撓管柔性近海結構件的製作方法
2023-09-18 02:39:40 1
專利名稱：撓管柔性近海結構件的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及近海平臺，特別涉及那些採用一垂直回復力矩以抵銷其搖擺的平臺。
大多數的近海油和氣生產都是在固定於海底的平臺上進行。這些平臺的關鍵設計約束條件是，平臺對海浪的擾動不能有實質性的動態放大。這種要求通過設計一種平臺，使其自然振動周期不陷入顯著能量的重複海浪那一部分周期範圍內。平臺的振動有好幾種方式，這是一般平臺設計中最為關注的，它們有的是結構圍繞著基底轉動(習慣上叫做「搖擺」)，有的是結構在垂直面內撓曲(彎曲)，還有的是結構圍繞著垂直軸扭轉。在深水應用情況下，例如約大於400米時，常規的剛性結構設計將變得不經濟了。這時就有必要採用那些搖擺周期大於含有大能量的海浪周期範圍的柔性平臺。柔性平臺以其自身的慣性來增大搖擺周期，從而減低平臺對海浪擾動的動態放大，同時還可減少結構所需的鋼材以及因海水深度增加而帶來的較高費用。柔性平臺採用牽索式時，會出現費用高和對平臺近區內的航海及漁業的幹擾等問題。當採用有正浮力的拉力腿平臺時，也會出現結構複雜、體積龐大和建造費用昂貴等問題。
美國NO，4，696，603專利推出一種柔性近海平臺，其中有許多撓曲樁穿過導管被打入立體構架結構的每個角落附近的海底。撓曲樁向上伸到立體構架結構上預選處的撓曲樁連接器上，從而把它們連接到立體構架結構上。撓曲樁的作用在於與平臺搖擺一起共同進行拉伸和壓縮以保持平臺在所要求的周期範圍內搖擺。
這樣的一種柔性平臺在運輸和安裝方面出現了一定的困難和問題。立體構架結構，習慣上稱塔體，一般非常細長，即在其基部相對於其高度來說具有較小的斷面尺寸。因此，在安裝過程中可能因風暴或深水流所產生的力而顛覆。在最低要求所需的樁數未打入和連接到塔體以前，塔體比一般常規固定的平臺具有更大的顛覆危害和損失。因為同樣的原因，水流在撓曲樁未與塔體連接前將易於使塔體傾斜不直。這些在撓曲樁非常的長。安裝的長度，包括透入海底部分在內，在大多數情況下將超過1500英尺。申請者知道，目前單根能搬動的最長樁材其總長已達500餘英尺。這樣，撓曲樁就需要具有專門工藝的近海區來裝配能夠搬動的短樁材。塔體必須在岸上放倒進行建造，然後，滑動到下水駁船上，再拖到工地下水。當塔體的外形足夠窄時，塔的幾條角腿便可放在下水駁船的下水道上。這時，塔體將以其兩根較低的角腿將其邊支承。角腿坐落在叫做下水架的結構板裝置上，該裝置又坐落在下水駁船的下水道上。但是，在每根角腿的周圍沿著腿的不同位置有一組撓曲樁的導管。所以導管組的幾何位置和下水架的深度都必須認真選擇，以便保證塔體上的作業，特別是撓曲樁的導管以及下水架上的作業不能受到幹擾。這個問題導致需要深的下水架，從而出現較大的費用。由於撓曲樁浸泡在泥漿線以上的海水裡，它們必須採用犧牲性的氧化防腐保護。因為表面面積大，氧化需要的費用也是很可觀的。在撓曲樁頂端把撓曲樁材連接到塔體上，以及在不同標高處，沿著樁材把撓曲樁材連接到塔體的框架構件，都需要很多的費用。在泥漿面上水平運輸塔體，因撓曲樁產生剪切力而受阻。為了改進撓曲樁內的剪切力，撓曲樁導管底部的兩個水平面上必須具有一個水平力矩。由於平臺的柔性作用，在撓曲樁相對於其導管軸向移動的同時，水平力矩的力會使撓曲樁的外側壓向撓曲樁導管的內側，這又出現了磨損的問題。磨擦會引起一些磨損，並加快了腐蝕速度，這是因為氧化鐵和碳酸鈣所形成的覆蓋層經常被磨掉，而把新的元素鐵又暴露於腐蝕過程中。這很難通過加厚撓曲樁來加以補償，因為事前不知道撓曲樁實際達到設計透入海底的深度。
