焊接固定柱、高压气罐、十字预制块；所述防沉板上部基础为矩形平台结构，其几何中心位置内置陀螺仪，防防沉板上部基础下部四角位置各固定设置一个箱体仓，四个箱体仓之间形成十字凹槽，所述十字凹槽的四个端部以及中心分别设有一根焊接固定柱，焊接固定柱垂直于防沉板上部基础的下表面，焊接固定柱的末端为螺纹段，所述十字预制块置于十字凹槽内，十字预制块与防沉板上部基础的下表面之间设有高强度弹簧，焊接固定柱贯穿十字预制块设置，焊接固定柱的螺纹段上设有用于限制十字预制块掉落的螺帽，贯穿十字凹槽的四个端部各设一个螺栓，螺栓与十字预制块螺纹连接；一个箱体的外侧设有一个高压气罐，高压气罐上具有外接通气管道，箱体内具有与外接通气管道连接的内部通气管道，箱体底部具有与内部通气管道连接的通气管道下部出口，外接通气管道上具有通气开关；所述箱体底部设有可伸缩的底座。

作为更进一步的优选方案，底座包括带法兰的活塞、进水孔道、液压缸、底板，贯穿防沉板上部基础安装底座螺栓，底座螺栓固定于活塞上端的法兰，活塞的下部为活塞端，位于液压缸内，底板位于液压缸底部，活塞内置贯通的进水孔道，进水孔道一端为连通至箱体内的活塞上部进水口，另一端连通液压缸内；所述箱体侧部还设有小型蓄电池、水管、高压水泵，水管一端连接高压水泵，另一端连接活塞上部进水口，小型蓄电池通过导线连接高压水泵。

作为更进一步的优选方案，底板底部为十字交叉式裙板。

作为更进一步的优选方案，箱体上设有阳极保护装置固定块，阳极保护装置固定块内置基础上部阳极保护装置。

作为更进一步的优选方案，箱体上设有气罐固定活动爪，气罐固定活动爪包括焊接块，焊接块上设有固定转轴，固定转轴上安装有一对活动爪，一对活动爪末端具有活动爪锁扣，活动爪锁扣通过锁扣螺丝固定。

作为更进一步的优选方案，防沉板上部基础上部设有水下工作机器人把手和吊环。

作为更进一步的优选方案，十字预制块底部设有预制块拉环。

一种适应不平海床且便于回收的海底防沉板基础的安装方法，包括以下步骤：

步骤1，把防沉板上部基础进行预制并事先预制好十字预制块，在防沉板上部基础四角的箱体仓设置好内部通气管道并在十字预制块上部设置数个高强度弹簧，下部设置两个预制块拉环；

步骤2，将十字预制块插入十字凹槽中，将高强度弹簧充分压缩，使其具有一定的弹性势能，再用螺栓插入螺孔中把十字预制块与防沉板上部基础加以固定，并且在焊接固定柱下端设置好螺帽；

步骤3，将四个高压气罐放入边侧的气罐固定活动爪中并用锁扣螺丝将高压气罐固定柱，高压气罐下部连接外接通气管道与内部通气管道的进口相连，并关闭通气开关；

步骤4，将高压水泵上方使用导线连接小型蓄电池，下方通过水管连接箱体仓内的出水孔道；

步骤5，将底座活塞上方进水孔道的开口与防沉板出水管道对接并用橡胶管密封，之后用螺栓将底座与防沉板固定，从而完成防沉板的制作安装过程。

一种适应不平海床且便于回收的海底防沉板基础的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，安装完毕后，先考察放置区域海床的各部分高程；

步骤2，用起重设备使用吊绳钩住吊环进行悬挂下水，将防沉板上部基础放置在指定区域，待防沉板上部基础到达海床后，观察陀螺仪，判断防沉板上部基础上表面是否水平，若不水平，则控制高压水泵给水，不断调节防沉板上部基础下方底座的高度，直至防沉板上部基础上表面保持水平；

步骤3，等到整个工程完成后，先用起重设备使用吊绳钩住吊环；

步骤4，采用水下工作机器人下水，打开四处高压气罐和通气开关同时拔出固定预制块的螺栓以及底座的底座螺栓，使底座与防沉板上部基础脱离，固定预制块向下推出，使防沉板上部基础退出河床沙土，另外起重设备启动，从而实现防沉板的回收；

步骤5，防沉板上部基础回收后若发现十字预制块或高强度弹簧锈蚀严重，可旋掉所有焊接固定柱下端的螺帽，拉动十字预制块下方的预制块拉环将其拉出，及时更换高强度弹簧和十字预制块。

和现有技术相比，本发明具有以下几点优势：

1、针对深海海底大多并没有理想状态下的那样平坦，通常都会凹凸不平的问题。在这种情况下，如果采用传统裸置在海底的防沉板，放置后的防沉板则可能会发生倾斜，这样便不利于海洋深水采油工程中输油管道等的安放。而本发明设置了带有液压缸装置的可调节底座，可以通过水泵向液压缸内给水来调整底座的高度，这样就能使防沉板平稳地放置在海底并且尽管在不平坦的海底也能保持上表面平坦放置，极大地提高了这种防沉板的实用性和可靠性。

另外，底座下方设置十字交叉式的裙板可以当底座嵌入到海床之中时，变相加大防沉板与海床的接触面积，不仅满足防沉板的承载力要求，而且还能够使防沉板能够安全稳定地工作。

2、针对防沉板回收难度大的问题，在本发明中提出以下三点改进。本发明创造中采用的高压气罐和防沉板内部设置通气管道，首先通气管道设计为“三拐”的型式，主要目的是为了加大防沉板内部空气的空间，高压气罐排气后会产生附加的浮力。另外通气管道的出口设计在防沉板下表面，高压气罐排气后，打开通气开关，高压气体从下部排出，必然会给防沉板一个向上的推力，从而达到克服吸附力的效果，减小了起重机的负担。

3、本发明创造中采用防沉板下部留有十字凹槽。防沉板到达海床时，如果采用传统的平板式防沉板，防沉板和海床完全接触，增加了防沉板的上拔阻力，为回收工作带来麻烦。而留有十字凹槽后，减少了底部与海床的接触，减少防沉板下部与海床之间的吸力，便于工程结束后的回收工作。

4、本发明创造中采用十字凹槽内部设置弹簧预制块并加以螺栓固定。当防沉板回收时，利用水下工作机器人将固定好的螺栓拔出，利用弹簧的弹性势能将预制块弹出，推出嵌入十字凹槽内的淤泥、海水，同时产生向上的反作用力，进而帮助防沉板的上升回收。

5、本发明创造中采用螺栓将底座与防沉板上部基础相连。主要目的则是在防沉板回收时利用水下工作机器人将螺栓拔出，使底座与防沉板分离。从而达到便于防沉板回收的目的。

附图说明

图1为本发明沉入海床工作时的正视图；

图2为本发明回收时的正视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的侧视图；

图5为本发明的仰视图；

图6为本发明A-A处的剖视图；

图7为本发明B-B处的剖视图；

图8为本发明C-C处的剖视图；

图9为本发明D-D处的剖视图；

图10为本发明E-E处的剖视图；

图11为本发明F-F处的剖视图；

图12为本发明G-G处的剖视图；

图13为气罐固定活动爪的放大示意图；

图14为底座的纵剖面图；

图中：1——防沉板上部基础，2——水下工作机器人把手，3——螺栓，4——吊环，5——阳极保护装置固定块，6——基础上部阳极保护装置，7——导线，8——小型蓄电池，9——水管，10——高压水泵，11——焊接固定柱，12——螺帽，13——高压气罐，14——气罐固定活动爪，15——通气开关，16——底座，17——陀螺仪，18——外接通气管道，19——内部通气管道，20——通气管道下部出口，21——高强度弹簧，22——弹簧垫片，23——十字预制块，24——预制块拉环，25——活塞，26——进水孔道，27——液压缸，28——底板，29——十字交叉式裙板，30——焊接块，31——活动爪，32——活动爪锁扣，33——锁扣螺丝，34——固定转轴，35——出水管道，36——橡胶管，37——活塞上部进水口，38——十字凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

