CN86102605A - 浮力拉索式塔架 - Google Patents

Abstract

一种直立装设在水深范围为1,200～2,500英尺海中的塔架。塔架上拉有一组牵索，这些牵索从塔架的上端向外和向下延伸，一直到达设在海底的锚。塔架有若干间隔一定距离并大体平行的桩腿这些桩腿由撑材固定在一起，各桩腿都是圆筒形的，里面装设有若干个套筒和导向件，它们刚性联接到桩腿的内表面。每个套筒里有一根管形桩，桩向下穿过相应的套筒和导向件，最后插入海底，成为塔架的底座。每根桩可产生拉压力矩，该力矩在塔架上端部相对于下端部摇摆时可抵消横向力。

Description

本发明涉及在海底钻井用的深海塔架的改进，特别是使塔架更能承受风、波浪和海流形成的力。

现今在水深超过1，000英尺的近海中正在安装若干用来支持钻井平台和采油平台的塔架。如水深超过1，000英尺，这种塔架的制造和安装费用非常高，有时可达到3亿美元，甚至更高。鉴于费用如此之高，就必然要求安装在如此深水中的塔架在结构上足够强固，足能承受住它可能承受的各种力。这些力包括风力、波浪力、海流力以及装在塔架顶部的设备重量产生的压缩力。

至今所建造的常规的座底式平台能以令人满意的方式承受住这些力;但在水深超过1，000英尺情况下其造价按水深的指数关系增大。因此，有必要改进海上塔架，使其能承受住上述各种力，在1，500～2，500英尺深水范围内能连续地进行钻井和采油作业。这种塔架的改进还为了在不损害平台安全性和不改变习用的海上操作方法的前提下降低深水钻井和采油平台的造价。本发明满足了上述要求。

本发明有关深水油气资源钻探和开采用海上平台的塔架的改进。塔架由若干根粗大的大体直立的桩腿组成，桩腿中有平台的桩和油井这些桩由撑柱联接在一起，形成一座细长的空间构架，它垂直搁置在海底，从淤泥线向上伸到平均海平面以上的上井口。桩从桩腿的下端伸出，插入海底预定深度。

平台的基座是由从桩腿中延伸出的桩组成，在有些情况下还装有若干聚集在塔架底部的保险桩，以增加塔架底座处的横向阻力。在桩腿中放桩的结构方式可以减少波浪和海流对井口的作用力，而把这些井口用作主平台的桩也可以承受一部分作用在塔架上的垂直负载。

桩腿内被分隔为若干空间，各密闭空间可用作为浮力室。这些浮力室可产生巨大浮力，从而可减小底座的负载，形成一种对平台重量的反作用力。由于在塔架的每一层框架装有水密舱壁，再加上在穿过浮力区的桩脚和井口外装有连续套筒，从而提高了防止意外浸水的安全性。

一组牵索在靠近水面处联接到塔架上。牵索从塔架向各方位向外和向下伸展，其下端联接到设在海底的锚上。

从而塔架通过以下三部分的作用来承受风力、波浪力和海流力：底座、浮力室、牵索。由于装设在塔架桩腿中的桩能产生轴向力矩，平台底座就能产生抵消波浪力的恢复力。浮力室产生一种对平台重量的不大的反作用力。牵索在水面下联接到塔架上，牵索可对在波浪作用下的塔架起稳定作用。这三种力构成本发明的平衡系统，使塔架结构的制造成本最低，使用寿命长，而且不损害平台的安全性，不改变袭用的海上操作方法。

本发明的首要目的是提出一种支承钻井和采油平台的改进型海上塔架，这种塔架结构强固，能承受住风、波浪和海流造成的作用力，并能大大提高平台的安全性，允许继续使用袭用的海上操作方法。

本发明的另一个目的是提出一种海上塔架，塔架的圆筒形腿中装设有全部或部分从塔顶处甲板延伸到海底的桩和井口;桩腿中还有浮力室;塔架上还装有向外向下延伸到海底的牵索。从而，作用在塔架上的各种力能由底座、浮力室和牵索承受，使作为平台支承的塔架的安全性和使用寿命优于在1，500～2，500英尺水深范围内使用的其它常规型塔架。

下面结合表示本发明的最佳实施例的附图对本发明进行介绍，从中可看出本发明的其它目的。

图1是本发明浮力拉索式塔架的透视图，图中塔架处于操作位置塔架的顶部支承有平台;

图2是图1所示塔架的侧视图，图中表示用来帮助塔架承受波浪力的牵索的联接方式;

图3是图2中3-3剖面线处塔架上部的水平剖面图，图中表示四个桩腿由撑柱支持;

