CN209938889U - 一种直接作用式张力腿平台采油立管张紧装置 - Google Patents

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曾波
刘佩森
王艳萍
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Abstract

本实用新型的一种直接作用式张力腿平台采油立管张紧装置,蓄能器、低压氮气瓶集成在油缸上,油缸塞腔端悬挂于扶正装置机架,油缸活塞杆连接在张紧环上;蓄能器液端与油缸杆腔相连,低压氮气瓶与油缸塞腔相连,工作气瓶与蓄能器气端相连;扶正装置滚轮安装于销轴上,销轴两端置于U型夹两耳板的通孔内,U型夹固定于扶正杆上,扶正杆安装于扶正罩圆柱孔内,扶正罩固定于扶正装置机架上,在扶正装置机架沿扶正罩圆柱孔方向设置螺纹孔,将螺杆旋入螺纹孔并始终与扶正杆末端相接触。本实用新型能够补偿采油立管与张力腿平台间的升沉运动,维持采油立管顶部恒定的张力,限制采油立管顶部相对于平台的侧向运动,为张力腿平台采油作业提供有效的安全保障。

Description

一种直接作用式张力腿平台采油立管张紧装置
技术领域
本发明属于海洋石油天然气钻采装备技术领域,涉及一种直接作用式张力腿平台(TLP)的采油立管张紧装置。
背景技术
随着海洋作业水深的不断增加,传统的各类固定平台的自重和工程造价将会大幅增加,而张力腿平台的结构造价一般不会随水深增加而大幅度地增大。张力腿平台是一种垂直系泊的顺应式平台,产生远大于结构自重的浮力,浮力抵消自重后的剩余浮力与预张力平衡。预张力作用在垂直张力腿系统上,使张力腿时刻处于受拉的绷紧状态。
张力腿平台的竖向运动很小,水平方向的运动是顺应式的,结构惯性力主要是水平方向的回弹力,产生的水平位移仅为水深的1.5%~2%。由于张力腿平台与采油立管的运动,如图1所示,因而张力腿平台和采油立管顶部之间存在一定的相对运动。
采油立管作为张力腿平台与海底井口装置连接的通道,为了增加其刚度,增强其抵御风、浪、流的能力,需要在其顶部建立一个恒定的张力系统,因而有必要设计出一种适用于张力腿平台采油立管的张紧装置。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种直接作用式采油立管张紧装置,维持采油立管系统顶部恒定的张力,补偿采油立管相对于平台的升沉运动,有效地避免张力与位移的大幅度变化。
本发明的目的之二是提供一种扶正装置,当采油立管相对于平台运动时,该装置起导向和定位作用,限制采油立管相对于平台的侧向运动,防止采油立管及平台设备的损坏。
本发明所采用的技术方案是,一种直接作用式采油立管张紧装置,“油缸+蓄能器+低压氮气瓶”作为一个整体,即将蓄能器、低压氮气瓶集成在油缸上,油缸塞腔端耳板通过上提环悬挂于扶正装置机架,油缸活塞杆耳板通过下提环连接于张紧环;其中,蓄能器液端通过不锈钢管与油缸杆腔相连,低压氮气瓶通过不锈钢管与油缸塞腔相连,工作气瓶通过不锈钢管与蓄能器气端相连。
采油立管穿过扶正装置滚轮分布的中心,滚轮形成的分布圆直径恰好等于采油立管外圆直径,滚轮通过轴承安装于销轴上,销轴两端置于U型夹两耳板的通孔内,U型夹固定于扶正杆上,扶正杆置于扶正罩圆柱孔内并可沿圆柱孔轴向运动,扶正罩固定于扶正装置机架上,扶正装置机架沿扶正罩圆柱孔方向设置有螺纹孔,且该螺纹孔与圆柱孔相连通,将螺杆旋入螺纹孔内,操作过程中应保持螺杆顶部始终与扶正杆末端相接触。
本发明的有益效果是,蓄能器、低压氮气瓶集成在油缸上,不仅使整个装置结构紧凑、易于操作和维护,而且能够补偿采油立管与张力腿平台间的升沉运动,维持采油立管顶部恒定的张力;当一个张紧装置(如油缸、蓄能器)失效时,张紧系统可提供满足设计要求的张力;当采油立管相对于张力腿平台出现倾斜变化时,可限制采油立管顶部相对于平台的侧向运动,为张力腿平台采油作业提供有效的安全保障。
附图说明
图1是本发明张力腿平台与采油立管顶部之间的相对运动;
图2是本发明张力腿平台采油立管张紧装置整体结构示意图;
图3是本发明扶正装置结构示意图。
图中,1. 油缸总成,2. 活塞式蓄能器,3. 张紧环,4. 下提环,5. 充液阀,6. 低压氮气瓶,7. 扶正装置,8. 扶正装置机架,9. 扶正罩,10. 扶正杆,11. U型夹,12. 滚轮,13. 调距螺杆,14. 上提环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图2,本发明的直接作用式采油立管张紧装置,油缸总成1杆腔通过不锈钢管与活塞式蓄能器2液端相连,连接管路上设置充液阀5,油缸总成1塞腔与低压氮气瓶6相连,即蓄能器、低压氮气瓶安装在油缸上,油缸总成1塞腔端通过上提环14悬挂于扶正装置7上,油缸总成1活塞杆端通过下提环4连接到张紧环3上,活塞式蓄能器2气端连接至工作气瓶。
参照图3,本发明的扶正装置7,扶正装置机架8的内侧设置4套扶正罩9且两两夹角成90°,扶正罩9一端设置一定深度的圆柱孔,其直径与扶正杆10直径相同,扶正罩9焊接在扶正装置机架8内侧,在扶正装置机架8沿扶正罩9圆柱孔轴向设置一定尺寸的螺纹孔,螺纹孔与圆柱孔共轴线且相互连通。
扶正杆10一端通过螺栓固定在U型夹11上,U型夹11两耳板设置两圆柱孔,滚轮12通过轴承安装在销轴上,再将该销轴安装于U型夹11两耳板的两圆柱孔内;将扶正杆10的另一端沿轴线方向安装在扶正罩9圆柱孔内,调距螺杆13旋入螺纹孔内,操作期间应确保调距螺杆13与扶正杆10始终接触。
扶正装置7对采油立管起导向和定位作用,可限制立管的侧向运动,防止立管、与立管相连的附属设备及其平台周边设备的损坏。
采油立管穿过滚轮12分布的中心,沿采油立管方向投影可知,滚轮12形成的分布圆直径恰好等于采油立管外圆直径。
本发明工作时,通过外接气源向工作气瓶加压,高压气体进入活塞式蓄能器2气端,气体压力作用于油缸总成1与活塞式蓄能器2内的油液,进而作用于油缸总成1的活塞上,使活塞杆产生足够的张力,以维持采油立管系统顶部受到恒定向上的张力作用。
当采油立管在自重、海流等压力载荷作用下发生弯曲变化,由于其上端受扶正装置7的限制,因而忽略其上端相对于平台的侧向运动。此时可认为张力腿平台位置保持不变,仅考虑与采油立管相连的张紧环3相对于平台竖直向下运动,因此油缸总成1活塞杆伸出,推动油液进入活塞式蓄能器2,压缩气体产生更高的压力,补偿采油立管相对于平台竖直向下的运动,维持采油立管系统顶部恒定的张力。
同理,当张力腿平台在风、浪、流的作用下发生侧向移动时,平台随即发生水平方向、竖直向下的运动,由于采油立管上部受到扶正装置7的限制,采油立管将会伴随平台出现倾斜变化,且采油立管与张力腿的倾斜角度不同,因而忽略其采油立管上端相对于平台的侧向运动,仅考虑与采油立管相连的张紧环3相对于平台竖直向上的运动,此时油缸总成1活塞杆缩回,活塞式蓄能器2内的气体膨胀,推动油液进入油缸总成1,补偿采油立管相对于平台竖直向上的运动,维持采油立管系统顶部恒定的张力。
当采油作业时,张紧系统根据井口的位置安装在采油甲板上,每套张紧系统由4组油缸构成;当钻井作业时,采油立管更换为钻井立管,应额外增加两相同油缸以达到其张力要求。

