一种快速连接海上支持平台与深水平台的装置及方法.pdf

本发明涉及一种快速连接海上支持平台与深水平台的装置及方法；其特征在于：它包括一液压推进器、一导向器、一气缸、一柱塞、一基座和一锁紧器，液压推进器两液压缸的两柱塞杆移动能够实现导向块带动气缸在海上支持平台导轨上水平方向移动。气缸在两柱塞体的分隔下形成两腔室，且在上腔室和下腔室所对应的缸体外壁上分别设置了一补气阀，柱塞体为中空环状结构，能够避免与气缸发生偏磨；通过旋转密封组件的密封盖，轴向压缩多级密封盘根且使其径向变形增大，能够保证气缸的密封效果；锁紧器依据锁爪结构能够实现连接装置与基座的快速锁合/分离，本发明可以根据深水平台振荡程度来确定气缸内的充气压力和合理的振荡位移调整量，本发明在海上支持平台与深水平台之间发生相对位移时能够自动调整两者的位置关系。

1.  一种快速连接海上支持平台与深水平台的装置，其特征在于：它包括一液压推 进器、一导向器、一气缸、一柱塞、一基座和一锁紧器；
所述液压推进器包括两间隔平行设置的液压缸，两所述液压缸的固定端分别通过 一第一支座转动连接在海上支持平台栈桥的底部，两所述液压缸的输出端分别为一可 伸缩的柱塞杆；
所述导向器包括一导向块和一一体设置在所述导向块底部的支柱，所述导向块可 滑动地设置在所述海上支持平台栈桥底部的导轨上，所述导向块的一侧通过两第二支 座转动连接两所述柱塞杆的端部；
所述气缸包括一呈筒状且顶端封闭、底端开口的缸体，所述缸体的顶端固定连接 在所述支柱的底端，所述缸体下口的内壁上紧固连接一衬垫；
所述柱塞包括一通长的筒体，所述筒体的顶端贯穿所述衬垫的中心伸入所述缸体， 所述缸体内部的筒体上上、下间隔设置两柱塞体，每一所述柱塞体均为一环状结构， 其内侧紧固套接在所述筒体上，外侧与所述缸体内壁贴合；所述柱塞将所述缸体内部 空间分隔成两个腔室，两所述柱塞体上方的腔室为上腔室，两所述柱塞体下方的腔室 为下腔室，所述上腔室和下腔室所对应的所述缸体外壁上分别设置一补气阀；所述衬 垫底部的所述筒体上套置一密封组件；
所述锁紧器设置在所述筒体的下端，其用于所述筒体与所述基座之间的锁合/分 离。

2.  如权利要求1所述的一种快速连接海上支持平台与深水平台的装置，其特征在 于：所述密封组件包括一位于所述衬垫下方且套置在所述筒体上的多级密封盘根、一 位于所述多级密封盘根下方且套置在所述筒体上的压套和一位于所述压套下方且套置 在所述筒体上的压盖，所述压盖通过螺纹连接所述筒体下口的外壁。

3.  如权利要求1所述的一种快速连接海上支持平台与深水平台的装置，其特征在 于：所述锁紧器包括多个均匀紧固连接在所述筒体侧壁上的第三支座，每一所述第三 支座上均转动连接一锁爪，所述锁爪的下端向靠近所述筒体的方向伸出，形成爪钩； 上端向远离所述筒体的方向斜向上伸出，形成爪尾；中部与所述第三支座连接；所述 锁紧器还包括一锁盖，所述锁盖为中空结构，其顶部开有一螺纹孔，底部开有一圆孔， 所述锁盖通过所述螺纹孔与所述筒体螺纹连接；所述锁爪的上部位于所述锁盖的中空 腔体内，且所述爪尾通过所述圆孔边缘卡在所述锁盖的中空腔体内；所述锁盖的内壁 下端呈向内渐缩的倒锥面；所述基座呈筒状结构，其上端的外壁设置有一圈凸缘。

4.  如权利要求2所述的一种快速连接海上支持平台与深水平台的装置，其特征在 于：所述锁紧器包括多个均匀紧固连接在所述筒体侧壁上的第三支座，每一所述第三 支座上均转动连接一锁爪，所述锁爪的下端向靠近所述筒体的方向伸出，形成爪钩； 上端向远离所述筒体的方向斜向上伸出，形成爪尾；中部与所述第三支座连接；所述 锁紧器还包括一锁盖，所述锁盖为中空结构，其顶部开有一螺纹孔，底部开有一圆孔， 所述锁盖通过所述螺纹孔与所述筒体螺纹连接；所述锁爪的上部位于所述锁盖的中空 腔体内，且所述爪尾通过所述圆孔边缘卡在所述锁盖的中空腔体内；所述锁盖的内壁 下端呈向内渐缩的倒锥面；所述基座呈筒状结构，其上端的外壁设置有一圈凸缘。