图4与图3相似，但这里表示的是塔架下端部附近的结构;

图5是塔架的一根桩腿的局部侧视图，其中部分已省略掉;

图6是图5中6-6剖面线处的横剖面图;

图7是图5中7-7剖面线处的横剖面图;

图8是图5中8-8剖面线处的横剖面图;

图9是图7中9-9剖面线处的放大的剖面图。

本发明浮力拉索式塔架在各图中均用数字10表示，塔架直立安装，其下端11插入淤泥线18以下的海底（参见图2），其上端露出海面19。平台或甲板12安装在露出海面19的塔架上端;平台或甲板上装有向海底钻井的设备和采油过程中通过井口采收油气流的设备。如图1和图2所示，许多根牵索14以任意适当方式在靠近海面19处联接到塔架的上部。牵索从塔架向外和向下延伸，联接到设在海底的锚16上（参见图2）。牵索14的数量应足够多，以便在塔架的四周都拉上牵索。安设牵索的目的是塔架在波浪力作用下较为稳定。一根牵索的总长一般可达4，500英尺。锚16通常在淤泥线18之下50英尺。各牵索与塔架的联接点通常在海面之下100英尺。

塔架10适合于安装在1，500～2，500英尺水深的海中。在下面叙述中假设塔架安装在2，000英尺深的海中，所以塔架的总长度（总高度）为2，050英尺。下述的塔架装有桩脚，这些桩脚一直伸到淤泥线18以下，插进淤泥300英尺的上。下述的井口或油井套管套装在桩内。油井可深入淤泥线18下5，000～15，000英尺的土中。

如图3和图4所示，塔架10有四根圆筒形桩腿20，分别在塔架的大体成方形的水平横剖面的四角。在塔架大部分长度范围内，桩腿的外径是第一外径;在塔架的底部，桩腿的外径是第二外径。举例来说，适合于2，000英尺水深的塔架，在上方1，900英尺深度范围内各桩腿20的外径一般为15～18英尺，在其余范围的桩腿底部，外径一般为24英尺。图3和图4表示了这两种外径的差异;图3是在上方1，900英尺深度范围内塔架的横剖面图，图4是在2，000英尺深度处塔架的横剖面图。图5中表示的是桩腿20的锥体形过渡段20a，这个过渡段把桩腿较细的塔架部分与桩腿较粗的塔架部分连接起来。

图3中表示出用于桩腿直径较小部分的撑柱，有外水平撑柱22、对角介于各桩腿之间的内水平撑柱24以及倾斜撑柱25。在图4所示的塔架底座部分，还装有附加撑柱，以增加塔架的稳性，以承受风波浪和海流作用在底座上的横向负载。在套筒27中的保险桩可用来增强底座的横向阻力。

如图5～8所示，每根桩腿中有一组大体直立的套筒26。套筒26的外径通常为31英寸。在图中每根桩腿内有12根套筒26。套筒26从接近每根桩腿顶端的部位一直延伸到淤泥线18以下的接近桩腿末端的部位处（参见图5）。为能装上桩腿20的过渡段20a，套筒26在向下穿过塔架底部时略带倾斜，参见图5。因此在塔架底部，桩腿之间的间距就大于在过渡段20a以上的桩腿之间的间距。

每一根桩腿20中装有许多块相隔一定垂直距离的水平无孔板或隔板30，这些水平无孔板或隔板固定到套筒上，并把套筒联接到桩腿的内表面。这样每块板30都是圆盘形的，被焊接到或围绕并固定到每一根套筒26上，以加固套筒。套筒26由抗剪板34保持相互间的间隔距离（见图6），抗剪板34设置在相邻的隔板30之间。

水平隔板30把每根桩腿20分隔成许多个封闭的空气室36，空气室可为桩腿产生浮力。这些室36中充满了空气，而且相互之间一般也不能流通液体;但是可以为各空气室36接通管路系统（图中未标出），使空气室与大气相通，或向空气室中灌上海水，减小浮力。管路系统可以从设在塔架顶部的平台12上控制。如图7所示，每一个空气室36中可装上两块相互垂直的板52和54，作为附加的结构支持。

每一根套筒26有一根管状的弹性桩38贯穿其中。每根桩通过在39处施焊和灌水泥浆41把其上端固定到各自的套筒上。该桩然后向下穿过各自的套筒，再穿出套筒和各自的桩腿，进入在淤泥线18以下的海底中。图1和图2中表示出每一桩腿20的桩进入海底的情况。

