專利名稱:順應(yīng)式井架的制作方法
本發(fā)明涉及到海洋開采中用于從海床至海平面支承操作等設(shè)備的井架。本發(fā)明所涉及到的這種井架是用于深水情形的，此時(shí)可以遇到例如800米的深度。
具有上述性質(zhì)的井架在一定程度上能適應(yīng)作用在其上的各種環(huán)境力，其中最重要的是波浪力。近來，井架已構(gòu)制得很精細(xì)，具有很高的順應(yīng)性或靈活性，一類方法是采用機(jī)械式的萬能接頭將井架固定在海床上;另一類方法則致力于通過延伸固定井架至海床上的柱樁，使之高達(dá)接近海平面處，而在該處使這些柱樁剛性地固定于此井架上，借此使井架具有順應(yīng)性。
雖則上述的后一種結(jié)構(gòu)方式有優(yōu)越之處，但隨之也就帶來了相當(dāng)大的困難。主要是存在這樣的問題，即需要制造出很長的柱樁，在其打入過程中，通常采取補(bǔ)充焊接“添加段”的方法。這才能用常規(guī)的吊錘把這些柱樁從海面上打入，但此時(shí)只有當(dāng)所用柱樁很粗因而其強(qiáng)度足以適應(yīng)進(jìn)行這樣的沖擊才行。
就這樣一些使其柱樁延伸至接近井架頂?shù)闹鶚断到y(tǒng)而論，它們具有兩種有代表性的結(jié)構(gòu)形式;一種是將一些直徑較小的柱樁組合到井架角處的支柱內(nèi);另一種是將許多直徑較大的柱樁組合到井架的中心區(qū)。
本發(fā)明中則采取了與以上完全不同的方法，后面將可看到，此種方法不僅避免了前述“長柱樁”系統(tǒng)的制造問題，而且還克服了另一些迄今尚未敘及的難題。
本發(fā)明的順應(yīng)式井架至少有一個(gè)長的柱樁，其長度超過了井架的主要部分長度，此一長柱樁的下部用來打入水下地殼，有較厚的壁部，而此柱樁在其絕大部分長度上的壁部則是較薄的。此種柱樁剛性地接附到該井架上至基本上高達(dá)井架的高度，相當(dāng)?shù)亟咏Ｆ矫嫣?，但在此剛性固定段以下，則可以沿軸向上離開井架。
本發(fā)明之井架的一種形式是，在上述的兩種壁部間會合處或與此會合處相鄰的地方有一內(nèi)突部。此內(nèi)突部受到一稱之為筆型錘的那種水下錘的作用，在該錘中，由一內(nèi)設(shè)有供電裝置和控制電纜的操縱索，吊掛著一振動卡箍用的帶液壓裝置的部件。這樣一種擊錘是懸吊于上述長柱樁的薄壁部分內(nèi)。此擊錘的箍作用在該內(nèi)突部上，并受驅(qū)將那個(gè)柱樁之厚壁部的很大一部分在柱樁剛性地連接到井架之前打入海床內(nèi)。
在另一種形式中，柱樁的厚壁部裝配到薄壁部分內(nèi)，除非已然用懸吊在薄壁部分內(nèi)且作用在厚壁部分上端的水下?lián)翦N(如上所示)打動此厚壁部分，不然這兩部分是不會固定在一起的。此厚壁部分最初可相對于薄壁部分沿軸向滑動，而此薄壁部分在驅(qū)動前則剛性地接附于井架上;當(dāng)著此薄壁部分被驅(qū)動，該厚壁部分就向下滑出固定的薄壁部分。此時(shí)，這兩部分固定在一起，例如它們之間有一搭連部分，使厚壁部分的上端部分地余留在薄壁部分的下端。然后，可用水泥漿或類似材料充填這兩部分在搭連處的空隙，或者使此(在內(nèi)部的)厚壁部分向外強(qiáng)制膨脹，以接觸并壓向此搭連處另一部分的內(nèi)部，而使之?dāng)D壓于一起。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供了將一種海洋井架固定于海床的方法，其中涉及到在井架上至少安裝一根長的柱樁，后者的長度大體上與井架的高度相等并且有兩個(gè)部分，其中鄰近井架底的部分之壁部厚于其余部分，使井架相對于海床定位，并由此柱樁內(nèi)的水下?lián)翦N將每個(gè)柱樁的厚壁部分驅(qū)打，同時(shí)將每個(gè)柱樁的頂部固定到井架。