5.  如权利要求1或2或3或4所述的一种快速连接海上支持平台与深水平台的装 置，其特征在于：所述柱塞体为中空的环状结构，所述柱塞体的外侧壁上上、下间隔 开设有多个环形凹槽，每一所述环形凹槽底部设置有多个与所述柱塞体内部连通的油 道孔。

6.  如权利要求1或2或3或4所述的一种快速连接海上支持平台与深水平台的装 置，其特征在于：两所述液压缸的缸体上均设置有一进油口和出油口，两所述液压缸 的进油口和出油口通过油液管路连接一多路换向阀，所述导向块长度超过所述气缸缸 体外径的1/2；所述气缸的缸体上部设置有一放气阀。

7.  如权利要求5所述的一种快速连接海上支持平台与深水平台的装置，其特征在 于：两所述液压缸的缸体上均设置有一进油口和出油口，两所述液压缸的进油口和出 油口通过油液管路连接一多路换向阀，所述导向块长度超过所述气缸缸体外径的1/2； 所述气缸的缸体上部设置有一放气阀。

8.  一种采用如权利要求1～7任一项所述装置实现快速连接海上支持平台与深水 平台的方法，它包括以下步骤：
1)设置一快速连接海上支持平台与深水平台的装置，将两液压缸的固定端分别通 过一第一支座转动连接在海上支持平台栈桥的底部；将基座紧固连接在深水平台的顶 面；
2)控制液压推进器中的两液压缸，使两液压缸输出端的柱塞杆同步伸出，推动导 向器中的导向块带动气缸在海上支持平台栈桥底部的导轨上进行水平方向的移动，直 至气缸的轴线与位于深水平台上的基座的轴线重合，完成所述装置在水平方向的位置 调整；
3)控制锁紧器打开，同时向下拉动柱塞，将筒体下端的锁紧器与基座锁合；
4)调节所述装置平衡：根据深水平台的振荡程度确定气缸内的预设充气压力和预 设振荡平衡位置，调节柱塞到预设振荡平衡位置，然后通过两补气阀同时向气缸的上 腔室和下腔室充气，直到上腔室和下腔室内的气压均达到预设充气压力值。

