CN114960759A - 一种大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其包括：钢混顶盖，与所述大直径钢圆筒的顶部匹配设置，所述钢混顶盖上设置设备孔；设备孔盖，设置在所述钢混顶盖上；溢油收集系统，设置在所述钢混顶盖上，用于回收泄露的原油；安全预警系统，设置在所述钢混顶盖底端，对所述钢混顶盖的损伤进行预警，并监测损伤严重程度。本发明能有效抵抗抛锚、落物等撞击，针对外部荷载撞击能进行安全预警，且可以进行溢油收集，有效保护海洋环境。本发明可以在海洋工程技术领域中广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种海洋工程技术领域，特别是关于一种大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构。
背景技术
对于渤海通航区油气资源的开发，相关部门考虑通航和水下生产设施的安全，要求油气资源开采设施不得高于海床面。因此，海床下水下开发模式为渤海通航区油气资源的开发提供了有效途径。目前，采用海床下一体化钢圆筒结构对水下生产系统进行防护，避免了周围土体将水下生产系统掩埋的现象。由于渤海通航区往来船舶较为频繁，落锚、落物等事故时有发生，因此需在钢圆筒上设置顶盖结构，以抵抗外来荷载对水下油气生产设备的损坏，进一步加强对海床下水下生产系统的保护。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其能有效抵抗抛锚、落物等撞击，针对外部荷载撞击能进行安全预警，且可以进行溢油收集，有效保护海洋环境。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其包括：钢混顶盖，与所述大直径钢圆筒的顶部匹配设置，所述钢混顶盖上设置有设备孔，所述设备孔包括采油树孔和水下管汇孔；微重力设备孔盖，包括采油树孔盖和水下管汇孔盖，设置在所述钢混顶盖上相应的所述采油树孔和所述水下管汇孔上；溢油收集系统，设置在所述钢混顶盖上，用于回收泄露的原油；安全预警系统，设置在所述钢混顶盖底端，对所述钢混顶盖的损伤进行预警，并监测损伤严重程度；防腐系统，防腐阳极嵌入在顶盖内部，总体不高出所述钢混顶盖的顶面，防止运营期所述钢混顶盖的钢结构腐蚀，同时也能避免拖锚钩挂意外工况发生；所述钢混顶盖具有倾斜坡度，所述钢混顶盖的中心处最薄，边缘处最厚；所述钢混顶盖中心处高度最高，高度由中心向所述钢混顶盖的边缘处逐渐降低。
进一步，所述钢混顶盖顶部和底部都采用钢板制成，内部设置有贯通或不贯通的开孔板肋，空心处填充有轻质混凝土。
进一步，所述微重力设备孔盖的顶部和底部都采用钢板制成，通过设定所述微重力设备孔盖的体积，使得在水下所述微重力设备顶盖大于浮力；所述微重力设备顶盖在水下处于微重力状态。
进一步，所述采油树孔和所述水下管汇孔的孔底部设置有密封用的L型橡胶垫，与所述钢混顶盖的坡度配合设置。
进一步，所述溢油收集系统包括溢油回收软管、软管接头、阀门和溢油监测传感器；
所述溢油回收软管的一端位于所述钢混顶盖内，并在所述钢混顶盖内侧与所述溢油回收软管对应处设置有所述溢油监测传感器；所述溢油回收软管的另一端穿过所述钢混顶盖，经所述软管接头与位于所述钢混顶盖上的所述阀门连接；溢油可以通过所述溢油回收软管回收到守护船上。
进一步，所述溢油回收软管、软管接头和阀门均嵌设在所述钢混顶盖内部，总体不高出所述钢混顶盖的顶面。
进一步，所述安全预警系统包括光纤光缆应变传感器和光纤；
位于所述钢混顶盖的内侧端有多个安全预警点位，每个所述安全预警点位都垂直设置有两个所述光纤光缆应变传感器，所有所述光纤光缆应变传感器通过所述光纤串联连接。
进一步，所述采油树孔盖和所述水下管汇孔盖上都设有4个设备盖吊耳；在所述钢混顶盖上，沿径向按45°间隔布置有8个顶盖吊耳。
进一步，所述设备盖吊耳和所述顶盖吊耳均采用沉没式结构，总体高度不高出所述钢混顶盖的顶面。
进一步，所述钢混顶盖的坡度比为1:100。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明可抵抗22m水深、锚重18.4吨的冲击能量、防止拖锚钩挂，可有效保护防护结构内部水下生产系统的安全。
2、本发明设置8个设备孔，便于潜水员进入防护结构内进行水下生产系统的维修作业，为钻井船修井作业提供足够的空间，避免了每次维修开启大顶盖，降低工程费用。
3、本发明的钢圆筒顶盖设置倾斜坡度和溢油收集系统，提高了收油效率，确保泄露的原油能够有效聚集和收集，避免泄露原油的扩散现象，保护海洋环境。
4、本发明可进行抛锚、落物等事故对顶盖造成损伤程度的预警，可同时监测X、Y方向线应变，并提示严重程度，判断是否需要考虑中控关闭生产井。
5、本发明的钢混顶盖结构内部填充轻质混凝土，降低了顶盖的重量，增强了抗撞击的能力，对于渤海通航区油气资源的开发提供了强有力的保障，具有广泛的应用前景。
6、本发明的钢混顶盖结构上的所有吊耳防腐阳极等均采用沉没式设计，可有效的避免落锚钩挂。
综上，本发明可适用于渤海通航区海床下水下钢圆筒防护技术领域中。
附图说明
图1是本发明一实施例中无设备盖的钢混顶盖俯视图；
图2是本发明一实施例中有设备盖的钢混顶盖俯视图；
图3是本发明一实施例中钢混顶盖侧视图；
图4是本发明一实施例中安全预警布置示意图；
图中标记：
1-钢混顶盖、2-采油树孔、3-水下管汇孔、4-采油树孔盖、5-水下管汇孔盖、6-轻质混凝土、7-开孔板肋、8-顶盖吊耳、9-设备盖吊耳、10-橡胶垫、11-支撑结构、12-溢油回收软管、13-软管接头、14-阀门、15-光纤光缆应变传感器、16-光纤、17-溢油监测传感器、18-内嵌式防腐阳极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明公开了一种大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其内部填充轻质混凝土，降低了顶盖的重量，可有效抵抗抛锚、落物等撞击作用；顶盖内设置多个设备孔和设备盖，便于后期操作维修，节省安装费用；顶盖设计安全预警和溢油收集系统，对落物撞击和溢油进行有效安全预警和收集，为渤海通航区油气资源的开发提供了坚实的保障，具备广泛的应用前景。
在本发明的一个实施例中，提供一种大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构。本实施例中，如图1～图4所示，该结构包括：
钢混顶盖1，设置在大直径钢圆筒的端部，与大直径钢圆筒的顶部匹配设置，钢混顶盖1上设置有设备孔；
微重力设备孔盖，设置在钢混顶盖1上；
溢油收集系统，设置在钢混顶盖1上，用于回收泄露的原油；
安全预警系统，设置在钢混顶盖1底端，对钢混顶盖1的损伤进行预警，并监测损伤严重程度；
防腐系统由内嵌式防腐阳极18构成；内嵌式防腐阳极18焊接在钢混顶盖1内起到防腐效果，内嵌式防腐阳极18全嵌入到钢混顶盖1中，总体不高出钢混顶盖1的顶面，能有效防止运营期钢混顶盖1的钢结构腐蚀，同时也能避免拖锚钩挂等意外工况发生。
上述实施例中，钢混顶盖1上的设备孔，包括采油树孔2和水下管汇孔3；设备孔盖包括分别与采油树孔2和水下管汇孔3对应的采油树孔盖4和水下管汇孔盖5；
采油树孔2位于钢混顶盖1的两侧，水下管汇孔3位于中部；
采油树孔2和水下管汇孔3的结构相同，孔顶部的直径大于孔底部的直径，孔中部设置有过度台阶，形成倾斜阶梯状结构；
设备孔盖的顶部边缘与孔顶部之间具有间隙。
在一个优选的实施例中，钢混顶盖1上的设备孔设置为8个，其中6个为采油树孔2，2个为水下管汇孔3。采油树孔2的顶部尺寸约为6m×5m，底部尺寸约为5.8m×4.8m，中间设置过度台阶，台阶宽度为150mm，高度为250mm；水下管汇孔3的顶部尺寸约为4.5m×4.5m，底部尺寸约为4.3m×4.3m，中间设置过度台阶，台阶宽度为150mm，高度为250mm。
