本發(fā)明屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種深水張力腿平臺裝置及其立管實時監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

海洋平臺為在海上進行鉆井、采油、集運、觀測、導(dǎo)航、施工等活動提供生產(chǎn)和生活設(shè)施的構(gòu)筑物。按照平臺的結(jié)構(gòu)類型主要分為導(dǎo)管架平臺、重力式平臺和順應(yīng)式平臺。經(jīng)長期的工程經(jīng)驗表明，傳統(tǒng)式海洋平臺已不能適應(yīng)深水的惡劣環(huán)境，新型順應(yīng)式平臺登上了歷史舞臺，張力腿平臺即屬此類。

如專利公開號CN205188923U公開了一種海洋平臺組塊提升系統(tǒng)，它包括多個頂升液壓缸，在所述的多個頂升液壓缸的缸筒的相同位置均裝有激光測距儀，在所述的多個頂升液壓缸的推桿上固定有海洋平臺上部組塊頂升平臺,在所述的海洋平臺上部組塊頂升平臺上固定有海洋平臺上部組塊。該專利的有益效果：由于海洋平臺上部組件的提升位移往往能達到幾十米,因此使用拉線式位移測距方式難以實現(xiàn)穩(wěn)定的測量,受環(huán)境因素影響大,而使用激光測距可以實現(xiàn)非接觸式測量，同時還能保證較高的測量精度(可以達到1mm左右)。因此更加適用于大位移提升部件的位移測量。

又如專利公開號CN105421323A公開了一種海洋平臺升降系統(tǒng)及海洋平臺，屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域。所述海洋平臺包括海洋平臺本體、樁腿、以及升降系統(tǒng)，所述升降系統(tǒng)包括沿所述樁腿的軸線設(shè)置在所述樁腿上的齒條、以及設(shè)置在所述海洋平臺本體上的多個爬升小齒輪，所述多個爬升小齒輪分別與所述齒條嚙合，各個時刻所述多個爬升小齒輪的相位角各不相同。該專利通過將各個時刻多個爬升小齒輪的相位角設(shè)置為各不相同，使得各個爬升小齒輪和齒條的瞬時重合度各不相同，不會存在各個爬升小齒輪同一時刻的相位角相同的情況，提升了升降系統(tǒng)的承載能力。

隨著深水油氣的開發(fā)，在深水或超深水作業(yè)中現(xiàn)有的張力腿平臺面臨著巨大的挑戰(zhàn)。一是隨著工作水深的增加，張緊器不能提供足夠的拉力滿足頂張式立管的頂端張力的需求；二是在深水中頂張式立管會呈現(xiàn)出柔性狀態(tài)，受到內(nèi)外載荷因素的影響會產(chǎn)生不同的運動形態(tài)從而導(dǎo)致立管間發(fā)生碰撞，立管表面產(chǎn)生凹陷變形甚至破裂。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種深水張力腿平臺裝置，本深水張力腿平臺裝置要解決的技術(shù)問題是：如何給頂張式立管提供額外張緊力，減小環(huán)境載荷對頂張式立管的影響，防止頂張式立管之間發(fā)生碰撞并且提高整個深水張力腿平臺裝置的穩(wěn)定性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種深水張力腿平臺裝置，包括工作平臺和浮體，其特征在于，還包括若干根張力腿和若干根頂張式立管，所述工作平臺的下側(cè)面上固連有六根立柱，六根所述立柱在同一水平面內(nèi)的橫截面中心的連線呈正六邊形，六根立柱的下端均固連在浮體的上側(cè)面，浮體的中部具有貫穿浮體上側(cè)面和下側(cè)面的工作孔，所述浮體的側(cè)壁上均勻設(shè)置有若干個浮箱，所述張力腿豎直設(shè)置并且和浮箱一一對應(yīng)，所述張力腿的上端連接在浮箱上并且下端固定在海床中，所述頂張式立管豎直設(shè)置，所述頂張式立管的上端通過張緊器和工作平臺的下側(cè)面連接并且下端固定在海床中，所述頂張式立管的外壁上沿著軸向設(shè)置有若干個環(huán)形氣囊，每個所述環(huán)形氣囊均通過氣管和氣泵連通，所述氣泵設(shè)置在工作平臺中。

