一种干树半潜平台伸缩立柱海上安装与维修用装置及方法与流程

本发明涉及一种干树半潜平台伸缩立柱海上安装与维修用装置及其使用方法，尤其涉及一种深水浮式多功能干树半潜平台的伸缩立柱海上安装与维修用装置及其使用方法，属于深水海洋油气开发技术领域。

背景技术：

深水浮式平台是目前深水海洋油气开发的主要装备，半潜式类型平台在建造、安装及经济性方面较单柱式平台和张力腿平台有着明显的优势。但常规半潜式平台的垂荡运动性能较差，作为深水油气开发生产平台时必须采用湿式采油树，而湿式采油树技术复杂、价格昂贵。干式采油树具有修井方便、操作成本低、停机时间短和流动安全性好等优势，由于其要求平台垂荡运动幅度低，目前仅有张力腿平台和单柱式平台能支持干式采油树。相比这两种平台，半潜式生产平台具有不受水深限制、可变载荷大、可整体拖航等优势，近年来，海洋工程界致力于通过改善半潜式平台运动性能，使其可支持干式采油树。专利申请文献(申请号201710873116.x)公布了一种用于海洋油气开发领域、可实现凝析油存储外输、可采用干式采油树的新型深水浮式多功能干树半潜平台(如图1所示)；其主体结构由主船体100、垂荡板结构200、连接在主船体100与垂荡板结构200之间的细长伸缩立柱300、系泊系统400和顶张紧立管系统500构成。其中，细长伸缩立柱300和主船体100及垂荡板结构200之间采用具有一定刚度的旋转接头连接，释放在伸缩立柱300与主船体100、垂荡板结构200之间的弯矩，实现上部的主船体100与下部的垂荡板结构200的小尺度构件连接，进而简化建造与安装，并提高结构连接处的疲劳寿命与可靠性。由于上部的主船体100和下部的垂荡板结构200之间采用以上连接方式，伸缩立柱300的长度较长，而且上部的主船体100和下部的垂荡板结构200之间会一直存在一定的相对运动，使得伸缩立柱300在海上安装与维修和在建造厂首次安装的程序及要求有很大的不同，需要在位状态下能够承受海上一定风浪、又能做相对精确操作的特殊工具。设计有效的安装与维修装置，并在施工建造上一体化考虑，对未来的平台海上维护与维修有重要意义，并可降低平台的全生命周期工程成本。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种干树半潜平台伸缩立柱海上安装与维修用装置及方法，该装置能够在海上就位状态下对伸缩立柱进行安装、更换或者维修，不需要大型的吊装船舶，使用简便，精确度高，性能可靠，提高平台海上操作的安全可靠性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种干树半潜平台伸缩立柱海上安装与维修用装置，包括：

导轨承载系统，包括对应设置在平台的多个立柱上的多个导轨系统，每一所述立柱的下部连接多根伸缩立柱，所述导轨系统位于多根所述伸缩立柱的正上方，且所述导轨系统在所述立柱上的延伸轨迹与多个所述伸缩立柱在立柱上的布置轨迹平行；

装置主体结构，能够在多个所述立柱之间进行转移，并能在每一所述立柱的导轨系统上滑移运动；

牵引系统，与液压提升系统协同工作，用于将所述伸缩立柱自所述立柱的下部提升至液压提升系统处；

所述液压提升系统，包括提升框架、上卡箍组件、下卡箍组件和液压伸缩机构；所述提升框架竖直安装在所述装置主体结构内，所述提升框架的中部留有穿梭通道，所述上卡箍组件和下卡箍组件相互平行地安装在所述穿梭通道内，所述上卡箍组件固定在所述提升框架的内顶部，所述下卡箍组件上下滑动地安装在所述提升框架上；所述液压伸缩机构设置在所述提升框架的内底部，并与所述下卡箍组件连接，用于驱动所述下卡箍组件沿所述提升框架上下运动；所述上卡箍组件和下卡箍组件用于在伸缩立柱通过穿梭通道时交替卡住或松开伸缩立柱。

