CN115478843A - 一种基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于自升式钻井平台安全就位技术领域，涉及一种基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，包括：固定支座、桩腿结构、桩靴和数据处理模块；固定支座设置在桩腿结构的顶部，用于对桩腿结构的主弦管进行定位；桩靴设置在桩腿结构的底部，并与待测地层的顶部接触，桩靴向地层发射声波信号，接收经过地层后的声波信号，并将接收的声波信号传输至数据处理模块；数据处理模块，根据声波信号进行数据处理，获得地层极限承载力和不排水时的剪切强度曲线，并依据鸡蛋壳地层的特性对鸡蛋壳地层进行识别。本发明中装置能够准确识别选区是否存在鸡蛋壳底层、硬地层及软地层，并计算其厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，属于自升式钻井平台安全就位技术领域，特别适用于自升式钻井平台安全就位选址插桩技术领域。
背景技术
平台选址是自升式平台安全高效就位的前提，直接影响海上油气田整体开发方案，插桩是自升式钻井平台在预打井的井场就位所进行的第一项工程作业，在这一过程中极易出现桩靴过多下陷入泥导致船体失衡，桩腿齿条及桩腿桁架损坏事故，严重影响自升式平台的正常作业，即自升式平台桩腿的“压载穿刺”事故。“硬-软粘土层”(“鸡蛋壳”地层)承载力不足及桩靴桩尖刺入压强大是导致这一事故发生的主要原因。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供了一种基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，其能够准确识别选区是否存在鸡蛋壳底层、硬地层及软地层，并计算其厚度。
为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，包括：固定支座、桩腿结构、桩靴和数据处理模块；固定支座设置在桩腿结构的顶部，用于对桩腿结构的主弦管进行定位；桩靴设置在桩腿结构的底部，并与待测地层接触，桩靴向地层发射声波信号，接收经过地层后的声波信号，并将接收的声波信号传输至数据处理模块；数据处理模块，根据声波信号进行数据处理，获得地层极限承载力和不排水时的剪切强度曲线，并依据鸡蛋壳地层的特性对鸡蛋壳地层进行识别。
进一步，固定支座为三角形结构。
进一步，桩腿结构包括：主弦管、水平支撑管、斜支撑管和内支撑管，主弦管的轴向与地面垂直，两个主弦管之间设置若干水平支撑管、斜支撑管和内支撑管，水平支撑管的轴向与地面平行，斜支撑管和内支撑管设置在两个水平支撑管之间，斜支撑管和内支撑管的轴向均与地面呈预设角度。
进一步，斜支撑管和内支撑管设置成X型结构。
进一步，桩靴包括声波探针和数据收集模块，声波探针用于向地层发射声波信号，数据收集模块用于采集经过地层后的声波信号，并将声波吸纳后通过数据传输线传输至数据处理模块。
进一步，声波探针为至少两个，至少两个声波探针均匀设置在桩靴的底部，数据收集模块设置在桩靴内，且设置在声波探针的上部。
进一步，数据处理模块连接终端处理系统，终端处理系统根据数据处理模块处理的数据，绘制地层的极限承载力和不排水的抗剪强度曲线，并对鸡蛋壳地层进行识别。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明中装置能够通过桩靴底部接触式声波探针，探测地层硬度等参数，经数据收集与处理终端形成对海底地貌的精细刻画，从而识别选区是否存在鸡蛋壳底层、硬地层及软地层，并确认鸡蛋壳底层、硬地层及软地层的厚度。
2、本发明中装置能够确定自升式钻井平台插桩安全选区，“踩鸡蛋壳”地层作业过程确定安全插桩深度，准确评价桩靴“穿刺”风险，有效规避自升式钻井平台压载穿刺事故的发生。
附图说明
图1是本发明一实施例中基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例中桩靴的仰视图；
图3是本发明一实施例中地层极限承载力的曲线图；
图4是本发明一实施例中不排水时的剪切强度的曲线图。
附图标记：
1-固定支座；2-桩腿结构；21-主弦管；22-水平支撑管；23-斜支撑管；24-内支撑管；3-桩靴；31-声波探针；32-数据收集模块；4-数据处理模块；5-数据传输线；6-终端处理系统。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了解决现有技术中鸡蛋壳地层中极易出现桩靴过多下陷入泥导致船体失衡，桩腿齿条及桩腿桁架损坏事故，严重影响自升式平台的正常作业，即自升式平台桩腿的“压载穿刺”事故的问题，本发明提供了一种基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，针对自升式平台“压载穿刺”事故的诱因，研制一种自升式平台安全就位选址插桩技术，基于自升式平台就位全尺度风险综合预测识别，建立了海上声呐扫描精细底地貌调查技术，获取了就位区域海底管网及电缆尺寸及分布；基于海上CPT钻孔测试工程地质调查技术，测得了原位测试土层的物理及力学参数，为精准识别“鸡蛋壳”地层并准确评价“穿刺”风险提供数据基础，为自升式平台就位场址优选提供技术保障。下面结合附图，通过两个实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例
本实施例公开了一种基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，如图1所示，包括：固定支座1、桩腿结构2、桩靴3和数据处理模块4；固定支座1设置在桩腿结构2的顶部，用于对桩腿结构2的主弦管21进行定位，固定支座1为三角形结构，定位导管架三根主弦管21的位置；桩腿结构2为桁架式，桩靴3设置在桩腿结构2的底部，并与待测地层的顶部接触，桩靴3向地层发射声波信号，接收经过地层后的声波信号，并将接收的声波信号传输至数据处理模块4；数据处理模块4，根据声波信号进行数据处理，获得地层极限承载力和不排水时的剪切强度曲线，并依据鸡蛋壳地层的特性对鸡蛋壳地层进行识别。
