CN117431997A - 一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构、方法及系统，包括吸力主桶，与吸力主桶连接的储油腔体和裙式结构，所述储油腔体内部连接有管路机构，所述管路机构包括主管路和副管路，主管路和副管路均设有泄压孔，所述主管路从所述储油腔体内部的外侧边顶部延伸至所述储油腔体的底部，所述副管路从所述储油腔体内部的内侧边顶部延伸至所述储油腔体的底部，所述裙式结构设置在吸力主桶的底部。该基础结构具备储油功能，满足海洋资源开采平台的储油需求，同时可以通过调整储油腔体中的储油量，从而调节基础的自重和浮力，减少基础的水平和竖直方向的承载力，另外裙式结构增加基础与土体的摩擦面积，提高了基础的抗拔抗剪能力。

Description

一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构、方法及系统

技术领域

本发明涉及海洋油汽开发技术领域，具体涉及一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构、方法及系统。

背景技术

随着海洋资源开采不断增加，原油产出增加，海洋资源开采平台储备原油的需求也逐渐增大，同时海洋资源开采平台自重巨大，结构基础承受上部结构传来的较大的竖向载荷，同时结构基础还必须应对风、浪、海流等水平载荷和弯矩。传统的吸力式桶形基础结构不具备储油功能，且通常整体刚度不足，承载力较低，容易在振动和动态荷载下引发地基失稳的问题，目前需要解决如何满足海洋资源开采平台的储油需求以及优化基础结构去抵抗较大的竖向荷载和水平荷载。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构、方法及系统，该裙式吸力式基础结构内部设置有储油腔体和裙式结构，以满足储油需求的同时提高基础与土体的摩阻力，保证海底地基基础设施的稳定性并减少竖向荷载和水平承载。

为了解决上述问题，本发明采取如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，包括：吸力主桶，与吸力主桶连接的储油腔体和裙式结构，所述储油腔体内部连接有管路机构，所述管路机构包括主管路和副管路，主管路和副管路均设有泄压孔，所述主管路从所述储油腔体内部的外侧边顶部延伸至所述储油腔体的底部，所述副管路从所述储油腔体内部的内侧边顶部延伸至所述储油腔体的底部，所述裙式结构设置在吸力主桶的底部。

进一步的，所述裙式结构包括若干组的圆环状裙边，所述圆环状裙边沿所述吸力主桶内壁竖直方向间隔设置，所述圆环状裙边形状大小相同，所述圆环状裙边与所述吸力主桶之间具有夹角，所述圆环状裙边朝向所述吸力主桶的顶部方向。

进一步的，所述主管路和副管路的一端均伸出储油腔体顶部进行设置，另一端伸入储油腔体底部，所述主管路和副管路均能够用于输液和泄压，所述主管路处于输液状态，副管路用于泄压，所述副管路处于输液状态，主管路用于泄压。

进一步的，所述储油腔体的顶部平面为圆形，所述储油腔体的顶部设置有腔体泄压孔，储油腔体的底部设置有楔块，所述储油腔体的横截面积自顶部向底部递减。

进一步的，所述吸力主桶为顶部封闭、底部开口的圆筒形结构，所述吸力主桶的顶部设置有排水孔和测压计。

进一步的，所述储油腔体顶部中心设置有支撑体，所述支撑体为上下通透的圆筒结构，所述主管路和副管路的末端自所述储油腔体顶部伸出延伸至所述支撑体内，所述支撑体通过密封塞进行密封。

进一步的，所述储油腔体的顶部设置有若干个吊环，所述吊环位于储油腔体顶部的边缘处。

第二方面，本发明提供一种海洋储油系统，包括海洋资源开采平台，以及与海洋资源开采平台连接的如第一方面所述的兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，所述兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构设置于所述海洋资源开采平台底部。

第三方面，本发明提供一种采用如第一方面所述的兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构的使用方法，包括：

储存原油时，通过管路机构将原油注入到储油腔体内部，通过管路机构的泄压孔调整其内部压力；

提取原油时，通过管路机构将原油从储油腔体内部抽出，通过管路机构的泄压孔调整其内部压力。

第四方面，本发明提供一种采用如第一方面所述的兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构的安装方法，包括：

