技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種自升式鉆井平臺設(shè)計與作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種懸臂梁式自升式鉆井平臺預(yù)壓載方法。

背景技術(shù)：
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自升式鉆井平臺在某井位作業(yè)前，必須進(jìn)行一次預(yù)壓載操作，目的是使樁腿提前達(dá)到未來作業(yè)可能遭遇到的最惡劣環(huán)境條件下的樁腿對地壓力，將海底土層壓實。通常，預(yù)壓載操作都是采用向壓載水艙注水，增加平臺重量從而增大樁腿對地壓力的方法。僅采用壓載水艙進(jìn)行預(yù)壓載作業(yè)一方面對平臺設(shè)計的壓載水艙數(shù)量和總?cè)莘e要求較高，制約著平臺的主要尺度和整體布局，另一方面作業(yè)時間也相對較長。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種懸臂梁式自升式鉆井平臺預(yù)壓載方法，該方法實現(xiàn)了降低設(shè)計階段平臺對預(yù)壓載水艙的需求，使得平臺尺度減小，重量變輕，設(shè)備空間布局變寬敞，在預(yù)壓載實際作業(yè)時，減少壓載水加注和排出的時間，提高作業(yè)效率?？朔爽F(xiàn)有自升式鉆井平臺預(yù)壓載作業(yè)完全依靠壓載水艙注水，對平臺設(shè)計的壓載水艙數(shù)量和總?cè)莘e要求高，制約著平臺的主要尺度和整體布局，預(yù)壓載實際作業(yè)時間長，工作效率低的不足。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種懸臂梁式自升式鉆井平臺預(yù)壓載方法，該方法步驟如下：

一、確定懸臂梁和鉆臺在每個樁腿預(yù)壓載作業(yè)時分別需要移動的距離：計算得到懸臂梁及鉆臺各自的重量和重心位置，計算出采用平臺上的計劃的壓載水艙進(jìn)行預(yù)壓載作業(yè)時各樁腿所能達(dá)到的初始對地壓力，各樁腿的初始對地壓力與各樁腿需要達(dá)到的目標(biāo)預(yù)壓載荷對比，通過對懸臂梁和鉆臺進(jìn)行位置移動實現(xiàn)每個樁腿預(yù)壓載作業(yè)時的實際對地壓力與需要達(dá)到的目標(biāo)預(yù)壓載荷相等，計算出在每個樁腿預(yù)壓載作業(yè)時懸臂梁及鉆臺分別需要移動的距離；

二、采用平臺上的計劃的壓載水艙進(jìn)行預(yù)壓載作業(yè)；

三、根據(jù)步驟一的計算結(jié)果在對每個樁腿預(yù)壓載作業(yè)時分階段、分次序逐步移動懸臂梁和鉆臺至所需達(dá)到位置，每個樁腿預(yù)壓載作業(yè)逐個完成，進(jìn)而實現(xiàn)整個平臺的預(yù)壓載作業(yè)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明實現(xiàn)了降低設(shè)計階段平臺對預(yù)壓載水艙的需求，使得平臺尺度減小，重量變輕，設(shè)備空間布局變寬敞，在預(yù)壓載實際作業(yè)時，減少壓載水加注和排出的時間，提高作業(yè)效率。

附圖說明：

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為三樁腿懸臂梁式自升式鉆井平臺側(cè)視圖。

圖2為三樁腿懸臂梁式自升式鉆井平臺俯視圖。

圖3為尾左樁腿預(yù)壓載作業(yè)時懸臂梁和鉆臺移動的示意圖。

具體實施方式：

如圖1所示，一種懸臂梁式自升式鉆井平臺預(yù)壓載方法，該方法步驟如下：

一、確定懸臂梁2和鉆臺3在每個樁腿預(yù)壓載作業(yè)時分別需要移動的距離：計算得到懸臂梁2及鉆臺3各自的重量和重心位置，計算出采用平臺上的計劃的壓載水艙進(jìn)行預(yù)壓載作業(yè)時各樁腿所能達(dá)到的初始對地壓力，各樁腿的初始對地壓力與各樁腿需要達(dá)到的目標(biāo)預(yù)壓載荷對比，通過對懸臂梁2和鉆臺3進(jìn)行位置移動實現(xiàn)每個樁腿預(yù)壓載作業(yè)時的實際對地壓力與需要達(dá)到的目標(biāo)預(yù)壓載荷相等，計算出在每個樁腿預(yù)壓載作業(yè)時懸臂梁2及鉆臺3分別需要移動的距離；