將傳統(tǒng)的具有四個立柱的深水張力腿平臺裝置改為了具有六個立柱且立柱之間的間距是相等的深水張力腿平臺裝置，可以使得整個平臺裝置結(jié)構(gòu)更加、可靠；另外，浮箱是均勻設(shè)置在浮體的側(cè)壁上，所以浮箱不僅可以增大浮體的排水體積，增加浮力，還可以減弱結(jié)構(gòu)之間的水動力影響，另一方面也增大了張力腿平臺橫縱搖剛度。

氣泵和環(huán)形氣囊配合可以給頂張式立管提供額外的張緊力并且可以防止頂張式立管之間發(fā)生碰撞或者剛性接觸并且提高整個深水張力腿平臺裝置的穩(wěn)定性。

上述的一種深水張力腿平臺裝置中，所述浮體和工作孔的形狀均呈正六邊形，六根所述立柱的下端分別固連在浮體的六個角落處，所述浮體的每條邊沿上均水平設(shè)置有若干個通孔，所述通孔貫穿浮體的外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁。

浮體的每條邊沿上均水平設(shè)置有若干個通孔，所述通孔可以使得洋流和海浪通過，從而大大減小洋流和海浪對浮體的所產(chǎn)生的沖擊力，進而減小本深水張力腿平臺裝置的晃動或者振動，使得整個深水張力腿平臺裝置的保持相對平穩(wěn)，減小因為洋流和海浪對浮體的沖擊力導(dǎo)致頂張式立管發(fā)生變形，減小環(huán)境載荷對頂張式立管的影響。

上述的一種深水張力腿平臺裝置中，所述環(huán)形氣囊具有連接孔，所述頂張式立管的外壁上沿著軸向設(shè)置有若干對呈環(huán)形的限位檔沿，所述頂張式立管穿設(shè)在連接孔中，所述環(huán)形氣囊位于兩限位檔沿之間，所述限位檔沿的尺寸大于連接孔的尺寸。

環(huán)形氣囊被定為在兩個限位檔沿之間，可以避免環(huán)形氣囊沿著頂張式立管的軸向移動，環(huán)形氣囊產(chǎn)生的浮力通過限位檔沿傳遞給頂張式立管，使得頂張式立管承受額外張緊力的受力點相對固定，便于控制和調(diào)節(jié)。

上述的一種深水張力腿平臺裝置中，所述環(huán)形氣囊的外壁上鉸接有若干擺動片。

洋流或者海浪的作用到環(huán)形氣囊上時，可以帶動擺動片發(fā)生擺動，從而把洋流或者海浪的動能轉(zhuǎn)化為擺動片的動能，消弱洋流或者海浪對頂張式立管的沖擊力，從而可以減小頂張式立管的變形量。

另外環(huán)形氣囊還可以起到緩沖的作用，也可以減小洋流或者海浪對頂張式立管的沖擊力，減小頂張式立管的變形量。

上述的一種深水張力腿平臺裝置中，所述工作平臺中具有工作艙，所述氣泵設(shè)置在工作艙中。氣泵設(shè)置在工作艙中可以起到保護氣泵的作用，改善氣泵的工作環(huán)境，提高氣泵的使用壽命。

上述的一種深水張力腿平臺裝置中，所述工作艙中還設(shè)置有信號接收器、信號處理器、報警器和計算機，每根所述頂張式立管上位于兩個環(huán)形氣囊之間均設(shè)置有應(yīng)變片，所述應(yīng)變片通過導(dǎo)線依次和信號接收器、信號處理器和計算機電連接，所述報警器和氣泵分別通過控制電路和計算機電連接。

頂張式立管的變形會導(dǎo)致應(yīng)變片的變形，應(yīng)變片把變形量通過導(dǎo)線傳輸給信號接收器，然后信號接收器把接收到的信號傳遞給信號處理器，信號處理器把信號處理以后傳遞給計算機，最終計算機把信號處理器的輸出信號轉(zhuǎn)換為頂張式立管的張緊力并且生成頂張式立管所受張緊力的實時變化曲線，供工作人員參考，本發(fā)明中應(yīng)變片應(yīng)用與位于海水中的頂張式立管上，工作環(huán)境惡劣，人員不易到達，通過上述設(shè)備的組合，可以自動地監(jiān)測頂張式立管的變形狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡單、效果好、不需要人工進行監(jiān)測，監(jiān)測的成本低。

和應(yīng)變片相配套的信號接收器和信號處理器是現(xiàn)有設(shè)備，在此不再贅述，通過應(yīng)變片測量物體的變形量也是現(xiàn)有技術(shù)，再次也不再贅述。

上述的一種深水張力腿平臺裝置中，所述環(huán)形氣囊由橡膠材料制成。橡膠材料具有彈性，緩沖效果好并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，當(dāng)兩根相鄰的頂張式立管相互靠近時，首先是位于兩根頂張式立管上的環(huán)形氣囊發(fā)生接觸，兩個環(huán)形氣囊接觸時可以起到緩沖作用，化解洋流和波浪的沖擊力，避免兩根相鄰的頂張式立管發(fā)生碰撞或者剛性接觸。

一種深水張力腿平臺裝置的立管實時監(jiān)測方法，其特征在于包括以下步驟：

1)、在頂張式立管的外壁上沿著軸向設(shè)置若干個環(huán)形氣囊，在工作平臺上安裝氣泵，用氣管連接環(huán)形氣囊和氣泵。

2)、在每根頂張式立管的外壁上位于兩個環(huán)形氣囊之間安裝應(yīng)變片，在工作平臺上安裝信號接收器、信號處理器、報警器和計算機，并且把應(yīng)變片和信號接收器、信號處理器、計算機通過導(dǎo)線串聯(lián)成為一個監(jiān)測系統(tǒng)，所述報警器和氣泵分別通過控制電路和計算機電連接。

3)、在計算機中設(shè)置頂張式立管的最小張緊力。

4)、開始監(jiān)測：頂張式立管的變形會導(dǎo)致應(yīng)變片的變形，應(yīng)變片把變形量通過導(dǎo)線傳輸給信號接收器，然后信號接收器把接收到的信號傳遞給信號處理器，信號處理器把信號處理以后傳遞給計算機，最終計算機把信號處理器的輸出信號轉(zhuǎn)換為頂張式立管的張緊力并且生成頂張式立管的張緊力的實時變化曲線，供工作人員參考。

5)、基于步驟4)，計算機會把得到的實時的頂張式立管的張緊力的數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)在計算機中的最小張緊力進行比較，當(dāng)實時的頂張式立管的張緊力小于預(yù)設(shè)在計算機中的最小張緊力時，計算機控制報警器報警并且控制氣泵往環(huán)形氣囊中打氣，使得環(huán)形氣囊的浮力增加，從而給頂張式立管提供額外的浮力支撐，使得頂張式立管的張緊力回到正常范圍內(nèi)，然后計算機控制報警器停止報警并且控制控制氣泵停止往環(huán)形氣囊中打氣，然后繼續(xù)進行監(jiān)測。

深水張力腿平臺裝置的立管實時監(jiān)測方法可以對頂張式立管進行實時監(jiān)測，并且通過計算機生成頂張式立管所受張緊力的實時變化曲線，供工作人員參考，非常直觀，并且當(dāng)頂張式立管的張緊力過小時，可以發(fā)出報警并且通過氣泵給環(huán)形氣囊充氣，進而給頂張式立管提供額外的張緊力，保證頂張式立管始終處于正常的的支撐力作用下。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、將傳統(tǒng)的具有四個立柱的深水張力腿平臺裝置改為了具有六個立柱且立柱之間的間距是相等的深水張力腿平臺裝置，可以使得整個平臺裝置結(jié)構(gòu)更加、可靠；因為浮箱是均勻設(shè)置在浮體的側(cè)壁上，所以浮箱不僅可以增大浮體的排水體積，增加浮力，還可以減弱結(jié)構(gòu)之間的水動力影響，另一方面也增大了張力腿平臺橫縱搖剛度。

2、浮體的每條邊沿上均水平設(shè)置有若干個通孔，所述通孔可以使得洋流和海浪通過，從而大大減小洋流和海浪對浮體的所產(chǎn)生的沖擊力，進而減小本深水張力腿平臺裝置的晃動或者振動，使得整個深水張力腿平臺裝置的保持相對平穩(wěn)，減小因為洋流和海浪對浮體的沖擊力導(dǎo)致頂張式立管發(fā)生變形，減小環(huán)境載荷對頂張式立管的影響。

3、氣泵和環(huán)形氣囊配合可以給頂張式立管提供額外的張緊力并且可以防止頂張式立管之間發(fā)生碰撞或者剛性接觸并且提高整個深水張力腿平臺裝置的穩(wěn)定性。

4、深水張力腿平臺裝置的立管實時監(jiān)測方法可以對頂張式立管進行實時監(jiān)測，并且通過計算機生成頂張式立管的張緊力的實時變化曲線，供工作人員參考，非常直觀，并且當(dāng)頂張式立管的張緊力過小時，可以發(fā)出報警，提醒工作人員注意并且通過氣泵給環(huán)形氣囊充氣，進而給頂張式立管提供額外的張緊力，保證頂張式立管始終處于正常的的支撐力作用下。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中A-A處的剖視圖。

圖3是環(huán)形氣囊的結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖4是本發(fā)明中對頂張式立管實時監(jiān)測的原理圖。

圖中：1、工作平臺；1a、工作艙；2、立柱；3、浮體；3a、工作孔；3b、外側(cè)壁；3c、內(nèi)側(cè)壁；4、浮箱；5、張力腿；6、頂張式立管；6a、限位檔沿；7、張緊器；8、通孔；9、環(huán)形氣囊；9a、擺動片；9b、連接孔；10、海床；11、應(yīng)變片；12、信號接收器；13、信號處理器；14、計算機；15、氣泵；16、報警器。

具體實施方式

以下是本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。

如圖1至圖4所示，一種深水張力腿平臺裝置，包括工作平臺1和浮體3，其特征在于，還包括若干根張力腿5和若干根頂張式立管6，所述工作平臺1的下側(cè)面上固連有六根立柱2，六根所述立柱2在同一水平面內(nèi)的橫截面中心的連線呈正六邊形，六根立柱2的下端均固連在浮體3的上側(cè)面，浮體3的中部具有貫穿浮體3上側(cè)面和下側(cè)面的工作孔3a，所述浮體3的側(cè)壁上均勻設(shè)置有若干個浮箱4，所述張力腿5豎直設(shè)置并且和浮箱4一一對應(yīng)，所述張力腿5的上端連接在浮箱4上并且下端固定在海床10中，所述頂張式立管6豎直設(shè)置，所述頂張式立管6的上端通過張緊器7和工作平臺1的下側(cè)面連接并且下端固定在海床10中，所述頂張式立管6的外壁上沿著軸向設(shè)置有若干個環(huán)形氣囊9，每個所述環(huán)形氣囊9均通過氣管和氣泵15連通，所述氣泵15設(shè)置在工作平臺1中。

具體來說，所述浮體3和工作孔3a的形狀均呈正六邊形，六根所述立柱2的下端分別固連在浮體3的六個角落處，所述浮體3的每條邊沿上均水平設(shè)置有若干個通孔8，所述通孔8貫穿浮體3的外側(cè)壁3b和內(nèi)側(cè)壁3c。

具體來說，所述環(huán)形氣囊9具有連接孔9b，所述頂張式立管6的外壁上沿著軸向設(shè)置有若干對呈環(huán)形的限位檔沿6a，所述頂張式立管6穿設(shè)在連接孔9b中，所述環(huán)形氣囊9位于兩限位檔沿6a之間，所述限位檔沿6a的尺寸大于連接孔9b的尺寸。

具體來說，所述環(huán)形氣囊9的外壁上鉸接有若干擺動片9a。所述擺動片9a可以是木頭片或者不銹鋼片或者塑料片中的一種或者幾種。

具體來說，所述工作平臺中具有工作艙1a，所述氣泵16設(shè)置在工作艙1a中。

具體來說，所述工作艙1a中還設(shè)置有信號接收器12、信號處理器13、報警器16和計算機14，每根所述頂張式立管6上位于兩個環(huán)形氣囊9之間均設(shè)置有應(yīng)變片11，所述應(yīng)變片11通過導(dǎo)線依次和信號接收器12、信號處理器13和計算機14電連接，所述報警器16和氣泵15分別通過控制電路和計算機14電連接。

具體來說，所述環(huán)形氣囊9由橡膠材料制成，也可以是其它具有彈性的材料。

一種深水張力腿平臺裝置的立管實時監(jiān)測方法，其特征在于包括以下步驟：

1)、在頂張式立管6的外壁上沿著軸向設(shè)置若干個環(huán)形氣囊9，在工作平臺1上安裝氣泵15，用氣管連接環(huán)形氣囊9和氣泵15。

2)、在每根頂張式立管6的外壁上位于兩個環(huán)形氣囊9之間安裝應(yīng)變片11，在工作平臺1上安裝信號接收器12、信號處理器13、報警器16和計算機14，并且把應(yīng)變片11和信號接收器12、信號處理器13、計算機14通過導(dǎo)線串聯(lián)成為一個系統(tǒng)，所述報警器16和氣泵15分別通過控制電路和計算機14電連接。

3)、在計算機14中設(shè)置頂張式立管6的最小張緊力。

4)、開始監(jiān)測：頂張式立管6的變形會導(dǎo)致應(yīng)變片11的變形，應(yīng)變片11把變形量通過導(dǎo)線傳輸給信號接收器12，然后信號接收器12把接收到的信號傳遞給信號處理器13，信號處理器13把信號處理以后傳遞給計算機14，最終計算機14把信號處理器13的輸出信號轉(zhuǎn)換為頂張式立管6的張緊力并且生成頂張式立管6的張緊力的實時變化曲線，供工作人員參考。

5)、基于步驟4)，計算機14會把得到的實時的頂張式立管6的張緊力的數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)在計算機14中的最小張緊力進行比較，當(dāng)實時的頂張式立管6的張緊力小于預(yù)設(shè)在計算機14中的最小張緊力時，計算機14控制報警器16報警并且控制氣泵15往環(huán)形氣囊9中打氣，使得環(huán)形氣囊9的浮力增加，從而給頂張式立管6提供額外的浮力支撐，使得頂張式立管6的張緊力回到正常范圍內(nèi)，然后計算機14控制報警器16停止報警并且控制控制氣泵15停止往環(huán)形氣囊9中打氣，然后繼續(xù)進行監(jiān)測。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了1、工作平臺；1a、工作艙；2、立柱；3、浮體；3a、工作孔；3b、外側(cè)壁；3c、內(nèi)側(cè)壁；4、浮箱；5、張力腿；6、頂張式立管；6a、限位檔沿；7、張緊器；8、通孔；9、環(huán)形氣囊；9a、擺動片；9b、連接孔；10、海床；11、應(yīng)變片；12、信號接收器；13、信號處理器；14、計算機；15、氣泵；16、報警器等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。