一种适应不平海床且可回收的海底防沉板，如附图1、2、3所示，包括防沉板上部基础1、吊环4、螺栓3、水下工作机器人把手2、基础上部阳极保护装置6、陀螺仪17、阳极保护装置固定块5、焊接固定柱11（底部带有螺旋）、螺帽12、通气开关15、底座16、高压气罐13、气罐固定活动爪14、高压水泵10、小型蓄电池8、导线7、水管9。

防沉板上部基础1由上表面的厚钢板和下部焊接的数块薄钢板组成的箱体仓构成，在底部留有十字凹槽，十字凹槽内部分别在中心和四周焊接有底部带有螺旋的固定柱11，五根固定柱的长度优选为十字凹槽的深度，十字凹槽38的宽度和深度根据实际尺寸而定，固定柱11的长度优选为刚好达到十字凹槽38的外部。固定柱11下端旋有可拆卸螺帽12，以限制十字预制块23的活动。防沉板上部基础1上部的零部件包括吊环4、螺栓3、水下工作机器人把手2、基础上部阳极保护装置6、陀螺仪17、阳极保护装置固定块5，吊环4、水下工作机器人把手2、阳极保护装置固定块5均以焊接的方式与基础相连。陀螺仪17埋置在防沉板上部基础上部的平面钢板内部。

高压水泵10上端通过导线7连接小型蓄电池8，下端通过水管9连接防沉板下部的出水孔道35，导线7外部均设置槽钢加以保护。该出水孔道35与底座活塞上部的进水孔道37对接，并用橡胶管36密封。

如附图10所示，防沉板上部基础1内部四角设置内部通气管道19，内部通气管道19的进口位于气罐固定活动爪14的下端，通气管道下部出口20位于防沉板底部，管道整体呈“三拐式”的型式。当防沉板整体安装时，爪内放入高压气罐13后，通过外接通气管道18将高压气罐13与内部通气管道19相连。

气罐固定活动爪14布置在防沉板左右边角处各两个，共四个，如附图13所示，活动爪14通过焊接块30与防沉板上部基础1相连，活动爪的两爪上下布置，尾部通过固定转轴34固定，头部设置活动爪锁扣32，在锁扣上打有螺孔，当防沉板整体安装时，爪内放入高压气罐13后，即可插入锁扣螺丝33将高压气罐13固定。

如附图7、10所示，十字预制块23的尺寸基本符合十字凹槽的尺寸，高度应比十字凹槽的深度略小。预制块23上方设置有数根高强度弹簧21，弹簧上下均布置有弹簧垫片22。在预制块23下方设置两处预制块拉环24，便于防沉板整体使用完毕回收后，预制块23和高强度弹簧21的拆卸和更换。预制块上打螺孔，以便插入螺栓3和套入固定柱11内。

如附图11、12所示，底座16通过螺栓3与防沉板上部基础1相连，在防沉板底部四角各布置一个。底座由活塞25、液压缸27、底板28和十字交叉式裙板29构成。活塞上端焊接带有螺孔的焊接块24，下端置于液压缸27中，使液压缸27内保持密封状态。活塞中间挖有进水孔道37，该进水孔道37贯穿整个活塞25。液压缸27下端嵌入到底板28内，并在底板28下部设置十字交叉式裙板29。当防沉板下沉至海底进行工作时，底座16嵌入海床之中，变相加大了防沉板与海床之间的接触面积，进而使得防沉板能够稳定工作。当防沉板到达海床时，通过陀螺仪17反馈，判断防沉板上表面是否水平，若不水平，则控制高压水泵10给水，调节底座16的高度，即可使防沉板尽管在不平坦的海底也能保持上表面平坦放置。

在本实施例中，为了获得较好的平衡效果，吊环4、水下工作机器人把手2、基础上部阳极保护装置6、阳极保护装置固定块5、底座16、气罐固定活动爪14、内部通气管道19等均为沿防沉板一周向均布设置的四个。陀螺仪埋置在平面钢板的内部正中央。

一种适应不平海床且可回收的海底防沉板的安装方法，包括以下步骤：

步骤1，把防沉板上部基础1进行预制并事先预制好十字预制块23，在防沉板上部基础1四角的箱体仓设置好内部通气管道18并在十字预制块23上部设置数个高强度弹簧21，下部设置两个预制块拉环24；

