CN1209534C - 桶型负压基础可移动平台的起浮下沉的控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋石油平台工程技术，平台下沉时对桶基内的气体卸压，抽气、抽水形成负压沉入海底；起浮时向桶基充气，克服淤泥摩擦，平台上有测斜仪和泥面检测变送器，四个桶基内装有超声波液位计、压力变送器和潜水泵，潜水泵出口有电动阀；管线经电动阀与平衡罐连通，平衡罐上有真空泵、空气压缩机。计算机输入端与测斜仪、超声波液位计、压力变送器电连接，输出与电动阀、潜水泵、真空泵、空气压缩机电连接，本发明平台可移动，确保平稳下沉和起浮，实现自动控制，提高了平台移动的安全性和可靠性，减少了滩海工程的风险。

Description

桶型负压基础可移动平台的起浮下沉的控制方法及其装置

本发明涉及海洋石油平台工程技术，具体是一种桶型负压基础的可移动平台起浮下沉的控制方法及其装置。

目前，在海洋工程技术领域里，桶型负压基础平台属浅海域的支撑式平台，1994年，挪威在北海油田应用了桶式负压基础平台，该平台的桶型基础须借助船舶拉运、海上浮吊吊装进行海上座底施工，座底后进行平台组装，平台不移动、不起浮，在平台下沉定位时靠人工监视桶基沉入深度，调节平台的水平度。由于海洋施工情况复杂，平台下沉定位依靠人工操作，存在以下几个问题：(1)平台的水平度准确性低；(2)人工操作易造成判断失误；(3)控制精度较差。平台不平稳升降可造成：①破坏水下软土地基，使平台难以恢复平稳操作；②出现海浪、风等水平荷载，影响平台下沉后的稳性，严重时可能倾覆；③在作业时需3～4个人工熟练操作平台升降，操作复杂，劳动强度大，可靠、安全性差。这种平台的可移动性差，不能重复使用，使得平台性能造价比大大减低。

本发明的目的在于提供一种安全、可靠、自动保持平台升降过程中的水平度及平稳度，增强平台座底稳性，平台的可移动和可重复利用的桶型负压基础可移动平台的起浮下沉的控制方法及其装置

本发明附图说明如下：

附图1为控制方法及其装置示意图；

附图2为控制方法中下沉程序框图；

附图3为控制方法中起浮程序框图；

附图4为桶机算计自动控制***结构图。

本发明控制方法是通过如下技术方案实现：平台下沉时对四个桶型基础内的气体进行卸压，然后抽气形成负压使桶型基础下沉，沉至海底泥面后，桶基形成密封，桶基内海水压力升高，通过对四个桶型基础内抽水，平台继续下沉，完全沉入海底泥内；平台起浮时通过向桶型基础内充气，逐渐形成正压，当气体浮力大于平台自身重力时，平台桶基会克服桶壁与海底淤泥之摩擦力而起浮。

本发明控制方法还通过如下技术方案实现：

平台下沉时计算机***先对平台桶基液位、桶基压力、泥面深度、平衡罐压力、平台X、Y倾斜角度参数采集，据实际工况设定平台下沉高度、平台起浮高度，及平台X、Y倾斜角度值，

平台下沉时，开启真空泵及入口阀、四个桶基抽气阀，真空泵向四个桶基均匀抽气、泄压，桶基入泥，当监测到桶基负压低于极限值，监测泥面深度，达到设定值，停止运行；未达到设定值，开启桶内潜水泵和抽水阀，关闭真空泵、抽气阀；当泥面深度达到设定深度时，关闭所有真空泵、潜水泵、气阀、桶内气阀、抽水阀，停止运行，完成平台下沉定位。在抽气或抽水下沉过程中，监测平台倾斜角度，当一侧角度偏低时超出X、Y设定值，关闭相对桩腿的抽水或抽气阀门，使平台保持水平下沉。

平台起浮时设定开启空压机及入口阀，四个桶基注气阀开启，此时空压机通过气液平衡罐向四个桶基注气，平台开始起升；监测平台桶基压力、泥面深度，泥面深度达到起浮设定值时，停止运行；监测达到起浮高度时，关闭所有空压机、入口阀、注气阀停止运行，完成平台起浮，当一角或一侧X、Y角度偏高时就关闭相对一方桩腿的注气阀门，使平台水平平稳起升。

本发明控制方法的具体实施例

自动控制平台下沉定位：

计算机控制***首先对平台桶基液位、压力、泥面深度、平衡罐压力、平台X、Y倾斜角度等参数进行数据采集，随动态画面显示动态参数；在***运行前，根据实际工况在计算机上设定平台下沉高度及平台X、Y倾斜角度值，以此来控制平台的水平平稳度和平台下沉深度。如果启动平台下沉控制程序。***自动运行过程如下：

真空泵及入口阀开启，四个桶基抽气阀开启，此时真空泵通过气液平衡罐向四个桶基抽气均匀抽气、泄压，桶基入泥，平台开始下沉，真空泵通过气液平衡罐向四个桶基内均匀抽气，桶内压力也由正压转变成负压，平台继续下沉；此时***自动监测泥面深度是否达到设定值？如果达到设定值，***自动停止运行，如果没有达到设定值，***继续运行。在抽桶内气的同时，***自动监测桶基内液位高度，当桶基内液位高度达到设定高度时，***即转换抽桶内水：开启桶内1#-4#潜水泵和抽水阀，关闭抽气***设备真空泵、气阀等；抽气或抽水主要根据桶基内液位高度工况而进行，无论在抽桶内气和桶内水的自动下沉过程中，***始终监测平台倾斜角度，当任意一个角度超出X、Y设定值时，***进入平台自动调平过程：即当任意一个角或一侧角度偏低时，就关闭相应桩腿的抽水或抽气阀门，使平台始终保持水平平稳下沉；当监测泥面深度达到设定深度时，整个***自动关闭所有真空泵、潜水泵、桶内气阀、抽水阀等设备，并自动停止运行，完成平台下沉定位。

自动控制平台起浮：

计算机控制***同样对平台桶基液位、压力、泥面深度、平衡罐压力、平台X、Y倾斜角度等参数进行数据采集，随动态画面显示动态参数；在***运行前，根据实际工况在计算机上设定平台起升高度及平台X、Y倾斜角度值，以此来控制平台的水平平稳度和平台起浮高度。如果启动“平台自动起浮控制程序”。***自动运行过程如下：

空压机及入口阀开启，四个桶基注气阀开启，此时空压机通过气液平衡罐向四个桶基均匀注气、打压，压力由负压转变成正压，平台开始起升；此时计算机***随时监测平台桶基压力、泥面深度和平台X、Y倾斜角，如果泥面深度达到起浮设定值时，***自动停止运行；如果没有达到设定值，***继续运行；当X、Y倾斜角度任意一个超出设定值时，***进入平台自动调平过程：即当任意一角或一侧角度偏高时就关闭相应一方桩腿的注气阀门，使平台始终保持水平平稳起升；当监测泥面深度达到起浮高度时，整个***自动关闭所有空压机、入口阀、注气阀等设备，并自动停止运行，完成平台自动起浮全过程。

本发明为实现桶型负压基础可移动平台的起浮下沉的控制，提供以下装置，本装置由四桶基负压基础平台10、潜水泵7、平衡罐、真空泵6、空气压缩机5、工业控制计算机组成，在平台10的上部安装有测斜仪1和泥面检测变送器4；在四个桶基9内分别安装有超声波液位计3、压力变送器2和潜水泵7，在潜水泵7出口装有电动阀8；在四个桶基9内上的水管线、桶内抽气管线经电动阀8与平衡罐连通，在平衡罐上装有真空泵6、空气压缩机5；工业控制计算机信号输入端与测斜仪1、泥面检测变送器4、超声波液位计3、压力变送器2电连接，输出端与电动阀8、潜水泵7、真空泵6、空气压缩机5电连接。

本发明装置还有：在四个桶基9内可安装有密封气囊，密封气囊有与平衡罐连通的抽气管线。

本发明装置实施例如下：桶型负压基础可移动平台的起浮下沉的控制装置由四桶基负压基础平台10、潜水泵7、平衡罐、真空泵6、空气压缩机5、工业控制计算机组成，测斜仪1安装在平台10的上部，分别检测平台X、Y两个方位的纵向角度变化，计算机数采***随时采集其信号，通过程序控制使平台自动调平；超声波液位计3和压力变送器2安装在桶基9的上部，检测桶内液位和压力变化，下沉过程中，当桶内液位较高时：抽水、停抽气；液位偏低时：抽气、停抽水；泥面检测变送器4安装在平台的下部，检测平台桶底与海平面的变化高度，当平台桶基下沉到一定高度时，整个***则自动停止下沉，反之，当平台桶基起升到一定高度时，整个***则自动停止起升；电动阀8分别安装在抽水管线上、桶内抽气管线和桶内抽、注气管线上，分别在下沉抽水、抽气和起升注气时开启电动阀8，同时起到平台倾斜调节控制的作用。

负压基础平台10作为主要控制对象的钢结构平台，既能够下沉定位作业，又能够起升浮航移动；潜水泵7分别安装在平台10的四个桶基内，平台10下沉时，泵7将桶内水向外抽，使四桶形成负压逐渐下沉；平衡罐在抽气、注气时起气体平衡作用；真空泵6可抽桶内气。当平台下沉定位时，启动真空泵6对平衡罐内抽气，同时开启桶内电动阀8，可分别对四个桶内抽气，使桶内产生负压下沉；空气压缩机5是当平台作业完成后，将平台起升；启动空气压缩机5对平衡罐内注气，开启电动阀8，分别对四个桶内注气，使桶内负压变成正压，平台逐渐起升。

本发明使用的主要设备为：CJRS-B型测斜仪；MPS-420型超声波液位计；K-GM型压力变送器；UHZ-D型泥面检测变送器；HPGD-1.6型电动阀；Ipe-610型工业控制计算机。

本发明主要设备输出信号参数为：测斜仪输出-5V～+5V直流电压信号；超声波液位计、压力变送器、泥面检测变送器均输出4-20mA直流电流信号。

工业控制计算机的功能为：数据采集(将检测仪表信号输入到采集模块，并记录下各个时间的数据)、***控制(可实现下沉起升逻辑程序控制)、参数图表及动态画面显示、报表输出打印等功能。

工业控制计算机工作过程的实施例如下：在本实施例中增加了***对气囊的控制，气囊是在桶基9内安装一可充气的密封气囊，对于本发明前述的无气囊装置，只需去除气囊控制过程。

工控计算机对***有关参数进行数据采集，存储形成历史记录，将随机的数据在动态模拟画面上显示；如平台x，y倾斜角度、桶内液位、压力等参数的变化；另外即工控计算机要分别进行“平台自动下沉程序”和“平台自动起浮程序”，以实现平台的下沉和起浮。在执行平台自动下沉程序前要根据作业要求和现场情况首先设置x和y倾斜角度θ₀值，平台下沉深度即泥面最大深度值，气囊最大负压值、桶内水位最高值。机算计的“数据采集模块”对液位、压力x、y角，泥面深度等参数随时进行采集、记忆、冗余，这些“程序”可分别独立运行。采集的数据可共享。以提供给程序运行中选择并进行判断。

程序运行开始：由“主机”下发指令，使“输出控制模块”发出控制信号，启动真空泵、真空泵入口阀，并开启“1#-4#”抽注气囊阀，此时将4个桶气囊抽真空，使气囊内逐渐形成负压，当负压值达到极限时，停止对气囊抽气，关闭1#-4#抽注气囊阀；同时开启1#-4#桶抽气阀，开始向桶内抽气，桶内逐渐形成负压而下沉，随着下沉桶内逐渐被挤压进不同程度的海水，此时程序判断桶内水位是否达到设定值，如水位≥设定值，抽桶内水：开启1#-4#潜水泵(抽水泵)及抽水阀；如水位＜设定值，则继续抽桶内气；在抽气囊气桶内气和桶内水时，程序始终监测平台x角和y角值是否超出设定制θ，如果任意一个角度超出设定值(即x、y≥θ)，程序转入调平子程序：当x和y均大于θ₀时，并且x、y均大于0，此时关停3#桶抽水或抽气阀，如x＞0，y＜0，则关停2#桶的抽水或抽气阀；当x＜0，y＞0时，关停4#抽水或抽气阀；x＜0，y＜0时，关停1#抽水或抽气阀；当x≥θ值，如x＞0，关停3#、4#抽水或抽气阀；x＜0，关停1#、4#抽水或抽气阀。在程序纠偏过程中，不断监测x、y角度，平台在下沉过程中不断调平，当平台下沉到位时，即泥面深度达到设定值时，即关闭所有抽水、抽气阀和真空泵、抽水泵，完成一次平台自动下沉过程。

在执行平台自动起浮程序前，首先设置好以下参数：x和y倾斜角度θ₀值、平台起浮高度，即泥面最大深度值、气囊正压极限值。程序运行开始：由“主机”下发指令，使“输出控制模块”发出控制信号，启动空压机及入口阀，并开启1#-4#气囊抽注阀，此时均匀向4个桶内气囊注气，使气囊逐渐由负压向正压变化，气囊顶着桶基，并使平台慢慢起浮，如果气囊压力大于设定值，启动平衡罐放空阀，使注气减缓；在注气过程中，如果平台偏斜角度大于设定值，程序进入调平子程序：当x和y均＞θ₀时，x和y＞0时，关停1#注气阀；x＞0，y＜0关停4#注气阀；当x＜0，y＞0时，关停2#注气阀；x＜0，y＜0时，关停3#注气阀；当仅x＞θ值，x＞0时，关停1#，4#注气阀；x＜0时，关停2#、3#注气阀；当仅y＞θ值，y＞0时，关停1#，2#注气阀；y＜0时，关停3#、4#注气阀。在程序纠偏过程中，不断监测x、y角度，平台在起浮过程中不断调平，当平台起浮到位时，即泥面深度达到设定值时，即关闭空压机及所有注气囊阀门，完成一次平台自动起浮过程。

本发明为桶型基础平台在滩海勘探开发领域的推广应用拓宽了道路，无论是海上工程地质平台，还是试采平台、修井平台，为保证平台的可移动性，都存在确保平台的平稳下沉和平稳起浮的要求，平台的平稳升降自动控制是非常重要的，实现平台的自动控制，不仅提高了平台移动使用的安全性和可靠性，而且减少了滩海工程的投资风险，为滩海装备的利用解决了问题，为平台在滩海勘探开发的应用提供了更广泛的前景。

Claims (3)

1.桶型负压基础可移动平台的起浮下沉的控制方法，平台下沉时对四个桶型基础内的气体进行卸压，然后抽气形成负压使桶型基础下沉，沉至海底泥面后，桶基形成密封，桶基内海水压力升高，通过对四个桶型基础内抽水，平台继续下沉，完全沉入海底泥内；平台起浮时通过向桶型基础内充气，逐渐形成正压，当气体浮力大于平台重力时，平台桶基会克服桶壁与海底淤泥之摩擦力而起浮，其特征在于控制方法是：

a.平台下沉时计算机***先对平台桶基液位、桶基压力、泥面深度、平衡罐压力、平台X、Y倾斜角度参数采集，据实际工况设定平台下沉高度、平台起浮高度，及平台X、Y倾斜角度值；

b.平台下沉时，开启真空泵及入口阀、四个桶基抽气阀，真空泵向四个桶基均匀抽气、泄压，桶基入泥，当监测到桶基负压低于极限值，监测泥面深度，达到设定值，停止运行；未达到设定值，开启桶内潜水泵和抽水阀，关闭真空泵、抽气阀；当泥面深度达到设定深度时，关闭所有真空泵、潜水泵、桶内气阀、抽水阀，停止运行，完成平台下沉定位；在抽气或抽水下沉过程中，监测平台倾斜角度，当一侧角度偏低时超出X、Y设定值，关闭相对桩腿的抽水或抽气阀门，使平台保持水平下沉；

c.平台起浮时设定开启空压机及入口阀，四个桶基注气阀开启，此时空压机通过气液平衡罐向四个桶基注气，平台开始起升；监测平台桶基压力、泥面深度，泥面深度达到起浮设定值时，停止运行；监测达到起浮高度时，关闭所有空压机、入口阀、注气阀停止运行，完成平台起浮，当一角或一侧X、Y角度偏高时就关闭相对一方桩腿的注气阀门，使平台水平平稳起升。

2.如权利要求1中控制方法使用的桶型负压基础可移动平台的起浮下沉的控制装置，由四桶基负压基础平台(10)、潜水泵(7)、平衡罐、真空泵(6)、空气压缩机(5)、工业控制计算机组成，其特征在于：在平台(10)的上部安装有测斜仪(1)和泥面检测变送器(4)；在四个桶基(9)内分别安装有超声波液位计(3)、压力变送器(2)和潜水泵(7)，在潜水泵(7)出口装有电动阀(8)；在四个桶基(9)内上的水管线、桶内抽气管线经电动阀(8)与平衡罐连通，在平衡罐上装有真空泵(6)、空气压缩机(5)；工业控制计算机信号输入端与测斜仪(1)、泥面检测变送器(4)、超声波液位计(3)、压力变送器(2)电连接，输出端与电动阀(8)、潜水泵(7)、真空泵(6)、空气压缩机(5)电连接。

3.根据权利要求2所述的桶型负压基础可移动平台的起浮下沉的控制装置，其特征在于：在四个桶基(9)内可安装有密封气囊，密封气囊有与平衡罐连通的抽气管线。

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