專利名稱：：張力腿平臺整體式負(fù)壓式基礎(chǔ)及其沉貫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于海洋工程領(lǐng)域海洋工程結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)，涉及一種張力腿平臺基礎(chǔ)。
背景技術(shù)：
：桶形基礎(chǔ)作為一門技術(shù)來研究始于20世紀(jì)50年代，最初應(yīng)用于系泊的吸力錨樁，在很多錨泊系統(tǒng)中得到成功的運用。在20世紀(jì)90年代開始把它運用到平臺基礎(chǔ)上，起初用作張力腿平臺的錨固，接著又用作導(dǎo)管架平臺的基礎(chǔ)。桶形基礎(chǔ)平臺作為一種目前世界上最新型移動式采油設(shè)施，適用的土質(zhì)范圍、水深范圍及環(huán)境荷載均相當(dāng)寬廣，可以滿足開發(fā)我國深海邊際油田的要求，采用新型桶形基礎(chǔ)平臺對這些邊際油田進(jìn)行開發(fā)，具有重大的社會和經(jīng)濟效益。桶形基礎(chǔ)工作機理可追溯到1958年，Mackereth在英國的一個湖底軟泥床上取樣作業(yè)時首次使用負(fù)壓桶，上下拉動活塞式土樣取芯器。此后，人們對負(fù)壓吸力樁、吸力錨以及桶形基礎(chǔ)的研究和應(yīng)用一直沒有中斷。1980年SBM公司設(shè)計的兩套鏈?zhǔn)藉^腿系泊裝置(CALM)的12個吸力錨埋置錨樁接于海底；1994年7月挪威國家石油公司在水深70米的北海安裝了Europipe16/11-E大型吸力式基礎(chǔ)導(dǎo)管架平臺。在1996年建成了SleipnerVest平臺，由于基礎(chǔ)外形類似倒扣的桶，因此稱之為桶形基礎(chǔ)。從而宣告桶形基礎(chǔ)平臺正式進(jìn)入使用階段。我國海洋工程界對桶形基礎(chǔ)也十分重視，1994年在渤海CFD—6—1油田首次成功安裝了吸力錨作為延長試驗油輪系泊的兩點系泊基礎(chǔ)；1995年在JZ20—2油田成功安裝了系泊一個吸力錨和"自強號"沉墊自升式平臺的四根吸力式防滑樁；1996年在南海陸豐22/1油田安裝了用于STP單點系泊的6.個吸力錨;1997年勝利油田的桶形基礎(chǔ)平臺研制，列入中國石油天然氣總公司重大裝備計劃，1998年通過由"海洋探査和資源開發(fā)技術(shù)(820)"主題辦公室組織的可行性論證，正式納入國家"863"計劃。在經(jīng)過大量試驗和研究的基礎(chǔ)上，于1999年10月成功在勝利埕北海區(qū)CB20B井位，將國內(nèi)第一座桶形基礎(chǔ)生產(chǎn)平臺安裝就位，這標(biāo)志著我國的桶形基礎(chǔ)平臺進(jìn)入使用階段。目前，國內(nèi)外桶形基礎(chǔ)絕大部分只應(yīng)用于淺海，尚未應(yīng)用于上千米水深，究其原因第一，由于水深原因海底壓力很大，桶內(nèi)水很難由泵排出，內(nèi)部無法產(chǎn)生負(fù)壓環(huán)境，導(dǎo)致桶基不能沉貫到海底。第二，由于水深原因，單桶沉貫很難保證沉貫位置的準(zhǔn)確性，沉貫后桶基之間相對位置不能確定，從而不能保證錨索平行；并且桶基到海底時的狀態(tài)難于控制，可能需要很長的海上施工時間。由于上述原因，至今世界上僅有一例張力腿平臺海底基礎(chǔ)使用桶形基礎(chǔ)。此平臺為挪威Saga公司在1992年設(shè)計的SnorreTLP，其工作水深為335m。實際測驗表明，SnorreTLP的桶形基礎(chǔ)是一種新型經(jīng)濟的海洋浮體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式，比較適合軟黏土海底地基，并一起經(jīng)濟性和安全性在軟土地基中取代了裝基礎(chǔ)。它的成功使海洋工程界看到了未來海上基礎(chǔ)的雛形，可其海上施工的困難性也使得它成為世界上唯一成功的范例。如今，張力腿平臺的海底基礎(chǔ)絕大部分采用樁基礎(chǔ)，如Shell公司在墨西哥灣建造的MarsTLP、PowellTLP以及Brutus.TLP平臺均采用12根100多米的樁基礎(chǔ)系固。