CN114620196A - 导管架浮筒装置及带有浮筒装置三腿导管架安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导管架浮筒装置及带有浮筒装置三腿导管架安装方法，包括浮筒、上连接件和下连接件，浮筒内部设有空腔，浮筒的两端设有用于封堵浮筒的浮筒端部封板；上连接件一端设置在浮筒的上部，上连接件的另一端与导管架的导管架腿一端连接；下连接件一端设置在浮筒的下部，下连接件的另一端经插销组件与导管架的导管架腿另一端连接；导管架浮筒装置能有效控制三腿导管架吊装下水后的翻转方向，改善三腿导管架浮态及剩余浮力，避免三腿导管架与浮吊船之间的碰撞风险。

Description

导管架浮筒装置及带有浮筒装置三腿导管架安装方法

技术领域

本发明涉及海洋油气开发设备技术领域，尤其涉及一种适用于海洋边际油气田开发的导管架浮筒装置及带有浮筒装置三腿导管架安装方法。

背景技术

东海海域存在大量边际油气田有待开发，这类边际油气田储量规模小，在开发中通常使用导管架，其中三腿导管架结构简单、成本低，主要应用于浅水海域(水深浅于40m)汽油田开发，在浅水海域三腿导管架均为立式建造、立式吊装下水安装。东海汽油田所处水深范围为80m～110m，目前汽油田开发使用的导管架均为四腿或四腿以上的导管架结构，但四腿或四腿以上的导管架成本较高。

三腿导管架在水深范围为80m～110m应用，可以显著降低工程投资。受导管架整体高度及浮吊吊高限制，导管架只能采用卧式建造、装船及拖航。安装时小型的四腿导管架通常采用四点平吊入水的方式，导管架入水后姿态比较平稳。而三腿导管架平吊入水后将发生翻转，直至某一侧面朝上达到稳态为止。由于翻转方向不确定，一旦导管架向浮吊船方向翻转则存在与浮吊船碰撞的风险，并且不利于扶正锁具及扶正锁具平台的安装。

因此，需要一种装置能够控制三腿导管架在安装时在海上的浮态及其翻转方向，从而使三腿导管架应用于水深范围为80m～110m的边际油气田的开发。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种导管架浮筒装置及带有浮筒装置三腿导管架安装方法，在安装时能够控制三腿导管架在海上的浮态及其翻转方向，降低了水深范围为80m～110m的边际油气田的开发成本。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种导管架浮筒装置，包括：

浮筒，内部设有空腔，所述浮筒的两端设有用于封堵浮筒的浮筒端部封板；

上连接件，一端设置在所述浮筒的上部，所述上连接件的另一端与导管架的导管架腿一端连接；

下连接件，一端设置在所述浮筒的下部，所述下连接件的另一端经插销组件与所述导管架的导管架腿另一端连接。

优选地，所述插销组件包括插销公头和插销母头，所述插销公头与所述下连接件连接，所述插销母头与所述导管架的导管架腿另一端连接。

优选地，所述插销母头通过连接板与所述导管架的导管架腿连接。

优选地，在所述浮筒的两端，对应所述上连接件和所述下连接件处分别设置有浮筒加强环。

优选地，沿所述浮筒长度方向上间隔设置有多个浮筒静水压溃环。

优选地，所述浮筒内部设有用于将内部空腔进行分舱的封舱隔板。

优选地，所述浮筒的下端设置有进水阀门。

一种带有浮筒装置三腿导管架安装方法，基于上述的导管架浮筒装置实现，包括：

将两个浮筒分别安装在三腿导管架的两个导管架腿的竖直段；

通过浮吊将所述三腿导管架自驳船上吊起并下放至海水中，导管架在浮力作用下发生自由态翻转，翻转后安装所述浮筒的两个所述导管架腿之间形成的平面向上；

将扶正锁具及扶正锁具平台设置在所述平面上；

使用浮吊船利用所述扶正锁具将所述导管架的座底扶正后，将两个浮筒分别从两个所述导管架腿上拆除，完成所述三腿导管架的安装。

优选地，所述通过浮吊将所述三腿导管架自驳船上吊起并下放至海水中，包括：将安装所述浮筒的一个所述导管架腿与未安装所述浮筒的导管架腿之间形成的平面先放入海水中。

优选地，所述将两个浮筒分别从两个所述导管架腿上拆除，包括：将连接所述上连接件的导管架腿的部分切除，使所述浮筒上端脱离所述三腿导管架；将插销公头从插销母头中拉出，使所述浮筒下端脱离所述三腿导管架。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1.本发明提供的导管架浮筒装置，提供浮力简单直接，能有效控制三腿导管架吊装下水后的翻转方向，改善三腿导管架浮态及剩余浮力，避免三腿导管架与浮吊船之间的碰撞风险；