优选地，所述导轨系统包括设置于所述立柱的上部的支撑轨道，间隔平行地分布在所述支撑轨道的下方并固定在所述立柱上的导板，在所述支撑轨道的表面设置有导向加强筋；所述装置主体结构包括主体框架，所述主体框架一侧的上部设置有与所述支撑轨道配合的滑动件，所述主体框架一侧的下部安装导轮，所述导轮滚动配合在所述导板上，所述主体框架上形成有支持操作人员作业的操作平台。

优选地，所述上卡箍组件和下卡箍组件的结构相同，均包括中间开口的基座、承力卡箍部和第二液压缸；所述承力卡箍部包括间隔均布在所述基座的开口周缘的若干卡块，每一所述卡块的后端转动连接在所述开口的边沿上，每一所述卡块的前端形成弧形端面，若干所述卡块的若干弧形端面分布于同一圆周上；在每一所述卡块和基座之间设置所述第二液压缸，所述第二液压缸的一端铰接于所述卡块上，所述第二液压缸的另一端铰接在所述基座上；

其中，所述上卡箍组件的基座固定在所述提升框架上，所述下卡箍组件的基座滑动设置在所述提升框架上。

优选地，所述液压伸缩机构包括均布于所述提升框架的内底部的多个第一液压缸，所述第一液压缸的下端固定在所述提升框架上，所述第一液压缸的上端与所述下卡箍组件连接。

优选地，所述牵引系统包括安装在所述装置主体结构上的液压卷放机构以及与所述液压卷放机构连接的牵引链部，所述牵引链部穿过所述穿梭通道；

所述牵引链部包括牵引锚链和导管；所述牵引锚链的上端与所述液压卷放机构连接，所述导管连接在所述牵引锚链的下端；在所述导管的中部设置v型支撑，在所述导管的下端设置用于与所述伸缩立柱连接的可转动锁头。

优选地，所述提升框架包括上基座和下基座，四角分布在所述上基座和下基座之间的四根导向柱，所述上基座和下基座的中部均留有第一开口，所述上卡箍组件的基座固定在四根所述导向柱上，所述下卡箍组件的基座活动穿设在四根所述导向柱上；

所述卡块通过转动轴承连接在所述开口的边沿上；所述卡块的前端端面上设置硬质橡胶垫。

优选地，所述v型支撑包括铰接于所述导管两侧的两限位管。

优选地，所述导轨系统一体建造于所述立柱上，所述导轨系统位于水溅区以上。

另外地，基于上述任意实施例中的干树半潜平台伸缩立柱海上安装与维修用装置，本发明还提供一种干树半潜平台伸缩立柱海上安装与维修用装置的使用方法，包括以下步骤：

1)将装置主体结构吊装就位于一立柱的导轨系统上；

2)装置主体结构准确就位于待操作的伸缩立柱的正上方后，将装置主体结构固定于导轨系统上；

3)通过牵引系统将伸缩立柱提升至液压提升系统处，伸缩立柱进入穿梭通道内；通过上卡箍组件将伸缩立柱卡住，使得液压伸缩机构归零就位，然后通过下卡箍组件将伸缩立柱卡住，松开上卡箍组件后，通过液压伸缩机构带动下卡箍组件以及伸缩立柱一起向上运动；待液压伸缩机构达到冲距或者到达预定位置后，通过上卡箍组件重新将伸缩立柱卡住，再重复上述过程，使得伸缩立柱自下而上穿过装置主体结构；

4)工作人员在装置主体结构上根据需要对伸缩立管进行维护、维修或更换，完后，将伸缩立柱通过上卡箍组件卡住，使得液压伸缩机构向上伸出达到冲距或预定位置后，用下卡箍组件卡住伸缩立柱，然后松开上卡箍组件，液压伸缩机构逐渐归零，液压伸缩机构向下收缩，带动下卡箍组件和伸缩立柱向下移动；待液压伸缩机构收缩到位后，下卡箍组件松开伸缩立柱，上卡箍组件重新卡住伸缩立柱，重复上述过程，直至伸缩立柱顶端进入穿梭通道内；