每根樁基礎(chǔ)打入海底大約需要2周時間，所有樁基礎(chǔ)打入海底需要很長的海上施工時間。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種適用于張力腿平臺的海底基礎(chǔ)，本發(fā)明的桶形基礎(chǔ)可以在24小時內(nèi)沉貫入海底，大大縮短了海上施工時間，并且易于控制。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種張力腿平臺整體式負(fù)壓式基礎(chǔ)，包括四個大小、形狀、材質(zhì)相同的桶基，四個桶基成正方形布置，每個桶基的主體為柱狀，桶基之間通過排布在所述正方形邊長上的四根儲水管相連通，每根儲水管與桶基頂端的連接處設(shè)置有能夠利用無線通信方式控制其打開與閉合的電子閥門，以所述的四根儲水管的中點為頂點，內(nèi)接有同樣成正方形排布的四根斜向儲水管，各根儲水管以及斜向儲水管之間相互連通。作為優(yōu)選實施方式，各根儲水管由T型鋼制成，其內(nèi)具有環(huán)向筋和縱向筋；儲水管的外管直徑3m，壁厚0.1m，環(huán)向筋間距為2m，桶基之間的儲水管長為80m;桶基內(nèi)總排水容量為4286m3，儲水安全系數(shù)為1.601。本發(fā)明同時提供一種上述負(fù)壓式基礎(chǔ)采用的沉貫方法，包括下列步驟.-第一步在確保四個桶基的相對位置固定、確保其與張力腿上部平臺連接的四根纜索保持平行的情況下，使四個桶基同時垂直沉貫；第二步儲水管內(nèi)部以常壓沉入海底，桶基依靠自身重力，沉入海底泥土造成桶內(nèi)密封環(huán)境后，由四個桶基一起向儲水管內(nèi)排水，通過對電子閥門對排水狀態(tài)進(jìn)行控制，完成沉貫。本發(fā)明提出的整體式負(fù)壓式基礎(chǔ)，.具有整體沉貫法、儲水管排水法兩大創(chuàng)新點，將桶形基礎(chǔ)應(yīng)用于更深的海況，解決了工程實際中張力腿平臺的技術(shù)難題，克服了深海沉貫問題，有利于深海油氣的勘探開發(fā)。本發(fā)明提出的整體式桶形基礎(chǔ)可以同時沉貫，時間縮小為原來的一半，大大降低了海上施工成本。圖l整體式負(fù)壓式基礎(chǔ)俯視示意圖；圖2整體式負(fù)壓式基礎(chǔ)側(cè)視示意圖3(a)儲水管儲水管截面布置情況，(b)儲水管所采用的T型鋼;圖4儲水管縱向筋和環(huán)向筋布置情況立體圖；圖5(a)和(b)分別為桶基主視圖和主剖視圖，圖中標(biāo)注有尺寸；圖5(c)(d)(e)分別為A-A，B-B，C-C剖面圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。本發(fā)明設(shè)計的整體式負(fù)壓式基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。四個桶基1通過儲水管2連成一個整體。儲水管2與桶基1連接部位采用焊接聯(lián)接工藝，保證焊接處水密無損傷且無熱應(yīng)力。桶基1頂端和儲水管2連接處用電子閥門3聯(lián)通，可用藍(lán)牙系統(tǒng)控制其打開與閉合。桶基與儲水管基本尺寸設(shè)計如下1.桶基尺寸設(shè)計表1單個桶形基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>2.儲水管尺寸設(shè)計四個桶基1成正方形布置，邊長為80m。桶基1之間的儲水管2長為80m，外管直徑為3m，壁厚為0.lm。.儲水管的結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示，儲水管2內(nèi)部布置縱向筋和環(huán)向筋，采用相同尺寸T型鋼(截面尺寸見圖4)，環(huán)向筋間距為2m，斜向儲水管采用相同的截面形式。儲水管總儲水容量為6864m3。桶基結(jié)構(gòu)尺寸如圖5各圖所示。桶基內(nèi)總排水容量為4286nf，儲水安全系數(shù)為1.601。本發(fā)明具有兩大創(chuàng)新點第一、整體沉貫法四個桶基通過儲水管連成一個整體，當(dāng)落到海底時，第一保證四個桶基的相對位置，第二保證桶基垂直海底表面。使得桶基能夠垂直沉貫到海底，并且沉貫相對位置固定，確保與張力腿上部平臺連接的四根纜索保持平行。同時，四個桶基同時沉貫，將沉貫時間縮短為單獨沉貫總時間的30—50%。第二、儲水管排水法在整體結(jié)構(gòu)中預(yù)留儲水管，儲水管內(nèi)部以常壓沉入海底。四個桶基一起向儲水管內(nèi)排水，由船上人員運用藍(lán)牙技術(shù)，通過桶上的電子閥門對排水狀態(tài)進(jìn)行控制，最終完成沉貫。桶形基礎(chǔ)依靠自身重力，其施工時，先靠其自身以及所負(fù)的上部結(jié)構(gòu)的重量插入水下泥土中一定的深度，形成封閉空間，造成桶內(nèi)密封環(huán)境后，四個桶基一起向儲水管內(nèi)排水，由船上人員運用藍(lán)牙技術(shù)，通過桶上的電子閥門對排水狀態(tài)進(jìn)行控制，最終依靠桶體內(nèi)與外界環(huán)境的壓力差將桶體壓入.泥中直到預(yù)定的深度，最終完成沉貫。權(quán)利要求1.一種張力腿平臺整體式負(fù)壓式基礎(chǔ)，包括四個大小、形狀、材質(zhì)相同的桶基，四個桶基成正方形布置，每個桶基的主體為柱狀，桶基之間通過排布在所述正方形邊長上的四根儲水管相連通，每根儲水管與桶基頂端的連接處設(shè)置有能夠利用無線通信方式控制其打開與閉合的電子閥門，以所述的四根儲水管的中點為頂點，內(nèi)接有同樣成正方形排布的四根斜向儲水管，各根儲水管以及斜向儲水管之間相互連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的張力腿平臺整體式負(fù)壓式基礎(chǔ)，其特征在于，所述的各根儲水管由T型鋼制成，其內(nèi)具有環(huán)向筋和縱向筋。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的張力腿平臺整體式負(fù)壓式基礎(chǔ)，其特征在于，所述的儲水管，外管直徑3m，壁厚O.lm，環(huán)向筋間距為2m，桶基之間的儲水管長為80m。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的張力腿平臺整體式負(fù)壓式基礎(chǔ)，其特征在于，桶基內(nèi)總排水容量為4286m3，儲水安全系數(shù)為1.601。5.—種權(quán)利要求1所述的負(fù)壓式基礎(chǔ)的沉貫方法，包括下列步驟第一步在確保四個桶基的相對位置固定、確保其與張力腿上部平臺連接的四根纜索保持平行的情況下，使四個桶基同時垂直沉貫；第二步儲水管內(nèi)部以常壓沉入海底，桶基依靠自身重力，沉入海底泥土造成桶內(nèi)密封環(huán)境后，由四個桶基一起向儲水管內(nèi)排水，通過對電子閥門對排水狀態(tài)進(jìn)行控制，完成沉貫。全文摘要本發(fā)明屬于海洋工程領(lǐng)域海洋工程結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)，涉及一種張力腿平臺整體式負(fù)壓式基礎(chǔ)，包括四個大小、形狀、材質(zhì)相同的桶基，四個桶基成正方形布置，每個桶基的主體為柱狀，桶基之間通過排布在所述正方形邊長上的四根儲水管相連通，每根儲水管與桶基頂端的連接處設(shè)置有能夠利用無線通信方式控制其打開與閉合的電子閥門，以所述的四根儲水管的中點為頂點，內(nèi)接有同樣成正方形排布的四根斜向儲水管，各根儲水管以及斜向儲水管之間相互連通。本發(fā)明同時提供一種上述負(fù)壓式基礎(chǔ)采用的沉貫方法。本發(fā)明的桶形基礎(chǔ)可以在24小時內(nèi)沉貫入海底，大大縮短了海上施工時間，并且易于控制。文檔編號E02D23/00GK101538864SQ20091006839公開日2009年9月23日申請日期2009年4月7日優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日發(fā)明者余建星,晉文超,源楊申請人:天津大學(xué)