在上述方法的一種形式中，每個(gè)柱樁的厚壁與薄壁部分剛性地連在一起而定位于井架上，隨接在井架定位后，用作用在柱樁上的水下?lián)翦N使之驅(qū)動至此厚壁與薄壁部間過渡段相鄰的位置處，之后，此柱樁的頂部即剛性地接附到井架上，而使此柱樁在該接附位置之下的一大部分樁柱能基本上沿軸向離開此井架。
這種形式的方法之一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，此類柱樁可以完全在陸地上制造。
在上述方法的另一種形式中，最初僅僅是將每一柱樁的頂部剛性地連接到井架上。此柱樁的厚壁部可在薄壁部內(nèi)沿軸向滑動，而在井架定位后由一作用在其上端的水下?lián)翦N驅(qū)打。此厚壁部與薄壁部然后剛性地固定在一起，例如使搭接于薄壁部內(nèi)的那部分厚壁強(qiáng)制外脹而發(fā)生擠壓，或?qū)⑺酀{注入搭接部分的空隙，或者采用其它的適當(dāng)方法。
這種形式的方法之優(yōu)點(diǎn)是，擊錘所驅(qū)打的物體僅僅是厚壁部分而不是整個(gè)的柱樁，因而特別有效，它也避免了因驅(qū)打而在厚壁與薄壁部分間的過渡段引起的應(yīng)變問題，這是由于這兩部分在驅(qū)打之前并不連在一起。
這樣，此種柱樁可以用漂浮方式送至使用現(xiàn)場，預(yù)先裝設(shè)在井架結(jié)構(gòu)上;此外，在將井架結(jié)構(gòu)輸送就位時(shí)，按這種方法裝配的柱樁可以用作此井架結(jié)構(gòu)附加的浮室。此井架本身當(dāng)其固定并豎立時(shí)也可使用一浮箱，而這種浮箱的頭端是用來接附這些柱樁頂端的特別合適的部位。
此類柱樁可以經(jīng)任何位置同井架結(jié)構(gòu)關(guān)連，但特別理想的情況是，它們應(yīng)該毗連并較為接近井架結(jié)構(gòu)框架在角部的支柱，例如相鄰每一個(gè)這樣的支柱可以配置一對前述的柱樁，并使它們設(shè)置在一條與此井架側(cè)面成45°角的延伸線上，而此對與一條支柱毗連的樁柱中的每一根是同此支柱等距并直接地通過此支柱相對峙。在井架的角部位置，從抵抗加到井架上的側(cè)向(橫向)負(fù)荷和扭轉(zhuǎn)(彎曲)負(fù)荷的觀點(diǎn)考慮，則還具有相對于上述框架中心的最大轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn)。除此，由于這些樁柱是在支柱之外，則可使其直經(jīng)與件數(shù)幾乎與支柱的尺寸無關(guān)。
本發(fā)明適用于牽索式和非牽索式的井架。至少就北海油田情況而論，用戶或設(shè)計(jì)人員等已限于使用牽索來約束井架，而由于牽索的屈服性質(zhì)，使井架能適應(yīng)常常發(fā)生的環(huán)境力。但是本發(fā)明由于它所提供的結(jié)構(gòu)具有一定的靈活性(顯然，同樣長度下薄壁的柱樁要比厚壁的柱樁有大得多的靈活性)，故至少在適當(dāng)環(huán)境下也可用于非牽索式結(jié)構(gòu)。此外，由于所用的柱樁在其絕大部分長度上屬薄壁結(jié)構(gòu)，就能減少柱樁本身的負(fù)荷，提高框架結(jié)構(gòu)承受這種負(fù)荷的本領(lǐng)。
下面對照附圖來描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，其中圖1是實(shí)施本發(fā)明的一種牽索式井架之側(cè)視圖;
圖2是通過一柱樁下端部分的徑向剖面圖;
圖3是在圖1的Ⅲ-Ⅲ平面上的剖面圖;
圖4表明將柱樁頂部接附至一支桿上的詳圖;
圖5是柱樁的支承與導(dǎo)向系統(tǒng)的側(cè)視圖;
圖6是用來闡述本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的通過一柱樁下端部分的徑向剖面圖。
圖1表明在深水中從海床2延伸至海平面3之上的井架1。海水的深度為任意的，可高達(dá)甚至超過800米。但所述的這一實(shí)施例對于水深小于300米的情形，從經(jīng)濟(jì)上看來可能是不合算的。此井架支承著示明于海平面上方4處的生產(chǎn)設(shè)備，而本身則由伸至海床的牽索5支持。作用在井架上的風(fēng)力6和/或波浪與水流力7，將促使井架的中心線朝側(cè)向位移，如圖中以點(diǎn)線1a非常近似地表明的，而這種情形是可以通過繃緊上游的牽索和放松下游的牽索予以調(diào)節(jié)的。當(dāng)井架的長度為例如500米長時(shí)，它頂端以任何一種方向位移的距離可大到15米。
在井架上還存在著垂向負(fù)荷，此種負(fù)荷可以通過浮箱8抵銷，后者裝配在井架5比較靠近海面但低到足以避免受波浪力損壞的地方。
為使井架能作橫向搖擺，就應(yīng)使其制成為順應(yīng)式的，而本發(fā)明即是針對使這一目的實(shí)現(xiàn)的裝置與方法。此種井架一般是由在9處所示具常規(guī)管狀的拉緊結(jié)構(gòu)組成，此種拉緊件在每一畸角處有一支柱10。還設(shè)有通常的內(nèi)拉緊件11(圖3)以及用于導(dǎo)索12的導(dǎo)向裝置。圖3的剖面圖中還示明了圍繞著每一支柱10的浮箱8。這個(gè)圖還表明了長柱樁13的上端部，每一對這樣的長柱樁與每一條支柱10相毗連。
這些柱樁就其可以與井架同時(shí)在陸地上制造成的意義而言，可說是預(yù)制構(gòu)件。它們有兩個(gè)主要部分。如圖2十分清楚表明的，每根柱樁13的下端部是一種厚壁部的結(jié)構(gòu)14，沿此柱樁長向上占去了它大部分長度的其余部分15則是壁部較薄的一種結(jié)構(gòu)。在這一實(shí)施例中，于上述兩種壁部間的過渡段中插入有一抗剪環(huán)16，而在柱樁的內(nèi)部上提供了一個(gè)面朝上的凸出部17。在所示的實(shí)施例中，此凸出部為環(huán)形的。
厚壁與薄壁部的厚度比例如可以在3∶2至4∶1的范圍，最好約為2∶1。
僅僅作為例子來說，柱樁13可以有近似2米的直徑，厚部14的壁厚為75毫米，薄部15的壁厚約為38毫米，即薄壁部的厚度可以近似于較厚壁部之壁厚的一半。此厚壁部14將打入海床，最好達(dá)到有部分厚壁部繼續(xù)凸到海床之上，使之起到作為井架基的一種特強(qiáng)銷釘或固定器的作用，以抵抗作用于井架基的扭曲力。
在每一段支柱10的下一個(gè)間隔中，例如在每一個(gè)框架或每一個(gè)相間的框架上設(shè)置有一對套筒形式的柱樁導(dǎo)向件18，由抗剪板19接附到支柱上，上端則有導(dǎo)向斗20用來在組裝時(shí)便于插入柱樁。井架是在陸地上制成，且使長柱樁13就位于上述導(dǎo)向件中，同時(shí)還引導(dǎo)至后面將詳述的浮箱上的套筒中。這些個(gè)長柱樁或其中的某些在運(yùn)輸過程中可予密封，在運(yùn)送期間可用作為附加的浮箱。
然后將井架安裝到其最終的豎立位置，并使這些柱樁按下述方式相繼打下，即依次地用圖2中所示那種稱之為筆式錘21的取水下?lián)翦N形式的打樁器使之降下。如該圖所示，此類擊錘有一錘體部和一與外凸部17對合的頭部或卡箍22。錘體21中有一液壓部件用來驅(qū)動此擊錘，此擊錘通過駁船或其它運(yùn)輸舟上的操縱纜加以控制，由此來進(jìn)行井架的豎立作用。應(yīng)用這種擊錘使下部14打入海床中至適當(dāng)?shù)拈L度，在此階段中，長柱樁13的頂端應(yīng)近似地平齊并稍稍高過浮箱結(jié)構(gòu)8的頂部。這在圖4中能夠很清楚地看到;浮箱結(jié)構(gòu)的上端有一對套筒23，套筒的整個(gè)部分通過焊接的抗剪板24而接附于支柱10之上，并在套筒的上端設(shè)有導(dǎo)向斗20。這些個(gè)樁柱即通過此類套筒23。
當(dāng)柱樁已被打入，即用常規(guī)的灌水泥之類的已知方法使之牢靠地接附于套筒23，從而如圖1中以方框結(jié)構(gòu)25所示意的，在較接近于海平面的位置例如15至20米的長度上，剛性地和整體地接附于支柱10之上，但在任何其它地方則不是沿軸向上接附的。