步骤2，将十字预制块23插入十字凹槽中，将高强度弹簧21充分压缩，使其具有一定的弹性势能，再用螺栓3插入螺孔中把十字预制块23与防沉板上部基础1加以固定，并且在固定柱11下端设置好螺帽12；

步骤3，将四个高压气罐13放入边侧的气罐固定活动爪14中并用锁扣螺丝33将高压气罐13固定住，高压气罐13下部连接外接通气管道18与内部通气管道19的进口相连，并关闭通气开关15；

步骤4，将高压水泵10上方使用导线7连接小型蓄电池8，下方通过水管9连接箱体仓内的出水孔道35；

步骤5，将底座活塞上方进水孔道37的开口与防沉板出水管道35对接并用橡胶管36密封，之后用螺栓3将底座16与防沉板固定，从而完成防沉板的制作安装过程。

一种适应不平海床且可回收的海底防沉板的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，安装完毕后，先考察放置区域海床的各部分高程；

步骤2，用起重设备使用吊绳钩住吊环4进行悬挂下水，将防沉板上部基础1放置在指定区域，待防沉板上部基础1到达海床后，观察陀螺仪17，判断防沉板上部基础1上表面是否水平，若不水平，则控制高压水泵10给水，不断调节防沉板上部基础1下方底座16的高度，直至防沉板上部基础1上表面保持水平；

步骤3，等到整个工程完成后，先用起重设备使用吊绳钩住吊环4；

步骤4，采用水下工作机器人下水，打开四处高压气罐13和通气开关15同时拔出固定预制块23的螺栓3以及底座16的底座螺栓，高压气罐13内气体从通气管道下部出口20排出，辅助防沉板上部基础1上升，使底座16与防沉板上部基础1脱离，固定预制块23向下推出，使防沉板上部基础1退出河床沙土，另外起重设备启动，从而实现防沉板的回收；

步骤5，防沉板上部基础1回收后若发现十字预制块23或高强度弹簧21锈蚀严重，可旋掉所有固定柱11下端的螺帽12，拉动十字预制块23下方的预制块拉环24将其拉出，及时更换高强度弹簧21和十字预制块23。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适应不平海床且可回收的海底防沉板，其特征在于：包括防沉板上部基础（1）、螺栓（3）、焊接固定柱（11）、高压气罐（13）、十字预制块（23）；所述防沉板上部基础（1）为矩形平台结构，其几何中心位置内置陀螺仪（17），防防沉板上部基础（1）下部四角位置各固定设置一个箱体仓，四个箱体仓之间形成十字凹槽（38），所述十字凹槽（38）的四个端部以及中心分别设有一根焊接固定柱（11），焊接固定柱（11）垂直于防沉板上部基础（1）的下表面，焊接固定柱（11）的末端为螺纹段，所述十字预制块（23）置于十字凹槽（38）内，十字预制块（23）与防沉板上部基础（1）的下表面之间设有高强度弹簧（21），焊接固定柱（11）贯穿十字预制块（23）设置，焊接固定柱（11）的螺纹段上设有用于限制十字预制块（23）掉落的螺帽（12），贯穿十字凹槽（38）的四个端部各设一个螺栓（3），螺栓（3）与十字预制块（23）螺纹连接；一个箱体的外侧设有一个高压气罐（13），高压气罐（13）上具有外接通气管道（18），箱体内具有与外接通气管道（18）连接的内部通气管道（19），箱体底部具有与内部通气管道（19）连接的通气管道下部出口（20），外接通气管道（18）上具有通气开关（15）；所述箱体底部设有可伸缩的底座（16）。

2.根据权利要求1所述的一种适应不平海床且可回收的海底防沉板，其特征在于：所述底座（16）包括带法兰的活塞（25）、进水孔道（26）、液压缸（27）、底板（28），贯穿防沉板上部基础（1）安装底座螺栓，底座螺栓固定于活塞（25）上端的法兰，活塞（25）的下部为活塞端，位于液压缸（27）内，底板（28）位于液压缸（27）底部，活塞（25）内置贯通的进水孔道（26），进水孔道（26）一端为连通至箱体内的活塞上部进水口（37），另一端连通液压缸（27）内；所述箱体侧部还设有小型蓄电池（8）、水管（9）、高压水泵（10），水管（9）一端连接高压水泵（10），另一端连接活塞上部进水口（37），小型蓄电池（8）通过导线（7）连接高压水泵（10）。

