專利名稱：一種海底吸力式基礎沉放方法
技術領域：
本發明涉及一種用于固定海上平臺、FPSO等海洋設施的海底吸力式基礎施工技術，特別涉及一種具有自動糾偏功能的沉放方法，屬于海洋工程技術領域。
背景技術：
隨著地球陸地油氣資源日趨枯竭，當今世界對開發海洋油氣越來越重視。海洋平臺結構作為海洋油氣資源開發的基礎設施，是海上生產作業和生活的基地。桶型基礎(像一只倒扣在土中的桶)，作為一種新型海洋結構形式，在新建海洋平臺建設中倍受青睞。我國首座桶形基礎采油平臺于1999年10月25日在勝利油田埕北CB20B井組成功安裝。在桶型基礎安裝前，先是通過自重貫入到土中一定深度，兼為以后施加負壓創造一個“密閉”條件。當自重貫入停止后，通過安裝在基礎頂部的泵抽出封閉在基礎內部的水，從而在桶內形成一個壓力差。正是這一壓力差將圓筒驅入土中，直至預定深度，所以也稱為“吸力式基礎”。應用此法，一個直徑為9m，高為10m的桶型基礎最快可以在1～3個小時內安裝完成。當平臺需要移動時，可再向桶內施加正壓(注水)把圓筒基礎從土中拔出。這種“負壓貫入、正壓拔起”施工技術使得傳統的固定式海洋平臺變成了移動式平臺，可重復用于多個油田的開發，大大降低了單個油田的開發成本。
對于吸力式基礎，我們總希望能夠做到“下得去、站得穩、拔得起”。其中，“下得去”是指桶型基礎能夠平穩地、保持一定垂直度地貫入到預定深度；“站得穩”即沉下去之后，能夠在工作期間不會因失穩而導致整個平臺傾覆、滑移或拔出等破壞，也不至于產生過大的附加沉降；“拔得起”則是指該基礎在一個地方油井采完后，基礎能夠被拔起來拖到另外的油井處或貫入過程遇到大的礫石無法安裝時，可拔起進行重新貫入。目前，尚存在兩個重要的技術問題急需解決1)初始入泥問題。桶的底端采用薄壁結構可以增加入泥量，以達到可成功施加負壓的“密閉”條件，但由于穩定性的要求，桶底端不可能設計得足夠薄，當遇到海底表層鐵板砂(為結構性砂土)，即使很薄，仍然難以達到初始入泥要求，使得下一步工序中止；2)桶型基礎在初始貫入或負壓沉貫過程中，均可能出現傾斜問題。一旦桶型基礎傾斜，其入泥過程中會由于重心的偏移，而使得傾斜度越來越大，所以，如何在桶型基礎傾斜的初始階段即得到及時糾正，這是桶型基礎成功貫入的關鍵所在。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中存在的不足，提供一種帶有自動糾偏功能的吸力式基礎沉放方法，使其下沉過程中垂直度滿足要求，并依靠高頻微幅振動進行沉放，使其在砂質細顆粒泥沙海床上的沉放功效更高。
本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明在現有的吸力式基礎沉放方法基礎上，根據砂質細顆粒泥沙在高頻振動作用下易產生液化現象的原理，在桶型基礎側壁外側施加多個高頻微幅振動源，其高頻微幅振動使得桶型基礎側壁內外兩側泥沙產生液化、板結泥沙結構被破壞，位于該振動源影響區域的桶型基礎容易下沉貫入泥沙中，通過開動部分振動源即可達到自動糾偏的效果。
所述的現有吸力式基礎沉放方法，即目前所用的“負壓貫入、正壓拔起”方法。
所述的高頻微幅振動源，振動頻率大于75Hz，在桶型基礎側壁外側均勻布置，布置間距為1～3m。
所述的自動糾偏方法，是通過能識別桶型基礎傾斜方向的供電裝置，專門對位置較高一側的高頻振動源供電，加速該側的下沉貫入速度，實現自動調平。
與現有技術相比，本發明的基本原理是利用高頻微幅振動作用破壞板結泥沙結構、迫使泥沙液化，采用部分開啟振動源的辦法實現吸力式基礎沉放中的自動糾偏效果。而且，當吸力式基礎拔起時，開啟所有振動源，使得基礎側壁內外兩側泥沙產生液化，則其上拔將更加容易。本發明的技術實施容易、成本低，且吸力式基礎的沉放和拔起效率高。
圖1本發明實施例結構的立面示意圖。
圖2本發明實施例結構的平面示意圖。
圖中，1.高頻微幅振動源；2.定位板；3.定向供電電源；4.桶型基礎。
具體實施例方式 圖1和圖2示意了本發明的結構布置。桶型基礎4的外側壁設置有多個高頻微幅振動源1，可均勻布置，布置間距1～3m。桶型基礎外側壁豎直方向設有導軌(每個振動源一根導軌)，高頻微幅振動源1沿著導軌可上下移動。在桶型基礎4下沉過程中，位于海床表面的定位板2可以固定高頻微幅振動源1的空間位置，使得高頻微幅振動源一直位于海床表面以上一定高度，高度一般可取20～50cm。定向供電電源3位于桶型基礎4的頂面，可同時向每個高頻微幅振動源供電，而且，當桶型基礎4傾斜時，它也可以根據其傾斜方向，只對位置較高一側的振動源供電，提高桶型基礎該側的貫入速度，實現桶型基礎沉放過程中的自動糾偏。
在桶型基礎4接近海床面時，即可開動電源，讓所有的高頻微幅振動源1都振動起來，使得桶型基礎側壁所接觸到的泥沙結構破壞，并產生液化，這樣可以大大提高桶型基礎的初始入泥深度，從而為成功施加負壓提供了良好的“密閉”條件。在桶型基礎沉放過程中，一旦發生傾斜，定向供電電源3可以有選擇性地對較高一側的高頻微幅振動源供電，一直到傾斜度得到糾正且滿足要求后，方才重新對所有高頻微幅振動源供電。桶型基礎貫入到預定深度后，關閉電源。定向供電電源3，需要另外自行設計，在現有的海洋環境所用電源自動控制裝置上，添加能夠自動感知傾斜方向的裝置，電源自動控制裝置可以根據此傾斜方向進行供電控制。
當桶型基礎使用結束后，可先打開定向供電電源3，向所有高頻微幅振動源1供電，使得桶型基礎側壁附近泥沙液化，以減少其上拔過程中的摩擦阻力，再向桶型基礎內注水產生正壓，將桶型基礎頂出泥面。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對于本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種海底吸力式基礎沉放方法，其特征在于在現有吸力式基礎沉放方法的基礎上，在桶型基礎外壁布置多個高頻微幅振動源，桶壁在高頻微幅振動作用下，使所觸及的泥沙結構被破壞、泥沙產生液化，桶型基礎側壁所受摩擦阻力減小，桶型基礎貫入海床，達到預定深度。
2、如權利要求1所述的海底吸力式基礎沉放方法，其特征在于采用定向供電電源，根據桶型基礎傾斜方向而只對較高側的高頻微幅振動源供電，依靠該側的高頻微幅振動源的振動，減少該側的桶壁入泥摩擦阻力，使該側下沉速率高于另一側，從而實現自動糾偏的效果，確保桶型基礎垂直下沉。
3、如權利要求1所述的海底吸力式基礎沉放方法，其特征在于所述的現有吸力式基礎沉放方法，即目前所用的“負壓貫入、正壓拔起”方法。
4、如權利要求1或2所述的海底吸力式基礎沉放方法，其特征在于所述的高頻微幅振動源，其振動頻率大于75Hz，在桶型基礎外壁均勻布置，布置間距為1～3m；桶型基礎外側壁豎直方向布設導軌，高頻微幅振動源沿著導軌可上下移動；在桶型基礎下沉過程中，高頻微幅振動源空間位置由定位板固定，并一直位于海床表面以上20～50cm。
5、如權利要求2所述的海底吸力式基礎沉放方法，其特征在于所述的定向供電電源可以自動確定桶型基礎的傾斜方向，并根據桶型基礎傾斜方向而只對較高側的高頻微幅振動源供電；當桶型基礎垂直度滿足要求的時候，對所有的高頻微幅振動源供電。
6、如權利要求4所述的海底吸力式基礎沉放方法，其特征在于所述的定位板一直在海床表面，并位于高頻微幅振動源所在導軌的下部，定位板與高頻微幅振動源之間為剛性連接。
7、如權利要求1所述的海底吸力式基礎沉放方法，其特征在于對高頻微幅振動源所使用電源的控制方式包括1)在桶型基礎接近海床面時，即可開動電源，讓所有的高頻微幅振動源都振動起來，使得桶型基礎側壁所接觸到的泥沙結構破壞，并產生液化，提高桶型基礎的初始入泥深度；2)在桶型基礎沉放過程中，一旦發生傾斜，定向供電電源可自動根據傾斜方向只對較高一側的高頻微幅振動源供電，一直到傾斜度得到糾正且滿足要求后，方才重新對所有高頻微幅振動源供電；3)桶型基礎貫入到預定深度后，關閉電源。
8、如權利要求1或2所述的海底吸力式基礎沉放方法，其特征在于當桶型基礎使用結束后，先開啟所有的高頻微幅振動源，使臨近桶壁的泥沙液化后再注水拔起桶型基礎，可明顯提高效率。
全文摘要
一種海底吸力式基礎沉放方法，根據砂質泥沙在高頻振動作用下易產生液化的原理，在桶型基礎外壁均勻布置多個高頻微幅振動源，桶壁在高頻微幅振動作用下，可使所觸及的泥沙結構被破壞、泥沙產生液化，從而使得桶型基礎在沉放過程中，其側壁所受摩擦阻力明顯減小，增加了桶型基礎的初始入泥深度，為成功施加負壓提供了良好的“密閉”條件，提高了桶型基礎的沉放速度和成功率。同時，采用定向供電電源，根據桶型基礎傾斜方向而只對較高側的高頻微幅振動源供電，加速桶型基礎較高側的下沉速度，達到自動糾偏效果，確保桶型基礎垂直下沉。當桶型基礎使用結束，先開啟高頻微幅振動源，使臨近桶壁的泥沙液化后再注水拔起桶型基礎，可明顯提高效率。
文檔編號E02D23/08GK101319504SQ20081004047
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月11日 優先權日2008年7月11日
發明者謝立全 申請人:同濟大學