在這里所示的結(jié)構(gòu)是一種較好的結(jié)構(gòu)，其中，柱樁13是鄰接著框架角部支柱10中的每一個(gè)成對配置，并處在一條同框架側(cè)面成45°角的直線上。這樣的一種使柱樁在支柱之外的結(jié)構(gòu)能使柱樁的尺寸幾乎與支柱的尺寸無關(guān)，并可以在合理范圍內(nèi)組配任意個(gè)數(shù)的柱樁，從而能使井架對橫向力與扭曲力具有最大的穩(wěn)定性。
圖6說明了本發(fā)明的一個(gè)從優(yōu)選定的實(shí)施例，示明了通過長柱樁30在其頂端和接近海床2的一部分之徑向剖面。有關(guān)柱樁30各部件的各種厚度與長度，柱樁的功能，位置及最終接附于井架的個(gè)數(shù)，都在前面相對于第一個(gè)實(shí)施例13作過描述;差別只在于柱樁30本身的結(jié)構(gòu)及其安裝方式。
如圖6中所示，此柱樁30有一個(gè)在下部的厚壁部31，它的外徑略小于在上部的薄壁部32的內(nèi)徑，使此下部31在未與上部32固定在一起時(shí)能滑入上部之內(nèi)。這一厚壁部31是要打入海床2之內(nèi)的。
井架是在陸地上制成的。每一柱樁30的薄壁部32然后再定位于該井架上，并在井架已就位時(shí)將此薄壁部接附于該井架上比較接近海平面的一個(gè)部分，例如25處;在此位置之下，此薄壁部分32則不是沿軸向固定到此井架之上，上述作業(yè)是在陸地上完成的，這同第一個(gè)實(shí)施例相反。在此階段，厚壁部分31不固定到柱樁30的其余部分上。
隨即將此井架漂浮送出并豎立就位;整個(gè)的厚壁部分31以“疊套方式”滑配入它相應(yīng)的薄壁部分32中。此時(shí)將一水下?lián)翦N21(如以前所描述的)下降入每一柱樁內(nèi)，而將此擊錘的卡箍22作用在厚壁部31的頂端，驅(qū)使其向下，通過該柱樁上部32的開口式下端而打入海床。由于僅僅是驅(qū)動厚壁部分31而不是整個(gè)柱樁，就能特別有效地完成這種驅(qū)打作用。在驅(qū)打厚壁部分31而不是整個(gè)柱樁時(shí)，是能夠特別有效地進(jìn)行這種驅(qū)打工作的。當(dāng)厚壁部31已打下足夠的深度，而其頂端一部分33例如10至20米的長度仍留在上方薄壁部32中時(shí)，即停止這一驅(qū)打工作，而讓這兩部分31與32剛性地固定在一起。在圖6中，是用水泥漿34填充厚壁部31之上部33與薄壁部32之內(nèi)部間的圓筒形間隙來達(dá)到上述固定作用的。也可以通過將一可膨脹的芯軸下置于厚壁部31的開孔頂部33內(nèi)，然后使此頂部33膨脹而與薄壁部32的內(nèi)表面接觸并接合，而使這兩種壁部擠壓于一起，這樣的處置將起到局部增強(qiáng)的作用。
從這種固定井架的方法上看，本發(fā)明具有如下的明顯效果，即可使預(yù)制的柱樁作為整個(gè)組件的一部分而漂浮運(yùn)輸，且由于使此柱樁的下端具有足以供驅(qū)打用的厚度但在其絕大部分長度上又很薄，因而又能減輕重量并節(jié)約材料(作為厚壁部與薄壁部在軸向長度上之比的例子是在1∶3的范圍內(nèi)，而最好是從1∶5至1∶10，不過此種精確的比值應(yīng)取決于具體使用現(xiàn)場的水深及土質(zhì)條件)。
在不同的井架實(shí)施例中，對每一支柱自然可有不同的柱樁個(gè)數(shù)，而這些柱樁相對于此支柱也自然可有不同的配置方式。在特殊情況下，這些柱樁并不一定要同井架的軸線平行。
權(quán)利要求
1.一種海洋用的順應(yīng)式井架，包括一臺通常從海床垂直地延伸至海平面上的井架結(jié)構(gòu)；一些空心式的長柱樁，包括占其整個(gè)長度一小部分的下部和占其整個(gè)長度一大部分的上部，下部的壁厚大于上部的壁厚，下部嵌入于海床內(nèi)，而上部的上端則沿軸向牢牢地安裝于所述井架結(jié)構(gòu)中。
