导管架平台及其使用方法

1.本发明涉及采油设备技术领域，具体是关于一种导管架平台及其使用方法。


背景技术：

2.随着海洋石油开发事业的进展,导管架式平台的需求量将日益增大。我国沿海水深较浅，今后的发展必然以水深小于70米的浅水导管架为主，同时由于石油工业的数字化转型，浅水导管架平台将逐渐走向智能化与小型化，加之海上丰富的绿色能源和当今技术的可行性，迫切的需要可以开发海上新能源的小型化导管架平台。
3.现有的导管架采用斜桩或直桩导，钢桩从水面处打入，穿过导管打入海底，并由若干根导管组合成导管架。顺着导管打桩，桩打一节接一节，在桩与导管之问的环形空隙里灌入水泥浆，使桩与导管连成一体固定于海底；
4.然而，现有的导管架由于多采用直桩或斜桩的形式，这就导致了在水线面附近的导管尺度大，其受到的环境载荷大，不利于平台受力；另外，现有的导管架，桩从水面处的导管打入，距离大，使用的桩更长，增加了海上安装作业时间和成本。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种导管架平台及其使用方法，其兼具有调平功能，使用环形防沉板，改善打桩前的坐底稳性，且使用的钢桩短，降低了成本。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.本发明所述的导管架平台，包括：导管架主体结构，包括立柱、第一水平层、桩腿、第二水平层、第一斜撑、上层甲板以及下层甲板，四个所述立柱分别竖直且互相相对设置；四个所述桩腿亦分别竖直且互相相对设置；所述立柱的底部与所述桩腿的顶部通过所述第一水平层连接，所述桩腿的底部设置有所述第二水平层，所述第一水平层的四周与所述第二水平层的四周分别通过两个交叉设置的第一斜撑连接；所述上层甲板和所述下层甲板依次上下间隔设置在四个所述立柱的顶部；调平机构，可拆卸的套设在所述桩腿上，用于对整个导管架平台进行调平；第一环状防沉板，设置于所述桩腿的底部，用于增强导管架平台的稳定性；其中，所述桩腿为空心套筒结构。
8.所述的导管架平台，优选地，所述第一水平层包括第一矩形框架、第二矩形框架和斜杆，所述第一矩形框架用于将所述立柱的底部连接在一起，所述第二矩形框架用于将所述桩腿的顶部连接在一起，所述第二矩形框架套设在所述第一矩形框架外；所述第一矩形框架的四个边角分别通过斜杆与所述第二矩形框架的四个边角连接。
9.所述的导管架平台，优选地，所述导管架主体结构还包括第三水平层、第四水平层和第二斜撑，所述第三水平层和所述第四水平层上下间隔设置在四个所述立柱的中部，所述第三水平层的四周与所述第四水平层的四周分别通过两个交叉设置的第二斜撑连接。
10.所述的导管架平台，优选地，所述导管架主体结构还包括第三斜撑，所述第三斜撑的第一端与位于第四水平层位置处的所述立柱连接，其第二端与位于第一水平层位置处的
所述桩腿连接。
11.所述的导管架平台，优选地，所述调平机构包括第一连接装置、第一连接杆、液压缸、液压移动杆件和第二环状防沉板；所述第一连接装置为环状结构，其套设在所述桩腿上；所述第一连接装置与所述液压缸通过所述第一连接杆连接；所述液压移动杆件与所述液压缸滑动连接；所述第二环状防沉板设置于所述液压移动杆件的底部。
12.所述的导管架平台，优选地，所述调平机构还包括第二连接装置、第二连接杆和第四斜撑；所述第二连接装置为环状结构，且设置于第一连接装置的下方，其套设在所述桩腿上；所述第二连接装置与所述液压缸通过所述第二连接杆连接；所述第一连接杆和所述第二连接杆通过两个交叉设置的第四斜撑连接。
13.所述的导管架平台，优选地，所述上层甲板上设置有若干个太阳能电池板和若干个风力涡轮机。
14.所述的导管架平台，优选地，还包括若干个振荡浮子式波浪能发电装置，所述振荡浮子式波浪能发电装置包括浮子、滑轮、连接绳以及发电机，所述发电机设置于所述下层甲板的顶部，所述滑轮与所述第三斜撑固定；环形状的所述连接绳的顶部绕过所述发电机的输出轴，其底部绕过所述滑轮；所述浮子吊挂在环形状的所述连接绳的一侧。
15.本发明基于所述的导管架平台的使用方法，包括如下步骤：
16.导管架主体结构被放置于具有一定坡度的海底，通过调平机构对导管架进行调平，调平结束后将调平机构拆除；
17.将钢桩从空心套筒结构的桩腿内插入海底。
18.所述的使用方法，优选地，对导管架进行调平包括如下步骤：
19.调平过程中，高压液压油进入到液压缸中，推动液压移动杆件沿着液压缸向下移动，在确保钢桩打入方向为竖直向下时，在液压油的作用下锁死液压移动杆件。
20.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
21.(1)本发明在保证结构强度和稳定性的前提下，采用上下宽，中间窄的结构布局，减小了水面线附件杆件的尺度，减少了波浪荷载和海流荷载对结构的影响，有效改善了平台的受力情况，同时也减少了钢材的用量，经济性良好；
22.(2)本发明将打桩位置由水上转变为水下，减小钢桩使用量，节约海上施工时间，降低作业成本；
23.(3)本发明在桩腿底部设计环状防沉板，在环板下设置三角筋板，有利于增强结构强度，规避停留在软土层导管架出现“悬浮”的风险，与传统的大面积防沉板相比，在满足稳定性和承载力要求的同时，风险较小，且更经济；
24.(4)本发明在4个桩腿各安装一个可拆卸调平机构，可以根据海床坡度进行调节，提高打桩前的稳定性、安全性；
25.(5)功能上，平台设有风能发电模块、波浪能发电模块、太阳能发电模块，并在甲板和导管架上预留了隔水管安装位置，实现同时开发多种海上能源，通过对平台空间与性能的合理利用，开发海上绿色能源，进一步降低海上平台的作业成本，产生经济效益，同时还可以用于响应国家碳达峰与碳中和工作。
附图说明
26.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
27.图1是本发明所述的导管架平台的整体结构示意图；
28.图2是图1中的导管架主体结构的示意图；
29.图3是图2中的第一水平层的结构示意图；
30.图4是图1中的调平机构的结构示意图；
31.图5是本发明所述的导管架平台的使用状态结构示意图。
32.附图中各标记表示如下：
33.1-导管架主体结构；101-立柱；102-第一水平层；1021-第一矩形框架；1022-第二矩形框架；1023-斜杆；103-桩腿；104-第二水平层；105-第一斜撑；106-上层甲板；107-下层甲板；108-第三水平层；109-第四水平层；110-第二斜撑；111-第三斜撑；2-调平机构；201-第一连接装置；202-第一连接杆；203-液压缸；204-液压移动杆件；205-第二环状防沉板；206-第二连接装置；207-第二连接杆；208-第四斜撑；3-第一环状防沉板；4-太阳能电池板；5-风力涡轮机；6-振荡浮子式波浪能发电装置；601-浮子；602-滑轮；603-连接绳；604-发电机；7-钢桩。
具体实施方式
34.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
35.本发明提供一种导管架平台保证结构强度和稳定性的前提下，采用上下宽，中间窄的结构布局，减小了水面线附件杆件的尺度，减少了波浪荷载和海流荷载对结构的影响，有效改善了平台的受力情况，同时也减少了钢材的用量，经济性良好；另外通过将打桩位置由水上转变为水下，减小钢桩使用量，节约海上施工时间，降低作业成本。
36.如图1和图2所示，本发明提供的导管架平台，包括：导管架主体结构1，包括立柱101、第一水平层102、桩腿103、第二水平层104、第一斜撑105、上层甲板106以及下层甲板107，四个立柱101分别竖直且两两相对设置；四个桩腿103亦分别竖直且两两相对设置；立柱101的底部与桩腿103的顶部通过第一水平层102连接，桩腿103的底部设置有第二水平层104，第一水平层102的四周与第二水平层104的四周分别通过两个交叉设置的第一斜撑105连接；上层甲板106和下层甲板107依次上下间隔设置在四个立柱101的顶部；调平机构2，套设在桩腿103上，用于对整个导管架平台进行调平；第一环状防沉板3，设置于桩腿103的底部，用于增强导管架平台的稳定性；其中，桩腿103为空心套筒结构。