Deserts和Gortez的OTC6351論文推出了一種類似上邊的那種柔性塔體，其不同之點是採用了兩個構件來實現撓曲樁材的雙重功能。有一淺基礎墊座置於海底面上。基礎樁材通過基礎墊座內的套筒打入，基礎墊座為水平置板，然後在樁材和套筒間的環形空間灌漿以便永久地把基礎墊座連接到樁材上。每個角腿的對邊上預先安裝兩根撓管，並在塔體底部延伸出一段距離。基礎墊座中的管座接納著撓管的延伸部分。這種設計思想避免出現在近海中裝配和打入長的撓曲樁所帶來的諸多問題。而且，在撓曲樁安裝過程中，細長塔體的底部穩定問題也可通過預安裝基礎墊座而得到解決。基礎墊座找平臺再去灌漿，這就解決了細長塔體測直出現的問題。磨損也會因撓管被預先安裝和不用打入而大為降低，撓管上的磨損面位置是已知的，所以在這些位置上可以根據需要進行壁段加厚和表面硬化等處理。
本發明以一種坦率的態度談出上述的問題。現在要提供的是一種柔性的近海結構件，它由四個在岸上加工的主部件組成，然後被運往近海工地，並以組合的結構形式進行安裝。基礎墊座被放置於海底，並通過打樁進行定位。塔體具有塔腿，塔腿內邊包含有撓管。撓管延伸到塔腿以下，並被位於基礎墊座角處的瓶體上的管座所接納。必要時，塔體延伸段被接納在塔體頂端。臺板，或平臺以正常的方式連接到塔體延伸段的頂端。撓管被管座接納，這樣在管座頂與塔腿底部之間便會有一間隙。該間隙當撓管因平臺搖擺而受壓時，可以防止塔腿承壓在管座上。本發明與已知的技術相比具有下列的優點。暴露到海水的總表面面積有實質性的減少，這將導致犧牲性的氧化裝置的費用有明顯的減少。暴露於海浪和水流所產生的環境力量的投影面積減小，這將減小結構上總的顛覆力矩，從而減少撓管和樁材必須承受的負載。因而會節省撓管和樁材的費用。撓管的導管費用可基本取消。撓管與塔體的軸向連接費用也能大幅度降低。只要塔體的外形相當窄小而能夠使其角腿置於下水駁船的下水道上時，下水架就會取消，這將會節省大量的費用。
本發明提出一種用於碳氫化合物的鑽探和生產作業中的柔性近海結構件，其中包含a、基礎墊座，它具有每端開口的裙樁套筒和多個底部封閉的管座;
b、每個角上有一空心腿的塔體;
c、撓管，它位於上述塔體的每個腿內，以便在上述腿和撓管間限定一環形空間，該撓管被剛性固定於上述腿的上端並延伸到腿的下端以下，該撓管的大小可被接納到上述基礎墊座的管座中;
d、臺板，它適於固定到上述塔體的頂部。
其中，上述塔體上的每個上述撓管和腿都在預選的位置上設有相應的加厚壁段。
所述結構件，還包含有上述塔體和臺板間的塔體延伸段。
其中，在上述撓管頂端以下的預選距離處，有一圓盤被剛性固定在每個撓管的內側，以便把管筒座限定在上述撓管的上端內。
圖1為本發明的示意圖。
圖2為基礎墊座透視圖。
圖3為基礎墊座一個瓶體透視圖。
圖4為塔體透視圖。
圖5為圖4中沿5-5線剖面圖。
圖6為圖5中沿6-6線剖面圖。
圖7為圖5中沿7-7線剖面圖。
圖8為一個在管座中具有撓管的基礎墊座的瓶體縱向剖面圖。
圖9為塔體在下水駁船上，當其角腿太寬而不能放置到駁盤下水道的剖面圖。
從圖紙中可以看到，在圖1中的示意圖中，發明的設備通常以數字10表示。撓管柔性近海結構裝置10通常包含基礎墊座12、塔體14及其必要時的延伸段16和臺板18幾部分。
從圖2中可以看出，基礎墊座12，設計中是要錨固到海底的，並通過接納來自塔體撓管的端頭而支承塔體。框架20裝備有瓶體組22，每個瓶體具有多個的套筒24和一管座26，可從圖3中清楚地看到。在近海工業中，「瓶體」一詞習慣上用以表示一個中央腿，並通過軛板和抗切板把一組打樁套筒固定到中央腿上。每個套筒由兩端開口的圓柱形管件構成，其大小可接納裙樁並使其穿過套筒24而打入海底。套筒24的頂端為向外的錐形，以便易於裙樁的插入。管座26由底部封死的管件構成，其大小用以接納來自塔腿伸出的撓管下端。套筒24和管座26均由軛板28和抗切板30連接為一體而構成一瓶體。
從圖4中能夠看出，塔體14是由框架34把腿保持成一適當的間距而構成。撓管36被圍住在每個腿32內，以便在撓管和腿間限定一環形空間，並從每個腿32的下端延伸出。圖5的縱向剖面圖更好地說明腿32中的撓管36布置情況。每個腿32和撓管36在其上端通過焊接到連接環38上而牢固地連接在一起。圓盤40在撓管36的頂端以下一選擇的距離處焊接到撓管36內，以便在每個腿的上部內構成一管筒座的底。管筒座用以接受塔體延伸段16的下端。當塔體將其側邊坐落在製造場中或下水駁船上時，每個腿32和撓管36都適於負載的安全傳遞。每個腿32在框架34的節點處的內周設有一厚壁段42。這可使節點處的腿32和撓管36間的環形空間足夠小，因而腿32能夠彈性變形而將節點的負載傳遞到撓管36。撓管36在其內周上設有加厚段44以防損壞。如圖6所示，也可在加厚的壁段44處設一加強環形板46，以便把節點負載通過撓管36和腿32以及下水木48轉移到製造場內或下水駁船上的支承面上。近海工地上安裝完以後，塔體14會受環境力是的影響而活動，這樣由於腿32和撓管36間的接觸而可能產生磨損。這可以通過上述的增設加厚段或硬化接觸表面而加以補救。腿32的內周設有加厚段50，撓管36設有加厚壁段52，加強環板54也可安裝在撓管36的內側。圖7表示出腿32和撓管36的這部分剖圖。磨損面可以硬化並或通過加工以獲得光滑的耐磨麵。撓管36下端可以設一向內錐型段56以便形成一刺入形錐體，易於將其插入到管座26內。基板58封住撓管36的底部以防水的進入，並向校平墊片60提供一個附著點。在最後安裝階段，可以向任何撓管36加進一個或更多的校平墊片以幫助校平塔體14。
圖8表明撓管36安裝在管座26內。管座26，腿32和撓管36的尺寸大小要保證當每個撓管36完全插入到管座26後，每個腿32的下端和管座26的上端間有一個間隙G。當結構10搖擺時，這為撓管36的壓縮提供一個必要的空間，以防腿32和管座26間的相互幹所。管座26可為80至90英尺的深度，其間隙G最小值為2至3英尺。
安裝和使用期間，本發明的功能如下。各部件可以正常的漂浮或放在駁船上的方式運往近海工地。萬一塔體的寬度超過下水駁船的下水道最大間距時，可以將支承和下水腿62安裝到結構中去。在工地上，一旦基礎墊座12就位後，基礎墊座12至少要有三個角每個都要打入一個樁。然後基礎墊座通過反抗被打入的裙樁而儘量找平。把其餘的裙樁66打入。把裙樁66在套筒24中灌漿定位以支承基礎墊座和最終結構10。基礎墊座的水平度由直接測量來確定，最後安裝時根據需要在撓管36的底部加添墊片60以獲得水平的塔體和臺板。然後將塔體14從駁船64上下水並將撓管36插入到適當的管座26內以獲得一水平的結構。然後把撓管36澆灌在管座26內。如有需要時，再把塔體延伸段16安裝到塔體14上，而把臺板18安裝到塔體延伸段16上。撓管36至腿32的附著點取決於水的深度。一般的規定是在較深的水域裡附著至約在二分之一的水深處，但在淺水區內附著點將位於較靠近水面的地方，而不是在水深的一半處。舉例來說，當水深度為3000英尺，其附著點約在1500英尺水深處，而當水深為1500英尺，其附著至約在400英尺水深處。打入裙樁時所需的設備通常具有7至9英尺的直徑，能打入海底5至6百英尺深。撓管通常具有約14英尺的直徑，其壁厚為4英寸。撓管的尺寸選擇時要使結構搖擺時所產生的拉力和壓力都處在撓管鋼材的正常彈性範圍以內。
權利要求
1.用於碳氫化合物的鑽探和生產作業中的柔性近海結構件，其中包含a、基礎墊座，它具有每端開口的裙樁套筒和多個底部封閉的管座；b、每個角上有一空心腿的塔體；c、撓管，它位於上述塔體的每個腿內，以便在上述腿和撓管間限定一環形空間，該撓管被剛性固定於上述腿的上端並延伸到腿的下端以下，該撓管的大小可被接納到上述基礎墊座的管座中；d、臺板，它適於固定到上述塔體的頂部。
2.如權利要求1所述結構件，其中，上述塔體上的每個上述撓管和腿都在預選的位置上設有相應的加厚壁段。
3.如權利要求1所述結構件，還包含有上述塔體和臺板間的塔體延伸段。
4.如權利要求1所述結構件，其中，在上述撓管頂端以下的預選距離處，有一圓盤被剛性固定在每個撓管的內側，以便把管筒座限定在上述撓管的上端內。
5.用於碳氫化合物的鑽探和生產作業中的柔性近海結構件，其中包含a;基礎墊座，它具有每端開口的裙樁套筒和多個底部封閉的管座;b;每上角上具有一空心腿的塔體;c、撓管位於上述塔體的每個腿內，以便在上述腿和撓管間限定一環形空間，上述撓管被剛性固定在上述腿的上端並延伸到腿的下端以下，該撓管的大小可被接納到上述基礎墊座的管座中;d、塔體延伸段，被剛性連接到上述塔體上;e、臺板，它適於固定到上述塔體的延伸段的頂上;
6.如權利要求5所述結構件，其中，在上述撓管頂部的下邊一預選距離處，有一圓盤被剛性固定在每個撓管的內側，以便把管筒座限定在上述撓管的上端內。
7.如權利要求5所述結構件，其中，上述塔體上的每個上述撓管和腿都在塔體腿的下端設有相應的加厚壁段。
8.如權利要求5所述結構件，其中，上述塔體上的每個上述撓管和腿都在上述塔體件的節點處設有相應的加厚壁段。
9.用於碳氫化合物的鑽探和生產作業中的柔性近海結構件，其中包括a、基礎墊座，它具有每端開口的裙樁套筒和多個底部封閉的管座;b、每個角上有一空心腿的塔體;c、撓管，其上端被剛性連接到上述塔體的每個腿上，並延伸到塔腿的下端以下，以便接納在上述基礎墊座內的管座中;d、臺板，適於剛性固定在上述塔體的頂端。
10.如權利要求10所述結構件，還包含有上述塔體和上述臺板間的塔體延伸段。
全文摘要
撓管柔性近海結構件，撓管是不打入海底的。基礎墊座具有帶有裙樁套筒和底封閉的管座。塔體和塔體延伸段將臺板支承於水平線之上。撓管位於塔體腿內以使之在腿和撓管之間具有環形空間。撓管延伸於腿之下以便接納到管座中。撓管被灌漿而定位於管座內以使之將塔體與基礎墊座連接。在腿和撓管的相應段處設置加厚壁部分以便提供磨損面。
文檔編號E02B17/00GK1107919SQ9410781
公開日1995年9月6日 申請日期1994年6月27日 優先權日1993年12月28日
發明者詹姆斯·阿倫·黑尼 申請人:麥克德莫特國際公司