3.根据权利要求2所述的一种适应不平海床且可回收的海底防沉板，其特征在于：所述底板（28）底部为十字交叉式裙板（29）。

4.根据权利要求1所述的一种适应不平海床且可回收的海底防沉板，其特征在于：所述箱体上设有阳极保护装置固定块（5），阳极保护装置固定块（5）内置基础上部阳极保护装置（6）。

5.根据权利要求1所述的一种适应不平海床且可回收的海底防沉板，其特征在于：所述箱体上设有气罐固定活动爪（14），气罐固定活动爪（14）包括焊接块（30），焊接块（30）上设有固定转轴（34），固定转轴（34）上安装有一对活动爪（31），一对活动爪（31）末端具有活动爪锁扣（32），活动爪锁扣（32）通过锁扣螺丝（33）固定。

6.根据权利要求1所述的一种适应不平海床且可回收的海底防沉板，其特征在于：所述防沉板上部基础（1）上部设有水下工作机器人把手（2）和吊环（4）。

7.根据权利要求1所述的一种适应不平海床且可回收的海底防沉板，其特征在于：所述十字预制块（23）底部设有预制块拉环（24）。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种适应不平海床且可回收的海底防沉板的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，把防沉板上部基础（1）进行预制并事先预制好十字预制块（23），在防沉板上部基础（1）四角的箱体仓设置好内部通气管道18并在十字预制块（23）上部设置数个高强度弹簧（21），下部设置两个预制块拉环（24）；

步骤2，将十字预制块（23）插入十字凹槽中，将高强度弹簧（21）充分压缩，使其具有一定的弹性势能，再用螺栓（3）插入螺孔中把十字预制块（23）与防沉板上部基础（1）加以固定，并且在固定柱（11）下端设置好螺帽（12）；

步骤3，将四个高压气罐（13）放入边侧的气罐固定活动爪（14）中并用锁扣螺丝（33）将高压气罐（13）固定住，高压气罐（13）下部连接外接通气管道（18）与内部通气管道（19）的进口相连，并关闭通气开关（15）；

步骤4，将高压水泵（10）上方使用导线（7）连接小型蓄电池（8），下方通过水管（9）连接箱体仓内的出水孔道（35）；

步骤5，将底座活塞上方进水孔道（37）的开口与防沉板出水管道35对接并用橡胶管（36）密封，之后用螺栓（3）将底座（16）与防沉板固定，从而完成防沉板的制作安装过程。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的一种适应不平海床且可回收的海底防沉板的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，安装完毕后，先考察放置区域海床的各部分高程；

步骤2，用起重设备使用吊绳钩住吊环（4）进行悬挂下水，将防沉板上部基础（1）放置在指定区域，待防沉板上部基础（1）到达海床后，观察陀螺仪（17），判断防沉板上部基础（1）上表面是否水平，若不水平，则控制高压水泵（10）给水，不断调节防沉板上部基础（1）下方底座（16）的高度，直至防沉板上部基础（1）上表面保持水平；

步骤3，等到整个工程完成后，先用起重设备使用吊绳钩住吊环（4）；

步骤4，采用水下工作机器人下水，打开四处高压气罐（13）和通气开关（15）同时拔出固定预制块（23）的螺栓（3）以及底座（16）的底座螺栓，使底座（16）与防沉板上部基础（1）脱离，固定预制块（23）向下推出，使防沉板上部基础（1）退出河床沙土，另外起重设备启动，从而实现防沉板的回收；

步骤5，防沉板上部基础（1）回收后若发现十字预制块（23）或高强度弹簧（21）锈蚀严重，可旋掉所有焊接固定柱（11）下端的螺帽（12），拉动十字预制块（23）下方的预制块拉环（24）将其拉出，及时更换高强度弹簧（21）和十字预制块（23）。

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