5)通过牵引系统继续下放伸缩立柱；待伸缩立柱到达需要的位置后，先将伸缩立柱与垂荡板结构上的接头装置连接好，然后，通过牵引系统将伸缩立柱与立柱上的接头装置进行定位，连接锁定后；将牵引系统与伸缩立柱的连接断开，完成伸缩立柱的安装；

6)将牵引系统复位固定后，驱动装置主体结构沿导轨系统滑动至立柱上的其他待操作的伸缩立柱的正上方，重复步骤2)至5)，完成立柱上的所有待操作的伸缩立柱的维护、维修或更换；

7)将装置主体结构转移到另一立柱上，重复步骤2)至6)，最终完成平台上所有待操作的伸缩立柱的维护、维修或更换。

优选地，所述牵引系统包括液压卷放机构以及与液压卷放机构连接的牵引链部，所述牵引链部能够穿过穿梭通道，所述牵引链部包括与液压卷放机构连接的牵引锚链以及连接在牵引锚链下端的导管；步骤3)中通过牵引系统将伸缩立柱提升至液压提升系统处，具体过程如下：

i)通过液压卷放机构下放牵引链部，导管的下端与伸缩立柱的接头连接锁死后，通过液压卷放机构将牵引锚链拉紧，打开伸缩立柱与立柱之间的接头装置，固定接头装置上的可动部件，同时打开伸缩立柱与垂荡板结构之间的接头装置，做好吊装准备；

ii)启动液压卷放机构将伸缩立柱缓缓吊起；待导管进入装置主体结构后，通过上卡箍组件将导管卡住；

iii)将液压伸缩机构归零就位，然后通过下卡箍组件将导管卡住；松开上卡箍组件后，通过液压伸缩机构提升导管；待液压伸缩机构达到冲距后或者到达预定位置后，上卡箍组件重新卡住导管，下卡箍组件松开导管，液压伸缩机构归零就位；重复上述过程，直至导管向上穿出穿梭通道，伸缩立柱进入穿梭通道，并通过上卡箍组件将伸缩立柱卡住；

步骤5)中通过牵引系统继续下放伸缩立柱，具体过程包括：

i)导管随伸缩立柱一起向下运动进入穿梭通道，通过上卡箍组件卡住导管，使得液压伸缩机构向上伸出达到冲距或预定位置后，用下卡箍组件卡住伸缩立柱，然后松开上卡箍组件，液压伸缩机构逐渐归零，液压伸缩机构向下收缩，带动下卡箍组件和伸缩立柱向下移动；待液压伸缩机构收缩到位后，上卡箍组件重新卡住导管，下卡箍组件松开伸缩立柱，重复上述过程，直至导管和伸缩立柱向下穿出穿梭通道，

ii)通过液压卷放机构下放牵引锚链，使得伸缩立柱到达需要的位置。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：1、本发明提供的干树半潜平台伸缩立柱海上安装与维修用装置，包括导轨承载系统、装置主体结构、液压提升系统以及与液压提升系统协同工作的牵引系统，能够解决伸缩立柱在位维修及安装困难及费用昂贵的问题，大大提高伸缩立柱操作过程中的安全可靠性，整个装置具有使用简便，精确度高、性能可靠等优点，大大提高平台海上操作的安全可靠性。2、本发明采用将装置主体结构直接支撑于平台立柱上，使得装置和平台结合为一体，两者之间无相对运动，提高操作的精确性，进而满足伸缩立柱对操作精度的要求，同时，能够避免海上使用安装船所产生的多浮体相对运动，减少操作的危险性。3、本发明的装置主体结构可在多个立柱上进行转移，具有可携灵活性，可以在类似平台上重复使用。4、本发明只需借助平台吊机完成伸缩立柱的安装和拆卸，不需要大型施工装备，方便灵活，安装维护成本低。