将裙式吸力式基础结构组装完成后放置在事先规定的海洋位置区域；

通过管路机构向储油腔体中引入海水调整裙式吸力式基础结构重量，同时通过储油腔体的腔体泄压孔排出空气，保证储油腔体内部的压力与海洋环境相同；

裙式吸力式基础结构在自重作用下下沉至海床并穿透至预定的深度；

持续通过管路机构注入海水，使海床受到竖向荷载压缩海床地基，直至裙式吸力式基础结构下沉到预定的标高位置停止注水，随后逐步排出吸力主桶中的水形成负压，在负压作用下吸力主桶持续下沉，确保裙式结构嵌入海床，或者，通过管路机构持续注入海水，使裙式吸力式基础结构继续受到竖向载荷作用，确保裙式结构嵌入海床；

当裙式吸力式基础结构沉降到设计位置后，进行裙式吸力式基础结构上部结构安装；

通过管路机构和排水孔抽出预定量的海水后即完成安装。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，设置有吸力主桶、管路机构、储油腔体和裙式结构，通过管路机构和储油腔体，该基础可以储存和抽取原油，具备了储油功能，满足海洋资源开采平台的储油需求。原油的密度低于海水，该基础的浮力大于自重，能够减少海底地基基础设施承受的竖向荷载，同时储油腔体可以根据油气的需求和供应，调节基础的储油量，从而调节基础的自重和浮力，调整基础的倾覆力矩，优化基础的竖直承载性能和水平承载性能。裙式结构设置在基础底部，可以插入海底土层，增加基础与土体的摩擦面积，提高基础的承载力、抗侧向力以及水平抗滑抗拔抗剪能力，裙式结构可以形成一个封闭的空间，增加基础的重量和惯性，防止土体在水平荷载作用下的侧向流动，提高基础的水平抗剪能力。整体来说该裙式吸力式基础结构可以储存原油，并能抵抗较大的竖向荷载和水平荷载，解决了如何满足海洋资源开采平台的储油需求与抵抗较大的竖向荷载和水平荷载问题。

再有，裙式结构的圆环状裙边与吸力主桶内壁之间具有夹角，且圆环状裙边朝向吸力主桶的顶部方向，这样可以增加吸力主桶与土体的接触面积，从而提高吸力主桶的抗拔抗剪能力，还可以提高吸力主桶的整体抗弯刚度，增强吸力主桶的水平承载能力和抗倾覆能力。同时圆环状裙边形成倒钩状的结构，增加吸力主桶与土体之间的摩阻力，防止吸力主桶在水平荷载作用下发生滑移，还有裙式结构可以减少吸力主桶的沉降量，降低吸力主桶的安装难度。

附图说明

图1为本发明实施例的裙式吸力式基础结构的结构示意图；

图2为本发明实施例的裙式吸力式基础结构的俯视示意图；

图3为本发明实施例的裙式吸力式基础结构的立体示意图。

附图标记说明：1、吸力主桶，2、储油腔体，3、裙式结构，4、主管路，5、副管路，6、泄压孔，7、腔体泄压孔，8、楔块，9、支撑体，10、排水孔，11、测压计，12、吊环，13、固定支座，14、检查窗口。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

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。

实施例一

请参阅图1至图3，本实施例提供一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，包括吸力主桶1，与吸力主桶1连接的储油腔体2和裙式结构3，储油腔体2内部连接有管路机构，管路机构包括主管路4和副管路5，主管路4和副管路5均设有泄压孔6，主管路4从储油腔体2内部的外侧边顶部延伸至储油腔体2的底部，副管路5从储油腔体2内部的内侧边顶部延伸至储油腔体2的底部，裙式结构3设置在吸力主桶1的底部。通过管路机构和储油腔体2，该基础可以储存和抽取原油，具备了储油功能，满足海洋资源开采平台的储油需求。原油的密度低于海水，该基础的浮力大于自重，能够减少海底地基基础设施承受的竖向荷载，同时储油腔体2可以根据油气的需求和供应，调节基础的储油量，从而调节基础的自重和浮力，调整基础的倾覆力矩，优化基础的竖直承载性能和水平承载性能。裙式结构3设置在基础底部，可以插入海底土层，增加基础与土体的摩擦面积，提高基础的承载力、抗侧向力以及水平抗滑抗拔抗剪能力，裙式结构3还可以形成一个封闭的空间，增加基础的重量和惯性，防止土体在水平荷载作用下的侧向流动，提高基础的水平抗剪能力。