一种快速连接海上支持平台与深水平台的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种快速连接海上支持平台与深水平台的装置及方法。
背景技术
随着海上深水油气田开发战略的不断推进，深水平台如张力腿平台、半潜式平台 等不断取代固定式平台，深水平台重量问题日趋凸显。深水平台通过依托支持平台而 工作，即深水平台上只布置必要的井架等装置，而用于钻井或打调整井的泥浆系统、 钻井用电气间、变压器间等支持模块及其操作人员则安排在支持平台上，这样能够极 大简化深水平台上部组块，减轻深水平台上部总重量，降低其支撑结构的耗材量，减 少安装难度和费用。
海上支持平台用于深水平台进行钻井或打调整井作业时，为保持两平台间的相对 距离，需要安装栈桥及专门的连接装置。目前国内在常规的自升式浅水支持平台与固 定式平台间连接时通常采用栈桥等固定方式，支持平台与深水平台间连接的方式至今 尚未进行研究也没有工程化的应用成果。由于深水平台相对于常规固定导管架平台存 在垂向振荡，支持平台也有别于自升式浅水支持平台，多为浮式平台，除了存在垂向 振荡外，同时还有漂移运动，因此常规固定平台栈桥与深水平台连接模式已不再适用。 目前还没有经济和简易的方法解决两个平台间发生相对位移的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种快速连接海上支持平台与深水平台的装 置及方法，该装置在海上支持平台与深水平台之间发生相对位移时能够自动调整两者 的位置关系。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种快速连接海上支持平台与深水 平台的装置，其特征在于：它包括一液压推进器、一导向器、一气缸、一柱塞、一基 座和一锁紧器；所述液压推进器包括两间隔平行设置的液压缸，两所述液压缸的固定 端分别通过一第一支座转动连接在海上支持平台栈桥的底部，两所述液压缸的输出端 分别为一可伸缩的柱塞杆；所述导向器包括一导向块和一一体设置在所述导向块底部 的支柱，所述导向块可滑动地设置在所述海上支持平台栈桥底部的导轨上，所述导向 块的一侧通过两第二支座转动连接两所述柱塞杆的端部；所述气缸包括一呈筒状且顶 端封闭、底端开口的缸体，所述缸体的顶端固定连接在所述支柱的底端，所述缸体下 口的内壁上紧固连接一衬垫；所述柱塞包括一通长的筒体，所述筒体的顶端贯穿所述 衬垫的中心伸入所述缸体，所述缸体内部的筒体上上、下间隔设置两柱塞体，每一所 述柱塞体均为一环状结构，其内侧紧固套接在所述筒体上，外侧与所述缸体内壁贴合； 所述柱塞将所述缸体内部空间分隔成两个腔室，两所述柱塞体上方的腔室为上腔室， 两所述柱塞体下方的腔室为下腔室，所述上腔室和下腔室所对应的所述缸体外壁上分 别设置一补气阀；所述衬垫底部的所述筒体上套置一密封组件；所述锁紧器设置在所 述筒体的下端，其用于所述筒体与所述基座之间的锁合/分离。
所述密封组件包括一位于所述衬垫下方且套置在所述筒体上的多级密封盘根、一 位于所述多级密封盘根下方且套置在所述筒体上的压套和一位于所述压套下方且套置 在所述筒体上的压盖，所述压盖通过螺纹连接所述筒体下口的外壁。
所述锁紧器包括多个均匀紧固连接在所述筒体侧壁上的第三支座，每一所述第三 支座上均转动连接一锁爪，所述锁爪的下端向靠近所述筒体的方向伸出，形成爪钩； 上端向远离所述筒体的方向斜向上伸出，形成爪尾；中部与所述第三支座连接；所述 锁紧器还包括一锁盖，所述锁盖为中空结构，其顶部开有一螺纹孔，底部开有一圆孔， 所述锁盖通过所述螺纹孔与所述筒体螺纹连接；所述锁爪的上部位于所述锁盖的中空 腔体内，且所述爪尾通过所述圆孔边缘卡在所述锁盖的中空腔体内；所述锁盖的内壁 下端呈向内渐缩的倒锥面；所述基座呈筒状结构，其上端的外壁设置有一圈凸缘。
所述柱塞体为中空的环状结构，所述柱塞体的外侧壁上上、下间隔开设有多个环 形凹槽，每一所述环形凹槽底部设置有多个与所述柱塞体内部连通的油道孔。
两所述液压缸的缸体上均设置有一进油口和出油口，两所述液压缸的进油口和出 油口通过油液管路连接一多路换向阀，所述导向块长度超过所述气缸缸体外径的1/2； 所述气缸的缸体上部设置有一放气阀。
一种快速连接海上支持平台与深水平台的方法，它包括以下步骤：1)设置一快速 连接海上支持平台与深水平台的装置，将两液压缸的固定端分别通过一第一支座转动 连接在海上支持平台栈桥的底部；将基座紧固连接在深水平台的顶面；2)控制液压推 进器中的两液压缸，使两液压缸输出端的柱塞杆同步伸出，推动导向器中的导向块带 动气缸在海上支持平台栈桥底部的导轨上进行水平方向的移动，直至气缸的轴线与位 于深水平台上的基座的轴线重合，完成所述装置在水平方向的位置调整；3)控制锁紧 器打开，同时向下拉动柱塞，将筒体下端的锁紧器与基座锁合；4)调节所述装置平衡： 根据深水平台的振荡程度确定气缸内的预设充气压力和预设振荡平衡位置，调节柱塞 到预设振荡平衡位置，然后通过两补气阀同时向气缸的上腔室和下腔室充气，直到上 腔室和下腔室内的气压均达到预设充气压力值。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置了一液压推进器， 一导向器、一气缸、一柱塞、一基座和一锁紧器，以及一密封组件，通过液压推进器 的两液压缸提供动力给导向器的导向块，能够实现深水平台水平位移调整，通过锁紧 器使气缸内的柱塞体与基座快速锁合/分离，本发明能够完成支持平台和深水平台快速 锁合/分离；气缸上下腔室对应气缸外壁分别设置的一补气阀，通过气缸和两补气阀以 及柱塞的两柱塞体形成的气驱机构完成震荡位移的调整，本发明在海上支持平台与深 水平台之间发生相对位移时能够自动调整两者的位置关系。2、本发明的气缸柱塞由于 设置了双柱塞体结构，且每一柱塞体为中空的环状结构，柱塞体能够避免与气缸发生 偏磨；在柱塞体外侧壁上上、下间隔开设有多个环形凹槽，每一环形凹槽底部设置有 多个与柱塞体内部连通的油道孔，柱塞体内部可以用来容纳润滑油，当柱塞工作时， 因此润滑油将通过油道孔流入环形凹槽中对柱塞体进行润滑，从而使柱塞相对于气缸 的移动平滑、顺畅。3、本发明的密封组件由于设置了一位于衬垫下方且套置在筒体上 的多级密封盘根和一位于多级密封盘根下方且套置在筒体上的压套以及一位于压套下 方且套置在筒体上的压盖，压盖通过螺纹连接筒体下口的外壁，通过旋紧压盖，使压 套产生轴向位移，从而压缩多级密封盘根使其径向变形增大，因此能够保证气缸的密 封效果。4、本发明锁紧器的锁爪下端向靠近筒体的方向伸出，形成爪钩；上端向远离 筒体的方向斜向上伸出，形成爪尾；中部与支座连接；锁紧器的锁盖为中空结构，且 锁爪的上部位于锁盖的中空腔体内，爪尾通过圆孔边缘卡在锁盖的中空腔体内；锁盖 的内壁下端呈向内渐缩的倒锥面；锁盖上移时，爪尾在锁盖呈倒锥面的内壁的推动下 会向靠近筒体的方向转动，爪钩向远离筒体的方向转动，全部的锁爪将张开；当锁盖 下移时，全部的锁爪将收拢，能够实现锁紧器与基座的快速锁合/分离。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明中液压推进器的工作流程示意图
图3是本发明中导向器、气缸及密封器的结构示意图
图4是本发明中柱塞和锁紧器的结构简图
图5是本发明锁紧器的仰视示意图
图6是本发明的作业流程示意图
图7是本发明的调整振荡位移机理示意图
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。
如图1所示，本发明包括一液压推进器1、一导向器2、一气缸3、一柱塞4、一 基座5和一锁紧器6。
如图2所示，本发明的液压推进器1包括两间隔平行设置的液压缸11，两液压缸 11的固定端分别通过一支座12转动连接在海上支持平台栈桥7的底部，两液压缸11 的输出端分别为一可伸缩的柱塞杆13。
如图3所示，本发明的导向器2包括一导向块21和一一体设置在导向块21底部 的支柱22。导向块21可滑动地设置在海上支持平台栈桥7底部的导轨上，导向块21 的一侧通过两支座14转动连接两柱塞杆13的端部。
如图1、图3所示，本发明的气缸3包括一呈筒状且顶端封闭、底端开口的缸体 31，缸体31的顶端固定连接在支柱22的底端，在缸体31下口的内壁上紧固连接一衬 垫32。
如图1、图3、图4所示，本发明的柱塞4包括一通长的筒体41，筒体41的顶端 贯穿衬垫32的中心伸入缸体31，在位于缸体31内部的筒体41上上、下间隔设置两 柱塞体42，每一柱塞体42均为一环状结构，其内侧紧固套接在筒体41上，外侧与缸 体31内壁贴合。柱塞4将缸体31内部空间分隔成两个腔室，其中，两柱塞体42上方 的腔室为上腔室，两柱塞体42下方的腔室为下腔室，在上腔室和下腔室所对应的缸体 31外壁上分别设置一补气阀34。在位于衬垫32底部的筒体41上套置一密封组件8。
如图4所示，本发明的锁紧器6设置在筒体41的下端，其用于筒体41与基座5 之间的锁合/分离。
上述实施例中，如图3所示，密封组件8包括一位于衬垫32下方且套置在筒体 41上的多级密封盘根81、一位于多级密封盘根81下方且套置在筒体41上的压套82 和一位于压套82下方且套置在筒体41上的压盖83，压盖83通过螺纹连接筒体41下 口的外壁，通过旋紧压盖83，可以使压套82产生轴向位移，从而压缩多级密封盘根 81使其径向变形增大，能够保证气缸3的密封效果。
上述实施例中，如图4、图5所示，锁紧器6包括多个均匀紧固连接在筒体42侧 壁上的支座61，在每一支座61上均转动连接一锁爪62。锁爪62的下端向靠近筒体 42的方向伸出，形成爪钩；上端向远离筒体42的方向斜向上伸出，形成爪尾；中部 与支座61连接。锁紧器6还包括一锁盖63，锁盖63为中空结构，其顶部开有一螺纹 孔，底部开有一圆孔，锁盖63通过螺纹孔与筒体42螺纹连接。锁爪62的上部位于锁 盖63的中空腔体内，且爪尾通过圆孔边缘卡在锁盖63的中空腔体内。锁盖63的内壁 下端呈向内渐缩的倒锥面。通过旋转锁盖63可以使锁盖63相对于筒体41上下移动， 当锁盖63上移时，爪尾在锁盖63呈倒锥面的内壁的推动下会向靠近筒体41的方向转 动，此时爪钩向远离筒体41的方向转动，全部的锁爪将张开；反之，当锁盖63下移 时，全部的锁爪将收拢。基座5呈筒状结构，其上端的外壁设置有一圈凸缘，当筒体 41的下端抵在基座顶部时，控制锁爪收拢，爪钩会卡住基座上端的凸缘，实现锁合。
上述实施例中，如图4所示，柱塞体42为中空的环状结构，在柱塞体42的外侧 壁上上、下间隔开设有多个环形凹槽43，每一环形凹槽43底部设置有多个与柱塞体 42内部连通的油道孔44，柱塞体42内部可以用来容纳润滑油，当柱塞4工作时，润 滑油将通过油道孔流入环形凹槽中对柱塞体42进行润滑，使柱塞4相对于气缸3的移 动平滑、顺畅。
上述实施例中，如图2、图3所示，两液压缸11的缸体上均设置有一进油口15 和出油口16，两液压缸11的进油口15和出油口16通过油液管路连接一多路换向阀 17，多路换向阀17通过油液管路连接一油箱(图中未示出)。导向块21长度超过气缸 3缸体外径的1/2；气缸3的缸体31上部设置有一放气阀33。
如图7所示，在上述装置的基础上，本发明还提出了一种快速连接海上支持平台 与深水平台的方法，其包括以下步骤：
1)设置一快速连接海上支持平台与深水平台9连接的装置，将两液压缸11的固 定端分别通过一支座12转动连接在海上支持平台栈桥7的底部；将基座5紧固连接在 深水平台9的顶面。
2)控制液压推进器1中的两液压缸11，使两液压缸11输出端的柱塞杆13同步 伸出，推动导向器2中的导向块21带动气缸3在海上支持平台栈桥7底部的导轨上进 行水平方向的移动，直至气缸3的轴线与位于深水平台9上的基座5的轴线重合，完 成所述装置在水平方向的位置调整。
3)控制锁紧器6打开，同时向下拉动柱塞4，将筒体41下端的锁紧器6与基座5 锁合。
4)调节所述装置平衡：根据深水平台9的振荡程度确定气缸3内的预设充气压力 和预设振荡平衡位置，调节柱塞4到预设振荡平衡位置，然后通过两补气阀43同时向 气缸3的上腔室和下腔室充气，直到上腔室和下腔室内的气压均达到预设充气压力值。
通过上述方法完成海上支持平台与深水平台9的连接之后，在后续工作过程中， 当气缸3的上腔室和下腔室的压力值偏离预设充气压力值，或者上腔室与下腔室之间 的压力差过大时，需要再次通过两补气阀43向上腔室和下腔室中充气，直到两者再次 达到预设充气压力值。
如图7所示，海上支持平台栈桥7接至深水平台9后(如图6所示)，本发明振荡 位移调整的机理：当深水平台9向上垂向振荡时，柱塞4的筒体41向上移动，柱塞4 上部的柱塞体41压缩气缸3上腔室内的气体同时下部的柱塞体42向上拉伸气缸3下 腔室内的气体，柱塞4通过上下腔室内气体的共同作用而受到向下的反向作用力，使 柱塞4在平衡状态附近向上振动的幅度+h减小；深水平台向下垂向振荡时，柱塞4上 部的柱塞体42向下拉伸气缸3上腔室内的气体同时下部柱塞体42压缩气缸3下腔室 内的气体，而使柱塞4受到向上反向作用力的共同作用，使柱塞4在平衡状态附近向 下振动的幅度-h也减小，由此整个连接装置自动调整振荡位移。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所 变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发 明的保护范围之外。