37.在上述实施例中，优选地，如图3所示，第一水平层102包括第一矩形框架1021、第二矩形框架1022和斜杆1023，第一矩形框架1021用于将四个立柱101的底部连接在一起，第二矩形框架1022用于将四个桩腿103的顶部连接在一起，第二矩形框架1022套设在所述第一矩形框架1021外；第一矩形框架1021的四个边角分别通过斜杆1023与第二矩形框架1022
的四个边角连接。由此，可以将上细下粗的结构形式连接在一起。
38.在上述实施例中，优选地，如图2所示，导管架主体结构1还包括第三水平层108、第四水平层109和第二斜撑110，第三水平层108和第四水平层109上下间隔设置在四个立柱101的中部，第三水平层108的四周与第四水平层109的四周分别通过两个交叉设置的第二斜撑110连接。由此，可以在四个立柱101之间起加强作用。
39.在上述实施例中，优选地，导管架主体结构1还包括第三斜撑111，第三斜撑111的第一端与位于第四水平层109位置处的立柱101连接，其第二端与位于第一水平层102位置处的桩腿103连接。由此，可以在立柱101和桩腿103之间起加强作用。
40.在上述实施例中，优选地，如图4所示，调平机构2包括第一连接装置201、第一连接杆202、液压缸203、液压移动杆件204和第二环状防沉板205；第一连接装置201为环状结构，其套设在桩腿103上；第一连接装置201与液压缸203通过第一连接杆202连接；液压移动杆件204与液压缸203滑动连接；第二环状防沉板205设置于液压移动杆件204的底部。
41.需要说明的是，本实施例中的调平机构2为四个，分别套设在四个桩腿103上；当导管架主体结构1放置在具有坡度的海底时，可以分别通过调整调平机构，以使导管架主体结构1保持竖直形态。
42.在上述实施例中，优选地，调平机构2还包括第二连接装置206、第二连接杆207和第四斜撑208；第二连接装置206为环状结构，且设置于第一连接装置201的下方，第二连接装置206套设在桩腿103上；第二连接装置206与液压缸203通过第二连接杆207连接；第一连接杆202和第二连接杆207通过两个交叉设置的第四斜撑208连接。由此，可以使调平机构2更加牢固的与桩腿103紧配合连接。
43.在上述实施例中，优选地，上层甲板106上设置有若干个太阳能电池板4和若干个风力涡轮机5。其中，太阳能电池板4用于将太阳能转化为电能，风力涡轮机5用于将风能转化为电能。
44.在上述实施例中，优选地，如图1所示，本发明还包括若干个振荡浮子式波浪能发电装置6，振荡浮子式波浪能发电装置6包括浮子601、滑轮602、连接绳603以及发电机604，发电机604设置于下层甲板107的顶部，滑轮602与第三斜撑111固定；环形状的连接绳603的顶部绕过发电机604的输出轴，其底部绕过滑轮602；浮子601吊挂在环形状的连接绳603的一侧。
45.振荡浮子式波浪能发电装置6的工作原理为：首先，直接与海水接触的浮子随着波浪做起伏运动，将波浪能转换为浮子所持有的机械能；其次，浮子的运动带动中间的发电机自带的机械传动装置运动，机械传动装置除了起到增速以及传递能量的作用外还有更为重要的一个作用，就是将浮子的往复运动转换为单向的旋转运动；最后，通过发电机将机械传动装置传递过来的机械能转换为电能。
46.如图5所示，本发明还提供一种导管架平台的使用方法，包括如下步骤：
47.(1)导管架主体结构1被放置于具有一定坡度的海底，通过调平机构2对导管架进行调平，调平结束后将调平机构2拆除；
48.(2)将钢桩7从空心套筒结构的桩腿103内插入海底。
49.在上述实施例中，优选地，对导管架进行调平包括如下步骤：
50.调平过程中，高压液压油进入到液压缸203中，推动液压移动杆件204沿着液压缸
203向下移动，在确保钢桩7打入方向为竖直向下时，在液压油的作用下锁死液压移动杆件204。
51.另外，需要说明的是，在桩腿103上部设有喇叭口，便于打桩过程中的导向；
52.在第一环状防沉板3和第二环状防沉板205下分别设置三角筋板，有利于增强结构强度，规避停留在软层导管架出现“悬浮”的风险。
53.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种导管架平台，其特征在于，包括：导管架主体结构，包括立柱、第一水平层、桩腿、第二水平层、第一斜撑、上层甲板以及下层甲板，四个所述立柱分别竖直且互相相对设置；四个所述桩腿亦分别竖直且互相相对设置；所述立柱的底部与所述桩腿的顶部通过所述第一水平层连接，所述桩腿的底部设置有所述第二水平层，所述第一水平层的四周与所述第二水平层的四周分别通过两个交叉设置的第一斜撑连接；所述上层甲板和所述下层甲板依次上下间隔设置在四个所述立柱的顶部；调平机构，可拆卸的套设在所述桩腿上，用于对整个导管架平台进行调平；第一环状防沉板，设置于所述桩腿的底部，用于增强导管架平台的稳定性；其中，所述桩腿为空心套筒结构。2.根据权利要求1所述的导管架平台，其特征在于，所述第一水平层包括第一矩形框架、第二矩形框架和斜杆，所述第一矩形框架用于将所述立柱的底部连接在一起，所述第二矩形框架用于将所述桩腿的顶部连接在一起，所述第二矩形框架套设在所述第一矩形框架外；所述第一矩形框架的四个边角分别通过斜杆与所述第二矩形框架的四个边角连接。3.根据权利要求1所述的导管架平台，其特征在于，所述导管架主体结构还包括第三水平层、第四水平层和第二斜撑，所述第三水平层和所述第四水平层上下间隔设置在四个所述立柱的中部，所述第三水平层的四周与所述第四水平层的四周分别通过两个交叉设置的第二斜撑连接。4.根据权利要求3所述的导管架平台，其特征在于，所述导管架主体结构还包括第三斜撑，所述第三斜撑的第一端与位于第四水平层位置处的所述立柱连接，其第二端与位于第一水平层位置处的所述桩腿连接。5.根据权利要求1所述的导管架平台，其特征在于，所述调平机构包括第一连接装置、第一连接杆、液压缸、液压移动杆件和第二环状防沉板；所述第一连接装置为环状结构，其套设在所述桩腿上；所述第一连接装置与所述液压缸通过所述第一连接杆连接；所述液压移动杆件与所述液压缸滑动连接；所述第二环状防沉板设置于所述液压移动杆件的底部。6.根据权利要求5所述的导管架平台，其特征在于，所述调平机构还包括第二连接装置、第二连接杆和第四斜撑；所述第二连接装置为环状结构，且设置于第一连接装置的下方，其套设在所述桩腿上；所述第二连接装置与所述液压缸通过所述第二连接杆连接；所述第一连接杆和所述第二连接杆通过两个交叉设置的第四斜撑连接。7.根据权利要求1所述的导管架平台，其特征在于，所述上层甲板上设置有若干个太阳能电池板和若干个风力涡轮机。8.根据权利要求4所述的导管架平台，其特征在于，还包括若干个振荡浮子式波浪能发电装置，所述振荡浮子式波浪能发电装置包括浮子、滑轮、连接绳以及发电机，所述发电机设置于所述下层甲板的顶部，所述滑轮与所述第三斜撑固定；环形状的所述连接绳的顶部绕过所述发电机的输出轴，其底部绕过所述滑轮；
所述浮子吊挂在环形状的所述连接绳的一侧。9.一种基于权利要求1至8任一项所述的导管架平台的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：导管架主体结构被放置于具有一定坡度的海底，通过调平机构对导管架进行调平，调平结束后将调平机构拆除；将钢桩从空心套筒结构的桩腿内插入海底。10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，对导管架进行调平包括如下步骤：调平过程中，高压液压油进入到液压缸中，推动液压移动杆件沿着液压缸向下移动，在确保钢桩打入方向为竖直向下时，在液压油的作用下锁死液压移动杆件。

技术总结
本发明涉及一种导管架平台，包括：导管架主体结构，包括立柱、第一水平层、桩腿、第二水平层、第一斜撑、上层甲板以及下层甲板，四个所述立柱分别竖直且互相相对设置；四个所述桩腿亦分别竖直且互相相对设置；所述立柱的底部与所述桩腿的顶部通过所述第一水平层连接，所述桩腿的底部设置有所述第二水平层，所述第一水平层的四周与所述第二水平层的四周分别通过两个交叉设置的第一斜撑连接；所述上层甲板和所述下层甲板依次上下间隔设置在四个所述立柱的顶部；调平机构，可拆卸的套设在所述桩腿上，用于对整个导管架平台进行调平；第一环状防沉板，设置于所述桩腿的底部，用于增强导管架平台的稳定性；其中，所述桩腿为空心套筒结构。构。构。


技术研发人员：王丰岳 朱慧 刘旭丰 赖钟恒 段梦兰
受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/1/6