裙式结构3包括若干组的圆环状裙边，圆环状裙边沿吸力主桶1的内壁向上按照相同的间距设置有3组，圆环状裙边形状大小相同，圆环状裙边与吸力主桶1之间具有夹角，圆环状裙边朝向吸力主桶1的顶部方向，圆环状裙边与吸力主桶1内壁夹角的大小会影响吸力主桶1的下沉阻力、抗拔抗剪能力、抗弯刚度、抗滑移能力、沉降量等性能。一般来说，夹角越大，吸力主桶1的这些性能越好，但是也会增加吸力主桶1的重量和制造难度。目前，常见的夹角范围是30°~60°，其中45°是一种比较经典的设计值，具有较好的综合性能，作为其中优选的一种实施方式，圆环状裙边与吸力主桶1之间的夹角为45°。裙式结构3的圆环状裙边与吸力主桶1内壁的夹角为45°，圆环状裙边朝向吸力主桶1的顶部方向，这样可以增加吸力主桶1与土体的接触面积，从而提高吸力主桶1的抗拔抗剪能力，还可以提高吸力主桶1的整体抗弯刚度，增强吸力主桶1的水平承载能力和抗倾覆能力。同时圆环状裙边形成倒钩状的结构，增加吸力主桶1与土体之间的摩阻力，防止吸力主桶1在水平荷载作用下发生滑移，还有裙式结构3可以减少吸力主桶1的沉降量，降低吸力主桶1的安装难度。

储油腔体2围绕吸力主桶1，储油腔体2采用圆环截面面积随着深度的增加而逐渐变小的结构，该结构可以减小在裙式吸力式基础结构下沉时的阻力。储油腔体2的顶部平面可为圆形、矩形、菱形或者多边形结构，作为其中优选的一种实施方式，储油腔体2的顶部平面为圆形。储油腔体2的顶部设置有腔体泄压孔7，腔体泄压孔7用于排放储油腔体2中的空气。储油腔体2的底部安装有楔块8，楔块8的上表面倾斜，且与管路机构的管道底面平行，这样可以优化液体流向，确保管道液体更为高效的进入，同时有助于最大程度地减少液体阻力，提高液体的输送效率。储油腔体2的材质可以为钢、铁、铜、耐腐蚀合金等材料构成，作为其中优选的一种实施方式，储油腔体2采用钢材质。

吸力主桶1为顶部封闭、底部开口的圆筒形结构，吸力主桶1的顶部设置有排水孔10和测压计11，排水孔10用于基础结构安装时排出吸力主桶1中的水，测压计11用于测量吸力主桶1内部的压力。

整体来说裙式吸力式基础结构的顶部平面为圆形、底部是圆形空心平台的结构，圆形平面提供了均匀的支撑表面，有助于将储油腔体2的重量均匀分布到基础上，这样可以减小局部载荷，提高基础的稳定性。圆形空心平台的设计不仅可以减轻基础的自重，还可以通过合理的设计提高基础的承载能力，空心结构通常能够有效减小结构的整体重量，同时保持足够的强度，圆形形状在受力时具有较好的稳定性，有助于防止基础在储油腔体2受到外部力作用时的倾斜或变形，如抗风抗震，这样可以提高整个系统的稳定性。再有，圆形平面和圆形空心平台的结合可以提供较大的支撑面积，并且圆形结构在受力时有较好的均匀分布能力，这有助于降低局部应力，提供更刚性的支撑。

主管路4和副管路5的一端均伸出储油腔体2顶部，另一端伸入储油腔体2的底部。主管路4通过固定支座13进行固定，沿着储油腔体2内部外侧边的侧壁进行设置，主管路4的一端从储油腔体2的顶部中心伸出，另一端沿储油腔体2顶部内侧延伸至储油腔体2内部的外侧边，又从储油腔体2内部外侧边的侧壁延伸至储油腔体2底部。副管路5通过固定支座13进行固定，沿着储油腔体2内部内侧边的侧壁进行设置，副管路5的一端从储油腔体2的顶部中心伸出，另一端沿储油腔体2顶部内侧延伸至储油腔体2内部的内侧边，又从储油腔体2内部内侧边的侧壁向储油腔体2底部方向延伸设定距离，距离储油腔体2底部的设定距离处固定，使得副管路5另一端的开口方向为向下。主管路4和副管路5均能够用于输液和泄压，若主管路4处于输液状态，副管路5用于泄压，若副管路5处于输液状态，主管路4用于泄压。