附图说明

图1是深水浮式多功能干树半潜平台的结构示意图；

图2是本发明的左视结构示意图；

图3是本发明的正视结构示意图；

图4是本发明液压提升系统的结构示意图；

图5是图4的a-a向的结构示意图；

图中，100、主船体；200、垂荡板结构；300、伸缩立柱；400、系泊系统；500、顶张紧立管系统；600、连接点；1、立柱；6、锁住接头；7、支撑轨道；8、导板；9、装置主体结构；10、牵引锚链；11、导管；12、上操作平台；13、液压动力单元(hpu)；14、液压卷放机构；15、下操作平台，16、导向柱；17、上卡箍组件；18、下卡箍组件；19、第一液压缸；20、下基座；21、上基座；22、第二液压缸；23、硬质橡胶垫；26、基座；27、承力卡箍部；271、卡块；28、转动轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图2、图3所示，本发明提供的一种干树半潜平台伸缩立柱海上安装与维修用装置，包括,

导轨承载系统，包括对应设置在平台的多个立柱1上的多个导轨系统，每一立柱1的下部连接多根伸缩立柱300，导轨系统位于多根伸缩立柱300的正上方，且导轨系统在立柱1上的延伸轨迹与多个伸缩立柱300在立柱1上的布置轨迹(布置轨迹可理解为多个伸缩立柱300在立柱1上的连接点600之间的连线形成的轨迹)基本平行；

装置主体结构9，能够在多个立柱1之间进行转移，并能在每一立柱1的导轨系统上滑移运动；

牵引系统，与液压提升系统协同工作，用于将伸缩立柱300自立柱1的下部提升至液压提升系统处；

液压提升系统，包括提升框架、上卡箍组件17、下卡箍组件18和液压伸缩机构；提升框架竖直安装在装置主体结构9内，提升框架的中部留有穿梭通道，上卡箍组件17和下卡箍组件18相互平行地安装在穿梭通道内，上卡箍组件17固定在提升框架的内顶部，下卡箍组件18上下滑动地安装在提升框架上；液压伸缩机构设置在提升框架的内底部，并与下卡箍组件18连接，用于驱动下卡箍组件18沿提升框架上下运动；上卡箍组件17和下卡箍组件18用于在伸缩立柱300通过穿梭通道时交替卡住或松开伸缩立柱300。

在上述实施例中，优选地，导轨系统包括设置于立柱1的上部的支撑轨道7，间隔平行地分布在支撑轨道7的下方并固定在立柱1上的导板8，在支撑轨道7的表面设置有导向加强筋，在装置主体结构9沿导轨系统滑移时，导向加强筋起导向、承力及锁定作用；装置主体结构9包括主体框架，主体框架一侧的上部设置与支撑轨道7配合的滑动件，主体框架一侧的下部安装导轮，导轮滚动配合在导板8上，主体框架上形成有支持操作人员作业的操作平台。

在上述实施例中，优选地，操作平台包括位于主体框架顶部的上操作平台12以及位于主体框架底部的下操作平台15。

在上述实施例中，优选地，牵引系统包括安装在装置主体结构9上的液压卷放机构14以及与液压卷放机构14连接的牵引链部，牵引链部穿过穿梭通道。

在上述实施例中，优选地，牵引链部包括牵引锚链10和导管11；牵引锚链10的上端与液压卷放机构14连接，导管11连接在牵引锚链10的下端；在导管11的中部设置v型支撑，导管11的下端设置用于与伸缩立柱300连接的可转动锁头6。

在上述实施例中，优选地，v型支撑包括铰接于导管11两侧的两限位管；牵引链部与伸缩立柱300对接连接时，两限位管垂直分布于导管11的两侧，将导管11定位于伸缩立柱300上，方便对接固定连接，在提升或下放牵引链部时，限位管收缩固定于导管11的两侧。

在上述实施例中，优选地，液压卷放机构14可采用绞车，限位管可采用钢管。

在上述实施例中，优选地，如图4、图5所示，提升框架包括上基座21和下基座20，四角分布在上基座21和下基座20之间的四根导向柱16，上基座21和下基座20的中部均留有第一开口；上卡箍组件17和下卡箍组件18的结构相同，均包括中间开口的基座26、承力卡箍部27和第二液压缸22，承力卡箍部27包括间隔均布在基座26的开口周缘的若干卡块271，每一卡块271的后端转动连接在开口的边沿上，每一卡块271的前端形成弧形端面，若干卡块271的若干弧形端面分布于同一圆周上；在每一卡块271和基座26之间设置一第二液压缸22，第二液压缸22的一端铰接于卡块271上，第二液压缸22的另一端铰接在基座26上；其中，上卡箍组件17的基座26固定在四个导向柱16上，下卡箍组件18的基座26活动穿设在四个导向柱16上；利用第二液压缸22的伸缩运动抬起或放下卡块271，可使不同直径的伸缩立柱300穿过基座16上的开口，并被上卡箍组件17或下卡箍组件18卡住或松开。

在上述实施例中，优选地，卡块271通过转动轴承28连接在开口边沿上，转动轴承28的位置可以根据使用时对基座26及卡块271的具体要求进行相应调整。

在上述实施例中，优选地，卡块271的前端端面上设置硬质橡胶垫23，以增加卡块271与伸缩立柱300之间接触处的摩擦力。

在上述实施例中，优选地，液压伸缩机构包括均布于提升框架的内底部的多个第一液压缸19，例如四个第一液压缸19，第一液压缸19的下端固定在提升框架上，第一液压缸19的上端与下卡箍组件18连接，多个第一液压缸19同步驱动下卡箍组件18沿提升框架上下运动。

在上述实施例中，优选地，导轨系统一体建造于立柱1上，这样，既节省材料及施工费用，又增强整体支撑刚度；导轨系统位于水溅区以上，以减少维护要求。

在上述实施例中，优选地，导轨系统可以是直线的，也可以是曲线型式，由干树半潜平台的立柱1的形状决定；圆形的立柱1的导轨系统为曲线型式，长方形或正方形的立柱1的导轨系统为直线型。

在上述实施例中，优选地，在装置主体结构9上还设置有液压动力单元(hpu)13，液压动力单元13与液压提升系统和牵引系统连接。

在上述实施例中，优选地，液压缸19的承载力设计要求、上卡箍17、下卡箍18、牵引锚链10及导管11设计要求，所需力学指标根据伸缩立柱重量及作业海况设计。

基于上述任意实施例中的装置，本发明还提供一种干树半潜平台伸缩立柱海上安装与维修用装置的使用方法，包括以下步骤：

1)利用半潜平台塔吊或辅助船吊机将装置主体结构9吊装就位于一立柱1的导轨系统上；

2)装置主体结构9准确就位于待操作(即指需更换、维修或维护)的伸缩立柱300的正上方后，将装置主体结构9固定于导轨系统上；

3)通过牵引系统将伸缩立柱300提升至液压提升系统处，伸缩立柱300进入穿梭通道内；通过上卡箍组件17将伸缩立柱300卡住，使得液压伸缩机构(液压)归零就位，然后通过下卡箍组件18将伸缩立柱300卡住，松开上卡箍组件17后，通过液压伸缩机构带动下卡箍组件18以及伸缩立柱300一起向上运动；待液压伸缩机构达到冲距(即行程)或者到达预定位置后，通过上卡箍组件17重新将伸缩立柱300卡住，再重复上述过程，使得伸缩立柱300自下而上穿过装置主体结构9；

4)工作人员在装置主体结构9上根据需要对伸缩立管300进行维护、维修或更换，完成后，将伸缩立柱300通过上卡箍组件17卡住，使得液压伸缩机构向上伸出达到冲距或预定位置后，用下卡箍组件18卡住伸缩立柱300，然后松开上卡箍组件17，液压伸缩机构逐渐归零，液压伸缩机构向下收缩，带动下卡箍组件18和伸缩立柱300向下移动；待液压伸缩机构收缩到位后，下卡箍组件18松开伸缩立柱300，上卡箍组件17重新卡住伸缩立柱300，重复上述过程，直至伸缩立柱300顶端进入穿梭通道内；

5)通过牵引系统继续下放伸缩立柱300；待伸缩立柱300到达需要的位置后，先将伸缩立柱300与垂荡板结构200上的接头装置连接好，然后，通过牵引系统将伸缩立柱300与立柱1上的接头装置进行定位，连接锁定后；将牵引系统与伸缩立柱300的连接断开，完成伸缩立柱300的安装；

6)将牵引系统复位固定后，驱动装置主体结构9沿导轨系统滑动至立柱1上的其他待操作的伸缩立柱300的正上方，重复步骤2)至5)，完成立柱1上的所有待操作的伸缩立柱300的维护、维修或更换；

7)利用半潜平台塔吊或辅助船吊机将装置主体结构9转移到另一立柱1上，重复步骤2)至6)，最终完成平台上所有待操作的伸缩立柱300的维护、维修或更换。

在上述实施例中，优选地，在将装置主体结构9吊装于导轨系统上之前，对导轨系统进行检查和清理，并对装置主体结构9上的牵引系统和液体提升系统进行检查，在装置主体结构9吊装于导轨系统上之后，对装置主体结构9在导轨系统的运动进行检查，以做好使用准备。

在上述实施例中，优选地，牵引系统包括液压卷放机构14以及与液压卷放机构连接的牵引链部，牵引链部能够穿过穿梭通道，牵引链部包括与液压卷放机构14连接的牵引锚链10以及连接在牵引锚链10下端的导管11，步骤3)中通过牵引系统将伸缩立柱300提升至液压提升系统处，具体过程如下：

i)通过液压卷放机构14下放牵引链部，导管11的下端与伸缩立柱300的接头连接锁死后，通过液压卷放机构将牵引锚链10拉紧，打开伸缩立柱300与立柱1之间的接头装置，固定接头装置上的可动部件，以保证伸缩立柱300吊出时有足够的空间、在位可动部件的安全；同时打开伸缩立柱300与垂荡板结构200之间的接头装置，做好吊装准备；

ii)启动液压卷放机构将伸缩立柱300缓缓吊起；待导管11进入装置主体结构9后，通过上卡箍组件17将导管11卡住；

iii)将液压伸缩机构归零就位，然后通过下卡箍组件18将导管11卡住；松开上卡箍组件17后，通过液压伸缩机构提升导管11；待液压伸缩机构达到冲距后或者到达预定位置后，上卡箍组件17重新卡住导管11，下卡箍组件18松开导管11，液压伸缩机构归零就位；重复上述过程，直至导管11向上穿出穿梭通道，伸缩立柱300进入穿梭通道，并通过上卡箍组件17将伸缩立柱300卡住。

步骤5)中通过牵引系统继续下放伸缩立柱300，具体过程包括：

i)导管11随伸缩立柱300一起向下运动进入穿梭通道，通过上卡箍组件17卡住导管11，使得液压伸缩机构向上伸出达到冲距或预定位置后，用下卡箍组件18卡住伸缩立柱300，然后松开上卡箍组件17，液压伸缩机构逐渐归零，液压伸缩机构向下收缩，带动下卡箍组件18和伸缩立柱300向下移动；待液压伸缩机构收缩到位后，上卡箍组件17重新卡住导管11，下卡箍组件18松开伸缩立柱300，重复上述过程，直至导管11和伸缩立柱300向下穿出穿梭通道，

ii)通过液压卷放机构14下放牵引锚链10，使得伸缩立柱300到达需要的位置。

利用导管11预先穿过穿梭通道，起到引导作用，使得伸缩立柱300不论在提升或下放过程中均能稳定地穿过穿梭通道，大大提高平台海上操作的安全可靠性。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

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