由于桩是由弹性钢管制造的，所以每根桩38对各自的桩腿20起压缩弹簧的作用。每根桩的这种压缩弹簧作用可产生一种能抵消平台部分重力的向上作用力。四根桩腿20的桩还可以产生压缩力和拉力，它们形成拉压力矩，从而可防止塔架在风、波浪和海流力作用下相对其底座产生摇动。

每一根桩38可装设一根可用来套罩油井60的导管。每一个油井60由平台12向下延伸，穿过桩，进入淤泥，最后进入海底，达到油气所在的深度。桩38可以有效地保护油井60，使之免受波浪和海流的损伤。

在使用中，塔架10按图1和图2所示方式设置，桩38向下延伸穿过各自的套筒26，并进入海底，插入深度一般在300英尺以上。当桩放好后，就可以开始钻井操作。在钻井过程中，油井60放入所在位置，以便开采油气或其它矿物。

塔架靠以下三种力来抗拒风力、波浪力和海流力：在塔架下部的底座的恢复力，空气室36产生的上浮力，牵索产生的模向力;各力成大体相等的比例。由于桩脚设置在主桩腿中结构的角隅处，并插入海底相当大距离，所以底座可产生恢复力。当风、波浪和海流作用于塔架上时，这些桩脚就产生拉压力矩，该力矩能抵消波浪作用力。牵索14可对在波浪作用下的塔架起稳定作用。最后，主桩腿20中的浮力室可以对平台12产生巨大的支承力。

Claims (13)

1、一种支承海上钻井和采油平台的设备包括有：

一座塔架，该塔架大体直立地安装在海底上，并向上延伸到海平面之上，塔架的上端支承有一个平台；

一组牵索，这些牵索在靠近塔架上端处联接到塔架上，然后向各个方位向外和向下延伸，他们的下端固定到海底。

上述塔架有若干根桩腿，各桩腿均是圆筒形的；内有浮力室，这些浮力室在塔架处于上述操作位置时对塔架产生一种上浮力；每个桩腿内都有许多根管形桩，每根桩的上端联接到所在桩腿的上端，桩贯穿桩腿，在穿出桩腿末端后插入海底(此时塔架处于上述操作位置)，在平台安装在塔架上之后，每根桩中插入一个从平台延伸下来的油井口，每个油井插入海底，以从海底下开采资源。

2、根据权项1要求的设备，设备上的每根桩腿里设有许多个首尾相接的浮力室。

3、根据权项1要求的设备，当塔架处于操作位置时，牵索的上端在正常海面下处联接到塔架上。

4、根据权项1要求的设备，其中每根桩是钢制的，并可产生一种拉压力矩，这种力矩可防止塔架处于上述操作位置时产生摇动。

5、根据权项1要求的设备，其中一根桩腿内有一个刚性套筒，该套筒联接到上述桩腿的内表面上，而前述桩的上端则联接到该套筒上。

6、根据权项5要求的设备，其中套筒的长度与上述桩腿的相同。

7、根据权项5要求的设备，其中桩在靠近套筒上端处焊接到所述套筒上，并灌上水泥浆。

8、一种在海平面以上安装海上钻井和采油平台的设备包括有：

一座有上端部和下端部的塔架，该塔架由其下端部直立支承在海底上，而其上端部则露出海面;

一组牵索，这些牵索在正常水线之下联接到塔架上，牵索从塔架向各个方位向外和向下延伸，各牵索的下端固定在海底。

若干根设在塔架内的圆筒形桩腿，在塔架处于上述操作位置时桩腿的下端部插入海底第一距离深处;

形成在每一根上述桩腿中的许多个浮力室;

分别设在每一根桩腿中的若干根相隔一定距离的刚性套筒，每一根桩腿的各套筒相互之间大体平行）并纵向穿过各自的桩腿，套筒刚性联接到各自桩腿的内表面;

分别设在每一个套筒内的一根管形桩，每根桩的上端联接到各自套筒的上端，每根桩穿过各自的套管，并从各自的桩腿的下端外伸一个第二距离，第二距离大于上述第一距离，每根桩套罩一个油井口，该油井在塔架处于上述操作位置时从上述平台一直插入海底，一直达到桩下端部之下，如此就能采集到海底下的资源，并把资源通过油井送上平台。

9、根据权项8要求的设备，其中每根桩都是用弹性材料制成的。

10、根据权项9要求的设备，其中上述材料是钢材。

11、根据权项8要求的设备，其中桩的上端靠近相应的套筒的上端，并用焊接和/或灌水泥浆方法联接到相应的套筒上。

12、根据权项8要求的设备，其中塔架的长度（高度）足能使其放置到1，200～2500英尺水深的海中。

13、根据权项8要求的设备，其中每根桩腿的浮力室相互毗邻。

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