固定支座13可采用焊接或螺栓连接至储油腔体2内侧。

储油腔体2的顶部设置有检查窗口14，检查窗口14设置于主管路4和副管路5的上部。

储油腔体2的顶部设置有若干个吊环12，吊环12位于储油腔体2顶部的边缘处。作为其中一种实施方式，吊环12至少设有4个，吊环12为具有通孔的矩形结构，在基础顶部圆周对称分布。

储油腔体2顶部中心设置有支撑体9，支撑体9为上下通透的圆筒结构，主管路4和副管路5的末端自储油腔体2顶部伸出延伸至支撑体9内，支撑体9可通过密封塞进行密封。

实施例二

本实施例提供一种海洋储油系统，包括实施例一的基础结构，对于与实施例一重复的部分在此不做赘述。

一种海洋储油系统，包括海洋资源开采平台，以及与海洋资源开采平台连接的裙式吸力式基础结构，裙式吸力式基础结构设置于海洋资源开采平台底部。

实施例三

本实施例提供一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构的使用方法，采用如实施例一所述的兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，包括：

储存原油时，通过管路机构将原油注入到储油腔体2内部，通过管路机构的泄压孔6调整其内部压力；提取原油时，通过管路机构将原油从储油腔体2内部抽出，通过管路机构的泄压孔6调整其内部压力。

具体的，工作阶段，储备原油时，通过主管路4将原油注入到该基础结构内部，通过副管路5和泄压孔6调整储油腔体2内部压力，确保在储存原油的过程中维持适当的条件。抽取原油时，通过主管路4将原油抽出，通过副管路5和泄压孔6调整储油腔体2内部压力，以确保抽取过程的有效性和安全性。

具体的，回收阶段，通过管路机构将原油从储油腔体2抽出后，将储油腔体2的顶部的支撑体9与上部结构分离，通过管路机构实现对储油腔体2内液体流入或流出的调节，使得浮力超过裙式吸力式基础结构的重力，裙式吸力式基础结构受到向上的力，裙式吸力式基础结构向上移动，工作人员利用液体浮力，实现对裙式吸力式基础结构的高效回收。工作人员可以通过检查窗口14观察泄压孔6的情况，通过腔体泄压孔7平衡内外压差保障安全。

实施例四

本实施例提供一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构的安装方法，采用如实施例一所述的兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，包括：

S1：将裙式吸力式基础结构组装完成后放置在事先规定的海洋位置区域；

S2：通过管路机构向储油腔体2中引入海水调整裙式吸力式基础结构重量，同时通过储油腔体2的腔体泄压孔7排出空气，保证储油腔体2内部的压力与海洋环境相同；

S3：裙式吸力式基础结构在自重作用下下沉至海床并穿透至预定的深度；

S4：持续通过管路机构注入海水，使海床受到竖向荷载压缩海床地基，直至裙式吸力式基础结构下沉到预定的标高位置停止注水，随后逐步排出吸力主桶1中的水形成负压，在负压作用下吸力主桶1持续下沉，确保裙式结构3嵌入海床，或者，通过管路机构持续注入海水，使裙式吸力式基础结构继续受到竖向载荷作用，确保裙式结构3嵌入海床；

S5：当裙式吸力式基础结构沉降到设计位置后，进行裙式吸力式基础结构上部结构安装；

S6：通过管路机构和排水孔10抽出预定量的海水后即完成安装。

具体的，将裙式吸力式基础结构的各部件组装完毕后进行运输，可将该基础结构在内部空间为空气时直接置于海洋中，因自重较轻，能够漂浮在水上，不需要占用运行船只内部空间。通过船只拉拽该裙式吸力式基础结构吊点到指定地点，通过主管路4向储油腔体2中引入海水，以调整裙式吸力式基础结构重量，同时打开腔体泄压孔7，通过腔体泄压孔7排出储油腔体2内的空气，保证储油腔体2内部的压力与海洋环境相同，裙式吸力式基础结构在自重作用下垂直下沉至指定位置处。到达海床后，继续通过主管路4注入海水，使海床受到竖向荷载压缩海床地基，直至裙式吸力式基础结构下沉到预定的标高位置停止注水，随后打开吸力主桶1顶部的排水孔10，将排水孔10与排水系统连接，并安装测压计11，安装完毕后开始逐步排出吸力主桶1中的水，形成桶内负压，在负压作用下，吸力主桶1持续下沉，直至裙式结构3嵌入海床，当裙式吸力式基础结构沉降到设计位置后，进行裙式吸力式基础结构上部结构安装，通过管路机构和排水孔10抽出预定量的海水后，关闭顶部的排水孔10，并拆除排水系统，从而完成整个安装过程。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，其特征在于，包括：吸力主桶，与吸力主桶连接的储油腔体和裙式结构，所述储油腔体内部连接有管路机构，所述管路机构包括主管路和副管路，主管路和副管路均设有泄压孔，所述主管路从所述储油腔体内部的外侧边顶部延伸至所述储油腔体的底部，所述副管路从所述储油腔体内部的内侧边顶部延伸至所述储油腔体的底部，所述裙式结构设置在吸力主桶的底部。

2.根据权利要求1所述的一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，其特征在于，所述裙式结构包括若干组的圆环状裙边，所述圆环状裙边沿所述吸力主桶内壁竖直方向间隔设置，所述圆环状裙边形状大小相同，所述圆环状裙边与所述吸力主桶之间具有夹角，所述圆环状裙边朝向所述吸力主桶的顶部方向。

3.根据权利要求1所述的一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，其特征在于，所述主管路和副管路的一端均伸出储油腔体顶部进行设置，另一端伸入储油腔体底部，所述主管路和副管路均能够用于输液和泄压，所述主管路处于输液状态，副管路用于泄压，所述副管路处于输液状态，主管路用于泄压。

4.根据权利要求1所述的一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，其特征在于，所述储油腔体的顶部平面为圆形，所述储油腔体的顶部设置有腔体泄压孔，储油腔体的底部设置有楔块，所述储油腔体的横截面积自顶部向底部递减。

5.根据权利要求1所述的一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，其特征在于，所述吸力主桶为顶部封闭、底部开口的圆筒形结构，所述吸力主桶的顶部设置有排水孔和测压计。

6.根据权利要求1所述的一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，其特征在于，所述储油腔体顶部中心设置有支撑体，所述支撑体为上下通透的圆筒结构，所述主管路和副管路的末端自所述储油腔体顶部伸出延伸至所述支撑体内，所述支撑体通过密封塞进行密封。

7.根据权利要求1所述的一种兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，其特征在于，所述储油腔体的顶部设置有若干个吊环，所述吊环位于储油腔体顶部的边缘处。

8.一种海洋储油系统，其特征在于，包括海洋资源开采平台，与海洋资源开采平台连接的如权利要求1—7任一所述的兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构，所述兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构设置于所述海洋资源开采平台底部。

9.一种权利要求1-7的任一所述的兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构的使用方法，其特征在于，包括：

储存原油时，通过管路机构将原油注入到储油腔体内部，通过管路机构的泄压孔调整其内部压力；

提取原油时，通过管路机构将原油从储油腔体内部抽出，通过管路机构的泄压孔调整其内部压力。

10.一种权利要求1-7的任一所述的兼顾储油功能的裙式吸力式基础结构的安装方法，其特征在于，包括：

将裙式吸力式基础结构组装完成后放置在事先规定的海洋位置区域；

通过管路机构向储油腔体中引入海水调整裙式吸力式基础结构重量，同时通过储油腔体的腔体泄压孔排出空气，保证储油腔体内部的压力与海洋环境相同；

裙式吸力式基础结构在自重作用下下沉至海床并穿透至预定的深度；

持续通过管路机构注入海水，使海床受到竖向荷载压缩海床地基，直至裙式吸力式基础结构下沉到预定的标高位置停止注水，随后逐步排出吸力主桶中的水形成负压，在负压作用下吸力主桶持续下沉，确保裙式结构嵌入海床，或者，通过管路机构持续注入海水，使裙式吸力式基础结构继续受到竖向载荷作用，确保裙式结构嵌入海床；

当裙式吸力式基础结构沉降到设计位置后，进行裙式吸力式基础结构上部结构安装；

通过管路机构和排水孔抽出预定量的海水后即完成安装。