桩腿结构2包括：主弦管21、水平支撑管22、斜支撑管23和内支撑管24，主弦管21的轴向与地面垂直设置，两个主弦管21之间设置若干水平支撑管22、斜支撑管23和内支撑管24，水平支撑管22的轴向与地面平行，斜支撑管23和内支撑管24设置在两个水平支撑管22之间，斜支撑管23和内支撑管24的轴向均与地面呈预设角度。本实施例中斜支撑管23和内支撑管24设置成X型结构。
如图2所示，桩靴3包括声波探针31和数据收集模块32，声波探针31用于向地层发射声波信号，数据收集模块32用于采集经过地层后的声波信号，并将其通过数据传输线5传输至数据处理模块4。声波探针31向地层发射实时声波信号，该实时声波信号在地层中传递，测得地层的不排水抗剪强度和地层的极限承载力等参数，将经过地层后的声波信号传输至数据收集模块32。声波探针31为至少两个，至少两个声波探针31均匀设置在桩靴3的底部，数据收集模块32设置在桩靴3的上部。
本实施例中声波探针31的个数为6个，但不以此为限，可以根据具体情况确定声波探针31的数量。本实施例中该桩靴3为倒扣的碗状结构，其底部封闭，其上均匀设置6个声波探针31，其碗状结构内部为一空腔，数据收集模块32设置在该空腔内，即设置在声波探针31的上方。数据收集模块32可以是现有技术中任何可以接收声波信号的装置，其数量可以是一个也可以是多个，由于空间所限，本实施例中，数据收集模块32的数量为一个。数据收集模块32通过声波在地层中变化，辨别地层的极限承载力和不排水的抗剪强度。
数据处理模块4连接终端处理系统6，终端处理系统6根据数据处理模块处理的数据，绘制地层的极限承载力和不排水的抗剪强度曲线，地层的极限承载力曲线图如图3所示，不排水的抗剪强度曲线图如图4所示，并对鸡蛋壳地层进行识别。
在插桩过程中，桁架式桩腿结构2将插桩力G1，通过桩靴3传递给地层，地层的极限承载力为G2。
当G1＞G2时，桩靴3破坏地层，桩靴3下移，实现插桩作业；当G1＜G2时，桩靴3未破坏地层，出现拒桩现象，当桩腿的承载力具备足够的安全系数时，即当G1＞G2时，可完成插桩作业。
当桩腿的承载力不具备足够的安全系数时，当G1＜G2时，需要继续插桩作业，通过安装桩靴3底部声波探针31在作业过程中向地层发射声波信号，通过声波在地层中变化，辨别地层的极限承载力和不排水的抗剪强度。数据收集模块32通过数据传输线5传递给数据处理模块，通过终端系统进行数据处理。实时参数经数据收集与处理器处理后传递给电脑终端，电脑终端依据实时监测的极限承载力和不排水的抗剪强度等参数形成对海底地貌的精细刻画，绘制地层的极限承载力和不排水的抗剪强度曲线，依据硬度等参数识别选区是否存在鸡蛋壳底层、硬地层及软地层的厚度。由此，确定自升式钻井平台插桩安全选区，“踩鸡蛋壳”地层作业过程确定安全插桩深度，准确评价桩靴3“穿刺”风险，有效规避自升式钻井平台压载穿刺事故的发生。
本实施例中装置精细刻画海底地貌，识别选区是否存在鸡蛋壳地层、硬地层及软地层的厚度，精准识别“鸡蛋壳”地层并准确评价“穿刺”风险，在实际的踩“鸡蛋壳”地层插桩作业中采取一系列的防范措施，尽可能避免压载穿刺事故的发生。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，其特征在于，包括：固定支座、桩腿结构、桩靴和数据处理模块；
所述固定支座设置在所述桩腿结构的顶部，用于对所述桩腿结构的主弦管进行定位；所述桩靴设置在所述桩腿结构的底部，并与待测地层接触，所述桩靴向地层发射声波信号，接收经过地层后的声波信号，并将接收的所述声波信号传输至所述数据处理模块；所述数据处理模块，根据所述声波信号进行数据处理，获得地层极限承载力和不排水时的剪切强度曲线，并依据鸡蛋壳地层的特性对鸡蛋壳地层进行识别。
2.如权利要求1所述的基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，其特征在于，所述固定支座为三角形结构。
3.如权利要求1所述的基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，其特征在于，所述桩腿结构包括：主弦管、水平支撑管、斜支撑管和内支撑管，所述主弦管的轴向与地面垂直，两个所述主弦管之间设置若干水平支撑管、斜支撑管和内支撑管，所述水平支撑管的轴向与地面平行，所述斜支撑管和内支撑管设置在两个所述水平支撑管之间，所述斜支撑管和内支撑管的轴向均与地面呈预设角度。
4.如权利要求2所述的基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，其特征在于，所述斜支撑管和内支撑管设置成X型结构。
5.如权利要求1所述的基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，其特征在于，所述桩靴包括声波探针和数据收集模块，所述声波探针用于向地层发射声波信号，所述数据收集模块用于采集经过地层后的声波信号，并将所述声波吸纳后通过数据传输线传输至数据处理模块。
6.如权利要求5所述的基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，其特征在于，所述声波探针为至少两个，至少两个所述声波探针均匀设置在所述桩靴的底部，所述数据收集模块设置在所述桩靴内，且设置在所述声波探针的上部。
7.如权利要求1所述的基于声波探测的鸡蛋壳地层识别装置，其特征在于，所述数据处理模块连接终端处理系统，所述终端处理系统根据数据处理模块处理的数据，绘制地层的极限承载力和不排水的抗剪强度曲线，并对所述鸡蛋壳地层进行识别。
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