Claims (2)

1.一种直接作用式张力腿平台采油立管张紧装置,其特征在于:油缸总成(1)杆腔与活塞式蓄能器(2)液端相连,连接管路上设置充液阀(5),油缸总成(1)塞腔与低压氮气瓶(6)相连,油缸总成(1)塞腔端通过上提环(14)悬挂于扶正装置(7)上,油缸总成(1)活塞杆端通过下提环(4)连接到张紧环(3)上,活塞式蓄能器(2)气端连接至工作气瓶。
2.一种直接作用式张力腿平台采油立管张紧装置,其特征在于:扶正装置机架(8)的内侧安装扶正罩(9),扶正罩(9)一端设置与扶正杆(10)直径相同的圆柱孔,扶正装置机架(8)沿扶正罩(9)圆柱孔轴向设置一定尺寸的螺纹孔,螺纹孔与圆柱孔共轴线且相互连通;扶正杆(10)一端固定在U型夹(11)上,将安装有滚轮(12)的销轴置于U型夹(11)两耳板的两圆柱孔内;扶正杆(10)另一端沿轴线方向安装在扶正罩(9)圆柱孔内,调距螺杆(13)旋入螺纹孔并始终与扶正杆末端相接触。
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CN114408095A (zh) * 2022-01-24 2022-04-29 福州大学 大型海上平台系泊缆间拉力协调组件及使用方法
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