專利名稱:浮力拉索式塔架的制作方法
本發(fā)明涉及在海底鉆井用的深海塔架的改進(jìn)，特別是使塔架更能承受風(fēng)、波浪和海流形成的力。
現(xiàn)今在水深超過1，000英尺的近海中正在安裝若干用來支持鉆井平臺和采油平臺的塔架。如水深超過1，000英尺，這種塔架的制造和安裝費用非常高，有時可達(dá)到3億美元，甚至更高。鑒于費用如此之高，就必然要求安裝在如此深水中的塔架在結(jié)構(gòu)上足夠強固，足能承受住它可能承受的各種力。這些力包括風(fēng)力、波浪力、海流力以及裝在塔架頂部的設(shè)備重量產(chǎn)生的壓縮力。
至今所建造的常規(guī)的座底式平臺能以令人滿意的方式承受住這些力;但在水深超過1，000英尺情況下其造價按水深的指數(shù)關(guān)系增大。因此，有必要改進(jìn)海上塔架，使其能承受住上述各種力，在1，500～2，500英尺深水范圍內(nèi)能連續(xù)地進(jìn)行鉆井和采油作業(yè)。這種塔架的改進(jìn)還為了在不損害平臺安全性和不改變習(xí)用的海上操作方法的前提下降低深水鉆井和采油平臺的造價。本發(fā)明滿足了上述要求。
本發(fā)明有關(guān)深水油氣資源鉆探和開采用海上平臺的塔架的改進(jìn)。塔架由若干根粗大的大體直立的樁腿組成，樁腿中有平臺的樁和油井這些樁由撐柱聯(lián)接在一起，形成一座細(xì)長的空間構(gòu)架，它垂直擱置在海底，從淤泥線向上伸到平均海平面以上的上井口。樁從樁腿的下端伸出，插入海底預(yù)定深度。
平臺的基座是由從樁腿中延伸出的樁組成，在有些情況下還裝有若干聚集在塔架底部的保險樁，以增加塔架底座處的橫向阻力。在樁腿中放樁的結(jié)構(gòu)方式可以減少波浪和海流對井口的作用力，而把這些井口用作主平臺的樁也可以承受一部分作用在塔架上的垂直負(fù)載。
樁腿內(nèi)被分隔為若干空間，各密閉空間可用作為浮力室。這些浮力室可產(chǎn)生巨大浮力，從而可減小底座的負(fù)載，形成一種對平臺重量的反作用力。由于在塔架的每一層框架裝有水密艙壁，再加上在穿過浮力區(qū)的樁腳和井口外裝有連續(xù)套筒，從而提高了防止意外浸水的安全性。
一組牽索在靠近水面處聯(lián)接到塔架上。牽索從塔架向各方位向外和向下伸展，其下端聯(lián)接到設(shè)在海底的錨上。
從而塔架通過以下三部分的作用來承受風(fēng)力、波浪力和海流力底座、浮力室、牽索。由于裝設(shè)在塔架樁腿中的樁能產(chǎn)生軸向力矩，平臺底座就能產(chǎn)生抵消波浪力的恢復(fù)力。浮力室產(chǎn)生一種對平臺重量的不大的反作用力。牽索在水面下聯(lián)接到塔架上，牽索可對在波浪作用下的塔架起穩(wěn)定作用。這三種力構(gòu)成本發(fā)明的平衡系統(tǒng)，使塔架結(jié)構(gòu)的制造成本最低，使用壽命長，而且不損害平臺的安全性，不改變襲用的海上操作方法。
本發(fā)明的首要目的是提出一種支承鉆井和采油平臺的改進(jìn)型海上塔架，這種塔架結(jié)構(gòu)強固，能承受住風(fēng)、波浪和海流造成的作用力，并能大大提高平臺的安全性，允許繼續(xù)使用襲用的海上操作方法。
本發(fā)明的另一個目的是提出一種海上塔架，塔架的圓筒形腿中裝設(shè)有全部或部分從塔頂處甲板延伸到海底的樁和井口;樁腿中還有浮力室;塔架上還裝有向外向下延伸到海底的牽索。從而，作用在塔架上的各種力能由底座、浮力室和牽索承受，使作為平臺支承的塔架的安全性和使用壽命優(yōu)于在1，500～2，500英尺水深范圍內(nèi)使用的其它常規(guī)型塔架。
下面結(jié)合表示本發(fā)明的最佳實施例的附圖對本發(fā)明進(jìn)行介紹，從中可看出本發(fā)明的其它目的。
圖1是本發(fā)明浮力拉索式塔架的透視圖，圖中塔架處于操作位置塔架的頂部支承有平臺;
圖2是圖1所示塔架的側(cè)視圖，圖中表示用來幫助塔架承受波浪力的牽索的聯(lián)接方式;
圖3是圖2中3-3剖面線處塔架上部的水平剖面圖，圖中表示四個樁腿由撐柱支持;
圖4與圖3相似，但這里表示的是塔架下端部附近的結(jié)構(gòu);
圖5是塔架的一根樁腿的局部側(cè)視圖，其中部分已省略掉;
圖6是圖5中6-6剖面線處的橫剖面圖;
圖7是圖5中7-7剖面線處的橫剖面圖;
圖8是圖5中8-8剖面線處的橫剖面圖;
圖9是圖7中9-9剖面線處的放大的剖面圖。
本發(fā)明浮力拉索式塔架在各圖中均用數(shù)字10表示，塔架直立安裝，其下端11插入淤泥線18以下的海底(參見圖2)，其上端露出海面19。平臺或甲板12安裝在露出海面19的塔架上端;平臺或甲板上裝有向海底鉆井的設(shè)備和采油過程中通過井口采收油氣流的設(shè)備。如圖1和圖2所示，許多根牽索14以任意適當(dāng)方式在靠近海面19處聯(lián)接到塔架的上部。牽索從塔架向外和向下延伸，聯(lián)接到設(shè)在海底的錨16上(參見圖2)。牽索14的數(shù)量應(yīng)足夠多，以便在塔架的四周都拉上牽索。安設(shè)牽索的目的是塔架在波浪力作用下較為穩(wěn)定。一根牽索的總長一般可達(dá)4，500英尺。錨16通常在淤泥線18之下50英尺。各牽索與塔架的聯(lián)接點通常在海面之下100英尺。
塔架10適合于安裝在1，500～2，500英尺水深的海中。在下面敘述中假設(shè)塔架安裝在2，000英尺深的海中，所以塔架的總長度(總高度)為2，050英尺。下述的塔架裝有樁腳，這些樁腳一直伸到淤泥線18以下，插進(jìn)淤泥300英尺的上。下述的井口或油井套管套裝在樁內(nèi)。油井可深入淤泥線18下5，000～15，000英尺的土中。
如圖3和圖4所示，塔架10有四根圓筒形樁腿20，分別在塔架的大體成方形的水平橫剖面的四角。在塔架大部分長度范圍內(nèi)，樁腿的外徑是第一外徑;在塔架的底部，樁腿的外徑是第二外徑。舉例來說，適合于2，000英尺水深的塔架，在上方1，900英尺深度范圍內(nèi)各樁腿20的外徑一般為15～18英尺，在其余范圍的樁腿底部，外徑一般為24英尺。圖3和圖4表示了這兩種外徑的差異;圖3是在上方1，900英尺深度范圍內(nèi)塔架的橫剖面圖，圖4是在2，000英尺深度處塔架的橫剖面圖。圖5中表示的是樁腿20的錐體形過渡段20a，這個過渡段把樁腿較細(xì)的塔架部分與樁腿較粗的塔架部分連接起來。
圖3中表示出用于樁腿直徑較小部分的撐柱，有外水平撐柱22、對角介于各樁腿之間的內(nèi)水平撐柱24以及傾斜撐柱25。在圖4所示的塔架底座部分，還裝有附加撐柱，以增加塔架的穩(wěn)性，以承受風(fēng)波浪和海流作用在底座上的橫向負(fù)載。在套筒27中的保險樁可用來增強底座的橫向阻力。
如圖5～8所示，每根樁腿中有一組大體直立的套筒26。套筒26的外徑通常為31英寸。在圖中每根樁腿內(nèi)有12根套筒26。套筒26從接近每根樁腿頂端的部位一直延伸到淤泥線18以下的接近樁腿末端的部位處(參見圖5)。為能裝上樁腿20的過渡段20a，套筒26在向下穿過塔架底部時略帶傾斜，參見圖5。因此在塔架底部，樁腿之間的間距就大于在過渡段20a以上的樁腿之間的間距。
每一根樁腿20中裝有許多塊相隔一定垂直距離的水平無孔板或隔板30，這些水平無孔板或隔板固定到套筒上，并把套筒聯(lián)接到樁腿的內(nèi)表面。這樣每塊板30都是圓盤形的，被焊接到或圍繞并固定到每一根套筒26上，以加固套筒。套筒26由抗剪板34保持相互間的間隔距離(見圖6)，抗剪板34設(shè)置在相鄰的隔板30之間。
水平隔板30把每根樁腿20分隔成許多個封閉的空氣室36，空氣室可為樁腿產(chǎn)生浮力。這些室36中充滿了空氣，而且相互之間一般也不能流通液體;但是可以為各空氣室36接通管路系統(tǒng)(圖中未標(biāo)出)，使空氣室與大氣相通，或向空氣室中灌上海水，減小浮力。管路系統(tǒng)可以從設(shè)在塔架頂部的平臺12上控制。如圖7所示，每一個空氣室36中可裝上兩塊相互垂直的板52和54，作為附加的結(jié)構(gòu)支持。
每一根套筒26有一根管狀的彈性樁38貫穿其中。每根樁通過在39處施焊和灌水泥漿41把其上端固定到各自的套筒上。該樁然后向下穿過各自的套筒，再穿出套筒和各自的樁腿，進(jìn)入在淤泥線18以下的海底中。圖1和圖2中表示出每一樁腿20的樁進(jìn)入海底的情況。
由于樁是由彈性鋼管制造的，所以每根樁38對各自的樁腿20起壓縮彈簧的作用。每根樁的這種壓縮彈簧作用可產(chǎn)生一種能抵消平臺部分重力的向上作用力。四根樁腿20的樁還可以產(chǎn)生壓縮力和拉力，它們形成拉壓力矩，從而可防止塔架在風(fēng)、波浪和海流力作用下相對其底座產(chǎn)生搖動。
每一根樁38可裝設(shè)一根可用來套罩油井60的導(dǎo)管。每一個油井60由平臺12向下延伸，穿過樁，進(jìn)入淤泥，最后進(jìn)入海底，達(dá)到油氣所在的深度。樁38可以有效地保護(hù)油井60，使之免受波浪和海流的損傷。
在使用中，塔架10按圖1和圖2所示方式設(shè)置，樁38向下延伸穿過各自的套筒26，并進(jìn)入海底，插入深度一般在300英尺以上。當(dāng)樁放好后，就可以開始鉆井操作。在鉆井過程中，油井60放入所在位置，以便開采油氣或其它礦物。
塔架靠以下三種力來抗拒風(fēng)力、波浪力和海流力在塔架下部的底座的恢復(fù)力，空氣室36產(chǎn)生的上浮力，牽索產(chǎn)生的模向力;各力成大體相等的比例。由于樁腳設(shè)置在主樁腿中結(jié)構(gòu)的角隅處，并插入海底相當(dāng)大距離，所以底座可產(chǎn)生恢復(fù)力。當(dāng)風(fēng)、波浪和海流作用于塔架上時，這些樁腳就產(chǎn)生拉壓力矩，該力矩能抵消波浪作用力。牽索14可對在波浪作用下的塔架起穩(wěn)定作用。最后，主樁腿20中的浮力室可以對平臺12產(chǎn)生巨大的支承力。
權(quán)利要求
1.一種支承海上鉆井和采油平臺的設(shè)備包括有一座塔架，該塔架大體直立地安裝在海底上，并向上延伸到海平面之上，塔架的上端支承有一個平臺；一組牽索，這些牽索在靠近塔架上端處聯(lián)接到塔架上，然后向各個方位向外和向下延伸，他們的下端固定到海底。上述塔架有若干根樁腿，各樁腿均是圓筒形的；內(nèi)有浮力室，這些浮力室在塔架處于上述操作位置時對塔架產(chǎn)生一種上浮力；每個樁腿內(nèi)都有許多根管形樁，每根樁的上端聯(lián)接到所在樁腿的上端，樁貫穿樁腿，在穿出樁腿末端后插入海底(此時塔架處于上述操作位置)，在平臺安裝在塔架上之后，每根樁中插入一個從平臺延伸下來的油井口，每個油井插入海底，以從海底下開采資源。
2.根據(jù)權(quán)項1要求的設(shè)備，設(shè)備上的每根樁腿里設(shè)有許多個首尾相接的浮力室。
3.根據(jù)權(quán)項1要求的設(shè)備，當(dāng)塔架處于操作位置時，牽索的上端在正常海面下處聯(lián)接到塔架上。
4.根據(jù)權(quán)項1要求的設(shè)備，其中每根樁是鋼制的，并可產(chǎn)生一種拉壓力矩，這種力矩可防止塔架處于上述操作位置時產(chǎn)生搖動。
5.根據(jù)權(quán)項1要求的設(shè)備，其中一根樁腿內(nèi)有一個剛性套筒，該套筒聯(lián)接到上述樁腿的內(nèi)表面上，而前述樁的上端則聯(lián)接到該套筒上。
6.根據(jù)權(quán)項5要求的設(shè)備，其中套筒的長度與上述樁腿的相同。
7.根據(jù)權(quán)項5要求的設(shè)備，其中樁在靠近套筒上端處焊接到所述套筒上，并灌上水泥漿。
8.一種在海平面以上安裝海上鉆井和采油平臺的設(shè)備包括有一座有上端部和下端部的塔架，該塔架由其下端部直立支承在海底上，而其上端部則露出海面;一組牽索，這些牽索在正常水線之下聯(lián)接到塔架上，牽索從塔架向各個方位向外和向下延伸，各牽索的下端固定在海底。若干根設(shè)在塔架內(nèi)的圓筒形樁腿，在塔架處于上述操作位置時樁腿的下端部插入海底第一距離深處;形成在每一根上述樁腿中的許多個浮力室;分別設(shè)在每一根樁腿中的若干根相隔一定距離的剛性套筒，每一根樁腿的各套筒相互之間大體平行)并縱向穿過各自的樁腿，套筒剛性聯(lián)接到各自樁腿的內(nèi)表面;分別設(shè)在每一個套筒內(nèi)的一根管形樁，每根樁的上端聯(lián)接到各自套筒的上端，每根樁穿過各自的套管，并從各自的樁腿的下端外伸一個第二距離，第二距離大于上述第一距離，每根樁套罩一個油井口，該油井在塔架處于上述操作位置時從上述平臺一直插入海底，一直達(dá)到樁下端部之下，如此就能采集到海底下的資源，并把資源通過油井送上平臺。
9.根據(jù)權(quán)項8要求的設(shè)備，其中每根樁都是用彈性材料制成的。
10.根據(jù)權(quán)項9要求的設(shè)備，其中上述材料是鋼材。
11.根據(jù)權(quán)項8要求的設(shè)備，其中樁的上端靠近相應(yīng)的套筒的上端，并用焊接和/或灌水泥漿方法聯(lián)接到相應(yīng)的套筒上。
12.根據(jù)權(quán)項8要求的設(shè)備，其中塔架的長度(高度)足能使其放置到1，200～2500英尺水深的海中。
13.根據(jù)權(quán)項8要求的設(shè)備，其中每根樁腿的浮力室相互毗鄰。
專利摘要
一種直立裝設(shè)在水深范圍為1,200～2,500英尺海中的塔架。塔架上拉有一組牽索，這些牽索從塔架的上端向外和向下延伸，一直到達(dá)設(shè)在海底的錨。塔架有若干間隔一定距離并大體平行的樁腿這些樁腿由撐材固定在一起，各樁腿都是圓筒形的，里面裝設(shè)有若干個套筒和導(dǎo)向件，它們剛性聯(lián)接到樁腿的內(nèi)表面。每個套筒里有一根管形樁，樁向下穿過相應(yīng)的套筒和導(dǎo)向件，最后插入海底，成為塔架的底座。每根樁可產(chǎn)生拉壓力矩，該力矩在塔架上端部相對于下端部搖擺時可抵消橫向力。
文檔編號E02B17/00GK86102605SQ86102605
公開日1987年1月7日 申請日期1986年4月15日
發(fā)明者泰倫斯·L·麥克吉爾夫雷, 索馬斯·B·科爾 申請人:Pmb系統(tǒng)工程公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan