[发明专利]挠管柔性近海结构件

说明书

本发明一般地涉及近海平台，特别涉及那些采用一垂直回复力矩以抵销其摇摆的平台。

大多数的近海油和气生产都是在固定于海底的平台上进行。这些平台的关键设计约束条件是，平台对海浪的扰动不能有实质性的动态放大。这种要求通过设计一种平台，使其自然振动周期不陷入显著能量的重复海浪那一部分周期范围内。平台的振动有好几种方式，这是一般平台设计中最为关注的，它们有的是结构围绕着基底转动（习惯上叫做“摇摆”），有的是结构在垂直面内挠曲（弯曲），还有的是结构围绕着垂直轴扭转。在深水应用情况下，例如约大于400米时，常规的刚性结构设计将变得不经济了。这时就有必要采用那些摇摆周期大于含有大能量的海浪周期范围的柔性平台。柔性平台以其自身的惯性来增大摇摆周期，从而减低平台对海浪扰动的动态放大，同时还可减少结构所需的钢材以及因海水深度增加而带来的较高费用。柔性平台采用牵索式时，会出现费用高和对平台近区内的航海及渔业的干扰等问题。当采用有正浮力的拉力腿平台时，也会出现结构复杂、体积庞大和建造费用昂贵等问题。

美国NO，4，696，603专利推出一种柔性近海平台，其中有许多挠曲桩穿过导管被打入立体构架结构的每个角落附近的海底。挠曲桩向上伸到立体构架结构上预选处的挠曲桩连接器上，从而把它们连接到立体构架结构上。挠曲桩的作用在于与平台摇摆一起共同进行拉伸和压缩以保持平台在所要求的周期范围内摇摆。

这样的一种柔性平台在运输和安装方面出现了一定的困难和问题。立体构架结构，习惯上称塔体，一般非常细长，即在其基部相对于其高度来说具有较小的断面尺寸。因此，在安装过程中可能因风暴或深水流所产生的力而颠覆。在最低要求所需的桩数未打入和连接到塔体以前，塔体比一般常规固定的平台具有更大的颠覆危害和损失。因为同样的原因，水流在挠曲桩未与塔体连接前将易于使塔体倾斜不直。这些在挠曲桩非常的长。安装的长度，包括透入海底部分在内，在大多数情况下将超过1500英尺。申请者知道，目前单根能搬动的最长桩材其总长已达500余英尺。这样，挠曲桩就需要具有专门工艺的近海区来装配能够搬动的短桩材。塔体必须在岸上放倒进行建造，然后，滑动到下水驳船上，再拖到工地下水。当塔体的外形足够窄时，塔的几条角腿便可放在下水驳船的下水道上。这时，塔体将以其两根较低的角腿将其边支承。角腿坐落在叫做下水架的结构板装置上，该装置又坐落在下水驳船的下水道上。但是，在每根角腿的周围沿着腿的不同位置有一组挠曲桩的导管。所以导管组的几何位置和下水架的深度都必须认真选择，以便保证塔体上的作业，特别是挠曲桩的导管以及下水架上的作业不能受到干扰。这个问题导致需要深的下水架，从而出现较大的费用。由于挠曲桩浸泡在泥浆线以上的海水里，它们必须采用牺牲性的氧化防腐保护。因为表面面积大，氧化需要的费用也是很可观的。在挠曲桩顶端把挠曲桩材连接到塔体上，以及在不同标高处，沿着桩材把挠曲桩材连接到塔体的框架构件，都需要很多的费用。在泥浆面上水平运输塔体，因挠曲桩产生剪切力而受阻。为了改进挠曲桩内的剪切力，挠曲桩导管底部的两个水平面上必须具有一个水平力矩。由于平台的柔性作用，在挠曲桩相对于其导管轴向移动的同时，水平力矩的力会使挠曲桩的外侧压向挠曲桩导管的内侧，这又出现了磨损的问题。磨擦会引起一些磨损，并加快了腐蚀速度，这是因为氧化铁和碳酸钙所形成的覆盖层经常被磨掉，而把新的元素铁又暴露于腐蚀过程中。这很难通过加厚挠曲桩来加以补偿，因为事前不知道挠曲桩实际达到设计透入海底的深度。

Deserts和Gortez的OTC6351论文推出了一种类似上边的那种柔性塔体，其不同之点是采用了两个构件来实现挠曲桩材的双重功能。有一浅基础垫座置于海底面上。基础桩材通过基础垫座内的套筒打入，基础垫座为水平置板，然后在桩材和套筒间的环形空间灌浆以便永久地把基础垫座连接到桩材上。每个角腿的对边上预先安装两根挠管，并在塔体底部延伸出一段距离。基础垫座中的管座接纳着挠管的延伸部分。这种设计思想避免出现在近海中装配和打入长的挠曲桩所带来的诸多问题。而且，在挠曲桩安装过程中，细长塔体的底部稳定问题也可通过预安装基础垫座而得到解决。基础垫座找平台再去灌浆，这就解决了细长塔体测直出现的问题。磨损也会因挠管被预先安装和不用打入而大为降低，挠管上的磨损面位置是已知的，所以在这些位置上可以根据需要进行壁段加厚和表面硬化等处理。