2.浮筒装置与导管架腿之间的连接结构形式简单，一端连接形式为焊接，另一端连接形式为插销结构，传力路径明确，连接结构型式简单，可靠性高，建造成本低；

3.导管架就位后浮筒装置易于拆除，避免在位期间浮筒引起的环境荷载增加，拆除时仅需切割水面以上与导管架之间的连接结构，可避免水下切割，大幅降低施工难度及施工成本；

4.浮筒装置设置有分舱结构及充水系统，可在拆除前通过对浮筒底部舱室注水减小其浮力，使浮筒整体自重略超过其浮力，能有效避免连接结构切割后浮筒突然上浮或与导管架发生碰撞的施工风险，同时有利于吊装拆除。

5.拆除后的浮筒可在后续项目中重复利用，多个项目共同分摊费用，进而降低了投资成本。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的导管架浮筒装置与导管架腿连接位置结构示意图；

图2是本发明该实施例浮筒装置及三腿导管架的整体结构示意图；

图3是本发明该实施例三腿导管架安装流程图；

图4是本发明该实施例插销组件连接位置局部结构示意图；

图5是本发明该实施例连接板结构俯视图；

图6是本发明该实施例插销公头和插销母头连接结构剖面图。

附图中标记：

1为浮筒，2为上连接件，3为下连接件，4为浮筒端部封板，5为插销组件，501为插销母头，502为插销公头，503为插销公头环板，6为连接板，7为浮筒加强环，8为浮筒静水压溃环，9为封舱隔板，21为第一导管架腿，22为第二导管架腿，23为第三导管架腿，24为切割段，25为导管架水平层横撑，26为导管架立面斜撑。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供的一种导管架浮筒装置及带有浮筒装置三腿导管架安装方法，通过浮筒安装在三腿导管架上，在安装时能够控制三腿导管架在海上的浮态及其翻转方向，降低了三腿导管架的安装难度，从而降低了水深范围为80m～110m的边际油气田的开发成本。

下面，结合附图对本发明实施例进行详细的说明。

实施例

参照图1所示，本实施例提供的导管架浮筒装置，包括浮筒1、上连接件2和下连接件3；浮筒1可以为圆筒或方桶，材质为不锈钢，其内部设有空腔，浮筒1的两端安装有浮筒端部封板4，用于封堵浮筒1端部避免海水进入，确保浮筒1能够起到提供剩余浮力的作用；上连接件2具体为第一浮筒连接杆，一端焊接在浮筒1的上部，另一端与导管架的导管架腿的一端焊接连接；下连接件3具体为第二浮筒连接杆，一端焊接在浮筒1的下部，下连接件3的另一端经插销组件5与导管架的导管架腿的另一端连接。

本实施中，浮筒1上部通过上连接件2焊接连接到导管架腿顶部切割段24上，浮筒1的下部通过下连接件3与插销组件5连接，插销组件5由插销母头501及插销公头502共同构成，插销母头501通过连接板6与导管架的导管架腿连接，连接板6为轭板，轭板的结构如图5所示，插销公头502通过下连接件3与浮筒1的下部连接。由于导管架水平层横撑25及导管架立面斜撑26与导管架腿连接的节点位置，结构构件数量多、结构型式复杂，因此上连接件2和连接板6与导管架腿连接的位置应避开导管架腿上的节点位置。

本实施中，浮筒1的两端上对应上连接件2和下连接件3处分别设置有浮筒加强环7，保证了浮筒1与上连接件2及下连接件3连接位置的节点强度。

本实施中，为使浮筒1在用钢量相同的情况下提供尽可能多的剩余浮力，浮筒1的筒体壁厚通常较薄，筒体的径厚比较大，导管架吊装下水及扶正过程中，在静水压力作用下筒体可能出现局部屈曲进而导致静水压溃而破坏。沿浮筒1长度方向上间隔设置有多个浮筒静水压溃环8，从而保证了浮筒1的强度。

参照图2所示，本实施例中，导管架浮筒装置安装在三腿导管架上，三腿导管架适用于水深范围为80m～110m的边际油气田的开发，三腿导管架设置有三条导管架腿，分别为第一导管架腿21，第二导管架腿22和第三导管架腿23，三条导管架腿上部采用直腿、下部采用斜腿，减少了波浪主要作用区域内的结构尺寸，进而减少了三腿导管架承受的波浪力。三条导管架的直腿端为顶部，浮筒装置安装在三条导管架的顶部直腿端，浮筒装置分别安装在第一导管架腿21和第二导管架腿22的直腿竖直段，浮筒1与直腿竖直段平行。

参照图3所示，采用本实施例提供的导管架浮筒装置，带有浮筒装置三腿导管架安装方法，可以包括以下步骤：

步骤S1：将两个浮筒1分别安装在三腿导管架的两个导管架腿的竖直段；

步骤S2：通过浮吊将三腿导管架自驳船上吊起并下放至海水中，导管架在浮力作用下发生自由态翻转，翻转后安装浮筒1的两个导管架腿所在的平面向上；

步骤S3：将扶正锁具及扶正锁具平台设置在平面上；

步骤S4：使用浮吊船利用扶正锁具将三腿导管架的底座扶正后，将两个浮筒1分别从两个导管架腿上拆除，完成三腿导管架的安装。

本实施例中，具体地，结合图2，受三腿导管架整体高度及海上浮吊资源吊高能力限制，三腿导管架采用卧式建造，在第一导管架腿21和第三导管架腿22共同构成的平面上设置支撑结构，依托该平面进行三腿导管架的卧式建造、滑移装船及拖航。第一导管架腿21、第二导管架腿22和第三导管架腿23构成三角形框架，第一导管架腿21和第三导管架腿23所在平面与运输驳船甲板面平行，第二导管架腿22位于第一导管架腿21和第三导管架腿23之间中心线的上方即三角形框架的顶部。三腿导管架海上安装时，将两个吊点设置在三角框架顶部的第二导管架腿22上，通过浮吊将导管架自驳船上吊起并下放至海水中，下放过程中第一导管架腿21和第三导管架腿23所在平面先入水。三腿导管架入水后吊装锁具处于松弛状态，三腿导管架在浮力作用下发生自由态翻转，由于第一导管架腿21上设置有浮筒1，其所受浮力大于第三导管架腿23，在浮筒1提供额外浮力的作用下，三腿导管架最终翻转至安装有两个浮筒1所在的平面向上，即第一导管架腿21和第二导管架腿22所在平面向上，具体地，该平面浮于海面之上，将扶正锁具及扶正锁具平台可设置在该平面上。在浮筒1的作用下，三腿导管架下水后的翻转方向受主动控制，可避免三腿导管架向浮吊船方向翻转，从而规避三腿导管架与浮吊船发生碰撞的风险。由于三腿导管架的剩余浮力通常会不满足规范要求，三腿导管架的顶部结构小于底部结构尺寸，顶端能够提供的浮力相对较小，如果不设置浮筒1则下水达到稳态时小头端会沉入到水面以下，其浮态不利于挂扣扶正锁具。通过设置浮筒1，可以使三腿导管架的剩余浮力满足规范要求，在浮筒1浮力作用下三腿导管架顶端会微微翘出水面，有利于扶正锁具挂扣。

本实施例中，浮筒1的几何尺寸较大并位于波浪作用的主要区域，如不对其进行拆除，则会显著增大导管架在位期间所受环境荷载，对导管架强度、桩基承载力造成严重的不利影响。在三腿导管架完成扶正就位后，需要将两个浮筒1分别从两个导管架腿上拆除，结合图1，依据三腿导管架顶部设计标高对导管架腿顶部切割段24进行切割。由于上连接件2与导管架腿顶部切割段24焊接连接，由于导管架腿顶部切割段24本身就需要切割拆除，因此对浮筒5进行拆除时无需对上连接件2进行切割，切割后导管架腿顶部切割段24与浮筒装置整体拆除，可以减少一次切割工期及相关费用。导管架腿顶部切割段24的切割位置位于水面以上，可以采用常规的碳氧火焰切割，浮筒1拆除时切割难度低、速度快、人员及设备费用较低。三腿导管架扶正就位后，浮筒1的下部会浸没在海水中，由于浮筒1的水下段与三腿导管架之间通过插销组件5连接，在完成导管架腿顶部切割段24的切割后，只需利用浮吊对浮筒装置施加向上的吊装力，即可使插销公头502与插销母头501自由分离，插销公头502随同浮筒1整体拆除，无需潜水员进行任何水下切割，降低了浮筒1的拆除难度，降低了人员及设备费用成本。

本实施例中，在三腿导管架扶正就位完成后，由于浮筒1的部分筒体浸没在海水中，浮筒1所受浮力可能超出其自重，切割段24切割完成后，浮筒1在浮力作用下可能突然上浮，浮筒下段连接的插销公头502可能会自动脱离插销母头501，会给切割人员带来安全风险；浮筒1完全脱离与导管架的连接后会不受控制，其姿态难以维持竖直状态，可能会与三腿导管架发生碰撞造成施工风险。为避免浮筒1切割拆除过程中的人员安全风险及施工风险，在浮筒1的内部设置浮筒内部封舱隔板9以对浮筒1内部空间进行分舱，并在浮筒1的下端设置进水阀门，浮筒1筒体上设置充水管线，具体地，可与三腿导管架充水管线共用同一套充水控制系统。在浮筒1进行拆除前，通过充水控制系统打开浮筒1上设置的进水阀门，待浮筒1筒体内充的水略超过筒体自重时停止充水，然后再对切割段24进行切割。切割完成后，由于浮筒1自重仅略超过浮筒1受到的浮力，两者接近平衡状态，此时浮吊仅需提供少量竖向荷载即可使插销公头502脱离插销母头501，进而对浮筒装置进行吊装拆除。拆除后的浮筒装置可以在后续类似三腿导管架上循环使用，实现可重复利用，降低了浮筒装置的单次使用费用。

参照图4所示，本实施例中，插销母头501由一段圆管构成，圆管的上段通过一个连接板6与导管架腿连接，圆管的下段通过另一个连接板6与导管架腿连接。上下两个连接板6、插销母头501之间设置连接筋板，起到加强连接确保连接强度的作用。插销公头501插入到插销结构母头501内部。

本实施例中，第一导管架腿21或第二导管架腿22及插销母头501被连接板6包围，三者连接成一个整体结构。连接板6起到将插销母头501所受荷载传递到导管架腿上。

参照图6所示，本实施例中，插销母头501的圆管内径略大于插销公头502的外径，母头圆管内壁设置有间隙块，可在插销公头502插入后减小环空间隙。插销公头502的下段设置有变径导向，以便引导插销公头502顺利插入到插销母头501内。插销公头501上设置有一块圆环状的插销公头环板503，插销公头环板503与插销公头502的圆管之间设置有分布的筋板。插销公头502在插销母头501内就位完成后，插销公头环板503架在插销母头501的圆管上端，插销公头环板503兼具限制插销公头502在插销母头501内插入深度，并传递插销公头502传递的竖向荷载。

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。

Claims (10)

1.一种导管架浮筒装置，其特征在于，包括：

浮筒，内部设有空腔，所述浮筒的两端设有用于封堵浮筒的浮筒端部封板；

上连接件，一端设置在所述浮筒的上部，所述上连接件的另一端与导管架的导管架腿一端连接；

下连接件，一端设置在所述浮筒的下部，所述下连接件的另一端经插销组件与所述导管架的导管架腿另一端连接。

2.根据权利要求1所述的导管架浮筒装置，其特征在于，所述插销组件包括插销公头和插销母头，所述插销公头与所述下连接件连接，所述插销母头与所述导管架的导管架腿另一端连接。

3.根据权利要求2所述的导管架浮筒装置，其特征在于，所述插销母头通过连接板与所述导管架的导管架腿连接。

4.根据权利要求1所述的导管架浮筒装置，其特征在于，在所述浮筒的两端，对应所述上连接件和所述下连接件处分别设置有浮筒加强环。

5.根据权利要求1所述的导管架浮筒装置，其特征在于，沿所述浮筒长度方向上间隔设置有多个浮筒静水压溃环。

6.根据权利要求1所述的导管架浮筒装置，其特征在于，所述浮筒内部设有用于将内部空腔进行分舱的封舱隔板。

7.根据权利要求1所述的导管架浮筒装置，其特征在于，所述浮筒的下端设置有进水阀门。

8.一种带有浮筒装置三腿导管架安装方法，基于如权利要求1-7中任一项所述的导管架浮筒装置实现，其特征在于，包括：

将两个浮筒分别安装在三腿导管架的两个导管架腿的竖直段；

通过浮吊将所述三腿导管架自驳船上吊起并下放至海水中，导管架在浮力作用下发生自由态翻转，翻转后安装所述浮筒的两个所述导管架腿之间形成的平面向上；

将扶正锁具及扶正锁具平台设置在所述平面上；

使用浮吊船利用所述扶正锁具将所述导管架的座底扶正后，将两个浮筒分别从两个所述导管架腿上拆除，完成所述三腿导管架的安装。

9.根据权利要求8所述的带有浮筒装置三腿导管架安装方法，其特征在于，所述通过浮吊将所述三腿导管架自驳船上吊起并下放至海水中，包括：将安装所述浮筒的一个所述导管架腿与未安装所述浮筒的导管架腿之间形成的平面先放入海水中。

10.根据权利要求8所述的带有浮筒装置三腿导管架安装方法，其特征在于，所述将两个浮筒分别从两个所述导管架腿上拆除，包括：将连接所述上连接件的导管架腿的部分切除，使所述浮筒上端脱离所述三腿导管架；将插销公头从插销母头中拉出，使所述浮筒下端脱离所述三腿导管架。

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