对应的，设置8个微重力设备孔盖。其中6个采油树孔盖4，2个水下管汇孔盖5。每个设备盖厚度约250mm，每个采油树盖4的尺寸为5.95m×4.95m；水下管汇孔盖5的尺寸为4.45m×4.45m。
微重力设备孔盖的顶部和底部都采用钢板制成，通过设定微重力设备孔盖的体积，使得在水下微重力设备顶盖略大于浮力。微重力设备顶盖在水下处于微重力状态，后期操作中潜水员可以通过人力打开微重力设备顶盖。微重力设备顶盖在安装完后与钢混顶盖1通过铁链钩挂连接，增加稳定性。
上述实施例中，采油树孔2和水下管汇孔3的孔底部设置有密封用的L型橡胶垫10，与钢混顶盖1的坡度配合设置，起到孔底密封的作用，内部的溢油可通过采油树孔2和水下管汇孔3的位置，向钢混顶盖1的中心汇集。
上述实施例中，采油树孔盖4和水下管汇孔盖5上都设有4个设备盖吊耳9；在钢混顶盖1上，沿径向按45°间隔布置有8个顶盖吊耳8，便于吊装。所有的顶盖吊耳8和设备盖吊耳9均采用沉没式结构，总体高度不高出钢混顶盖1的顶面，可避免拖锚钩挂。
上述实施例中，钢混顶盖1的顶部和底部都采用钢板制成，内部空心处填充有轻质混凝土6。该结构刚度较大，可有效抵御落锚撞击。
在一个优选的实施例中，设备孔盖的顶部、底部为25mm厚度的钢板，内部填充轻质混凝土，厚度为200mm。钢混顶盖1内部的轻质混凝土厚度为456mm，顶板、底板厚度为22mm。
上述实施例中，钢混顶盖1具有倾斜坡度，钢混顶盖1的中心处最薄，钢混顶盖1的边缘处最厚；在钢混顶盖1完成安装后，钢混顶盖1的中心处高度最高，高度由中心向钢混顶盖1的边缘处逐渐降低。若防护系统内部发生溢油，溢油会由四周向顶盖中心汇集。
在一个优选的实施例中，坡度比约为1:100，该坡度是通过数值模拟研究优化确定，溢油的重力浮升效率较高且顶盖建造难度在可接受范围内。
上述实施例中，钢混顶盖1的内部设置有贯通或不贯通的开孔板肋7。优选的，开孔板肋7尺寸为14mm×160mm，相邻开孔板肋7间的间距为400mm。
上述实施例中，溢油收集系统包括溢油回收软管12、软管接头13、阀门14和溢油监测传感器17；溢油回收软管12的一端位于钢混顶盖1内，并在钢混顶盖1内侧与溢油回收软管12对应处设置有溢油监测传感器17；溢油回收软管12的另一端穿过钢混顶盖1，经软管接头13与位于钢混顶盖1上的阀门14连接。溢油可以通过溢油回收软管12回收到守护船上。
溢油回收软管12、软管接头13和阀门14均嵌设在钢混顶盖1的内部，总体高度不高出钢混顶盖1的顶面，可有效避免拖锚钩挂。
上述实施例中，安全预警系统包括光纤光缆应变传感器15和光纤16。位于钢混顶盖1的内侧端有多个安全预警点位，每个安全预警点位都垂直设置有两个光纤光缆应变传感器15，所有光纤光缆应变传感器15通过光纤16串联连接。
在一个优选的实施例中，钢混顶盖1的内侧端设置有17个安全预警点位，每一个安全预警点位设置2个光纤光缆应变传感器15，垂直安装，共34个光纤光缆应变传感器，通过4根光纤16串联。
上述实施例中，钢混顶盖1的内侧靠近边缘位置处设置有一圈支撑结构11，支撑结构11与钢混顶盖1的边缘处之间具有距离。
在一个优选的实施例中，支撑结构11的外边缘距钢混顶盖1的外边缘约100mm。支撑结构长约1050mm，宽约200mm。
在一个优选的实施例中，钢混顶盖1为圆形结构，外径为31m，厚度500mm。
在一个优选的实施例中，大直径钢圆筒上设置有用于安装钢混顶盖1的安装定位孔。
综上，本发明设置8个设备孔，避免了每次维修开启大顶盖，降低工程费用；为有效收集溢油，钢混顶盖1设置一定坡度，中心最高，向圆形顶盖的边缘方向逐渐降低，设置溢油回收系统，包括溢油回收软管12、软管接头13和阀门14等；钢混顶盖1顶板按45°沿环向设置8个吊耳9，便于吊装；底板设备孔周边固定L型橡胶垫，起到孔底密封的作用；底板共有17个安全预警点位，设置34个光纤光缆应变传感器15，通过4根光纤16串联；底端设置一圈支撑结构11，连接钢混顶盖1与下部的钢圆筒。大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，可抵抗抛锚、落物等撞击作用，针对外部荷载撞击能进行安全预警，且可以进行溢油收集，有效保护海洋环境，降低经济投资，为渤海通航区油气资源的开发提供了坚实的保障，具备广泛的应用前景。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其特征在于，包括：
钢混顶盖，与所述大直径钢圆筒的顶部匹配设置，所述钢混顶盖上设置有设备孔，所述设备孔包括采油树孔和水下管汇孔；
微重力设备孔盖，包括采油树孔盖和水下管汇孔盖，设置在所述钢混顶盖上相应的所述采油树孔和所述水下管汇孔上；
溢油收集系统，设置在所述钢混顶盖上，用于回收泄露的原油；
安全预警系统，设置在所述钢混顶盖底端，对所述钢混顶盖的损伤进行预警，并监测损伤严重程度；
防腐系统，防腐阳极嵌入在顶盖内部，总体不高出所述钢混顶盖的顶面；
所述钢混顶盖具有倾斜坡度，所述钢混顶盖的中心处最薄，边缘处最厚；所述钢混顶盖中心处高度最高，高度由中心向所述钢混顶盖的边缘处逐渐降低。
2.如权利要求1所述大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其特征在于，所述钢混顶盖顶部和底部都采用钢板制成，内部设置有贯通或不贯通的开孔板肋，空心处填充有轻质混凝土。
3.如权利要求1所述大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其特征在于，所述微重力设备孔盖的顶部和底部都采用钢板制成，通过设定所述微重力设备孔盖的体积，使得在水下所述微重力设备顶盖大于浮力；所述微重力设备顶盖在水下处于微重力状态。
4.如权利要求1所述大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其特征在于，所述采油树孔和所述水下管汇孔的孔底部设置有密封用的L型橡胶垫，与所述钢混顶盖的坡度配合设置。
5.如权利要求1所述大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其特征在于，所述溢油收集系统包括溢油回收软管、软管接头、阀门和溢油监测传感器；
所述溢油回收软管的一端位于所述钢混顶盖内，并在所述钢混顶盖内侧与所述溢油回收软管对应处设置有所述溢油监测传感器；所述溢油回收软管的另一端穿过所述钢混顶盖，经所述软管接头与位于所述钢混顶盖上的所述阀门连接；溢油可以通过所述溢油回收软管回收到守护船上。
6.如权利要求5所述大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其特征在于，所述溢油回收软管、软管接头和阀门均嵌设在所述钢混顶盖内部，总体不高出所述钢混顶盖的顶面。
7.如权利要求1所述大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其特征在于，所述安全预警系统包括光纤光缆应变传感器和光纤；
位于所述钢混顶盖的内侧端有多个安全预警点位，每个所述安全预警点位都垂直设置有两个所述光纤光缆应变传感器，所有所述光纤光缆应变传感器通过所述光纤串联连接。
8.如权利要求1所述大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其特征在于，所述采油树孔盖和所述水下管汇孔盖上都设有4个设备盖吊耳；在所述钢混顶盖上，沿径向按45°间隔布置有8个顶盖吊耳。
9.如权利要求1所述大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其特征在于，所述设备盖吊耳和所述顶盖吊耳均采用沉没式结构，总体高度不高出所述钢混顶盖的顶面。
10.如权利要求1所述大直径钢圆筒多功能钢混顶盖结构，其特征在于，所述钢混顶盖的坡度比为1:100。
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