二、采用平臺上的計劃的壓載水艙進(jìn)行預(yù)壓載作業(yè)；

三、根據(jù)步驟一的計算結(jié)果在對每個樁腿預(yù)壓載作業(yè)時分階段、分次序逐步移動懸臂梁2和鉆臺3至所需達(dá)到位置，每個樁腿預(yù)壓載作業(yè)逐個完成，進(jìn)而實現(xiàn)整個平臺的預(yù)壓載作業(yè)。

如圖1、圖2、圖3所示，以三樁腿懸臂梁式自升式鉆井平臺為例，該鉆井平臺的懸臂梁2僅能縱向移動，鉆臺3僅能橫向移動。整個平臺重量和重心可看作由四部分組成：主船體1(含可變載荷，但不包括懸臂梁2和鉆臺3上的可變載荷及預(yù)壓載水)、懸臂梁2、鉆臺3以及預(yù)壓載水。由公式一可求得平臺整體的重量重心。

式中：w為平臺整體的重量，(xg，yg)為平臺的重心坐標(biāo)；wh為主船體1的重量，(xhg，yhg)為主船體1的重心坐標(biāo)；wc為懸臂梁2的重量，(xcg，ycg)為懸臂梁2的重心坐標(biāo)；wd為鉆臺3的重量，(xdg，ydg)為鉆臺3的重心坐標(biāo)；wb為預(yù)壓載水的重量，(xbg，ybg)為預(yù)壓載水的重心坐標(biāo)。

由力學(xué)平衡原理，可以得到此時各樁腿達(dá)到的對地壓力，如公式二所示。

式中：f1、f2和f3分別代表首樁4、尾左樁5以及尾右樁6的對地壓力，(x1，y1)為首樁4的坐標(biāo)，(x2，y2)為尾左樁5的坐標(biāo)，(x3，y3)為尾右樁6的坐標(biāo)。

首先。預(yù)壓載作業(yè)前，懸臂梁2和鉆臺3通常處于完全收回狀態(tài)，假設(shè)鉆孔中心距平臺尾部距離為d0，如圖2所示。

接著，當(dāng)預(yù)壓載水全部加注后，計算懸臂梁2所需縱向移動距離dl和鉆臺3所需橫向移動距離dt，如圖3所示。以尾左樁5為例，假設(shè)最終階段該樁腿對地壓力目標(biāo)值為o2，懸臂梁2的最大許用外伸(鉆孔中心距平臺尾部距離)為dlmax，鉆臺3最大許用橫移距離為dtmax。若僅通過懸臂梁2外伸即可達(dá)到該目標(biāo)值，則可將外伸后懸臂梁2及鉆臺3坐標(biāo)帶入公式一和公式二，得到聯(lián)立方程組，如公式三所示，求解得到移動距離dl；若懸臂梁2達(dá)到最大許用外伸后仍無法滿足目標(biāo)值要求，則需向左橫移鉆臺3dt，則可將懸臂梁2外伸和鉆臺3橫移后的坐標(biāo)帶入公式一和公式二，得到聯(lián)立方程組，如公式四所示，求解得到移動距離dt；若鉆臺3達(dá)到最大許用橫移距離仍無法滿足要求，則說明平臺設(shè)計的預(yù)壓載水量不足，需重新設(shè)計。尾右樁6預(yù)壓所需距離與尾左樁5類似，由于懸臂梁2和鉆臺3移動僅對尾部樁腿預(yù)壓有幫助，首樁4僅能依靠預(yù)壓載水來滿足預(yù)壓要求，無需移動懸臂梁2及鉆臺3。

公式三懸臂梁2外伸距離計算方程組

公式四鉆臺3橫移距離計算方程組

可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。