2.按照權(quán)利要求
1的一種井架，其中所說的全長上之大部分和小部分之比是在3∶1至10∶1的范圍。
3.按照權(quán)利要求
2的一種井架，其中所說的小部分的壁厚約為所說的大部分的壁厚之兩倍。
4.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求
的一種井架，其中所說的大部分與小部分之間插入有一抗剪環(huán)，為上述的柱樁內(nèi)提供了一外凸部。
5.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求
的一種井架，其中所述的井架結(jié)構(gòu)在橫剖面上呈矩形，并有四個(gè)角部支柱，有一對上述的柱樁同每一個(gè)這樣的支柱鄰接，且配置在與該矩形件相鄰側(cè)約成45°的平面中。
6.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求
的用于水深在300米與800米間的一種井架。
7.按照權(quán)利要求
6的一種井架，其中所述的大部分與小部分之長度比在3∶1至10∶1之間，而此小部分的壁厚與大部分的壁厚之比約為2∶1。
8.將一種海洋井架牢靠地固定到海床上的方法，包括以下步驟提供從海床延伸至鄰接的海平面的空心長柱樁，這些柱樁具有就其全長而言的一個(gè)大部分和就其全長而言的一個(gè)小部分，此小部分的壁厚大于此大部分的壁厚，采用基本上是僅僅作用于此小部分上的力將此小部分至少部分地打入海床內(nèi)，然后將此井架相對于上述經(jīng)驅(qū)動打下的小部分沿軸向固定，在這里，此井架僅僅是在所說大部分的上端部處沿軸向固定到前述的柱樁上。
9.按照權(quán)利要求
8的一種方法，包括在該大部分內(nèi)采用一擊錘，對該小部分的上端施加驅(qū)動力。
10.按照權(quán)利要求
9的一種方法，包括在上述驅(qū)打過程中使該小部分相對于此大部分進(jìn)行軸向運(yùn)動，而前述的固定步驟包括將所述的小部分與大部分固定在一起而不得有相對軸向運(yùn)動。
11.按照權(quán)利要求
10的一種方法，其中述及的大部分是在進(jìn)行驅(qū)動步驟之前將其上端固定于該井架之上。
12.按照權(quán)利要求
9的一種方法，其中述及的全部柱樁在前述組裝階段都可相對于該井架作軸向運(yùn)動，而在前述的固定階段，這些柱樁則固定于述及的那個(gè)大部分上的頂部。
13.依據(jù)權(quán)利要求
6至12中任何一項(xiàng)的一種方法，包括將這些長柱樁與此井架組裝在一起，使得至少是上述的小部分可相對于井架沿軸向運(yùn)動;使井架連同柱樁浮送至井架應(yīng)在的位置;使井架垂直地定位然后進(jìn)行驅(qū)動與固定步驟。
14.按照權(quán)利要求
13的一種方法，包括在前述的漂浮運(yùn)送過程，采用至少一個(gè)述及的柱樁來作為浮箱。
專利摘要
一種由直達(dá)海平面附近的管狀長柱樁固定的海 洋作業(yè)用順應(yīng)式井架，長柱樁僅在其上部固定到井 架上。柱樁上的大部分為薄壁狀的，而打入海床內(nèi)的 小部分為厚壁式的。由在薄壁部內(nèi)工作的擊錘在厚 壁部之上端驅(qū)打柱樁。柱樁預(yù)組配好，作為井架的一 部分浮運(yùn)至現(xiàn)場。在一實(shí)施例中，整個(gè)柱樁預(yù)先組合 并整體打下，故在打下后沿軸向固定于井架；在另一 實(shí)施例中，薄壁部預(yù)固定于井架，故僅將厚壁部驅(qū)打 下，然后固定到薄壁部上。
文檔編號E02BGK86104802SQ86104802
公開日1987年1月14日 申請日期1986年7月14日
發(fā)明者德里克·索馬斯·弗恩 申請人:Pmb系統(tǒng)工程有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan