一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器制造技术

本发明专利技术公开了一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，设置在环形间隙内，用于封堵水泥浆，环形间隙是由套筒和插装在其中的柱状构件形成的，在环形间隙内设有间隙块，该水下封隔器设置在间隙块的下方，灌浆前，径向宽度小于间隙块的径向宽度；该水下封隔器包括柔性环形密封袋和设置在柔性环形密封袋下方的减间隙部件以及灌浆管线；连接件、间隙块、环形底托板和灌浆管线都固定在形成环形间隙的同一构件上；灌浆管线的出口与柔性环形密封袋的入口相连；灌浆后，柔性环形密封袋压动减间隙部件向下翻转并封堵套筒与柱状构件间的环形间隙。本发明专利技术能够胜任超大间隙的封堵，并且不受间隙大小的限制。

A passive underwater packer with reduced clearance function

The invention discloses a passive underwater packer with the function of reducing clearance, which is arranged in an annular clearance for plugging cement slurry. The annular clearance is formed by a sleeve and a columnar member inserted therein. A clearance block is arranged in the annular clearance. The underwater packer is arranged below the clearance block, before grouting, and the diameter of the cement slurry is diameter. The underwater packer consists of a flexible ring sealing bag, a clearance reducing part under the flexible ring sealing bag, and a grouting pipeline; connectors, clearance blocks, annular base plates and grouting pipelines are fixed on the same component forming an annular clearance; the outlets of grouting pipelines are flexible and flexible. The entrance of the flexible ring sealing bag is connected; after grouting, the pressure reducing gap part of the flexible ring sealing bag flips downward and closes the annular gap between the sleeve and the column member. The invention is capable of plugging large clearance and is not limited by the size of the gap.

【技术实现步骤摘要】
一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器
本专利技术涉及海上固定式平台安装或海上风机安装
，具体为一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器。
技术介绍
海上固定式平台一般是由上部组块和下部导管架组成。导管架对上部组块提供支撑。导管架在海底的固定结构是：在导管架主腿底部固接套筒，套筒采用打入海底的钢桩进行固定，套筒与钢桩的固定通过灌注在它们之间的水泥浆实现。海上用水下封隔器的主要功能有二个：1)是在打桩完毕后灌浆时，在套筒底部完成封堵套筒内径表面和钢桩外径表面之间的环形空间，防止水泥浆流出；2)对于软土海底表面，需要封隔器自身或配套的装置用来防止海底的软土泥巴在打桩过程中进入钢桩外径和套筒内径之间的环形空间，以保证水泥浆不被污染。目前，海上用于导管架安装的水下封隔器按工作类型分为主动式封隔器和被动式封隔器两种。传统主动式封隔器主要是采用气胀式封隔器，气胀式封隔器的优点是：在钢桩插入、下桩和打桩的过程中，气胀式封隔器处于未充气状态，它的内表面不与钢桩的外表面接触，只在灌浆前通过进气管线充气，以达到对水泥浆封堵的目的。不受水泥浆重量(灌浆水泥柱的高度)和水深的限制；能够允许套筒的向上运动(当导管架进行海上调平作业时)和钢桩的适度偏心；可以承受或避免打桩时的振动和钢桩在下桩过程中由于海上吊机在风浪中垂向运动而引起的钢桩的垂向冲击荷载。但其缺点是：系统复杂，需要配备动力站、高压管线、ROV(水下机器人)应急接口以及需要配套装置(如采用水平橡胶环)用来防止海底的软土泥巴在打桩过程中进入钢桩外径和套筒内表面之间的环形空间，以保证水泥浆不被污染。一旦管线损坏后需要使用ROV在水下连接软管；陆地安装调试工作量大、费用高，海上操作复杂、费用高；有残留的大量五金件消耗阳极，高压管线的存在危害潜水员水下操作；造价高，通常比被动式封隔器价格要高出几倍。被动式封隔器主要有机械式封隔器和Crux封隔器。被动式封隔器的优点是：不需要高压管线、动力系统、阀门安装和水下ROV备用系统；不需要陆地调试和海上操作；同时起到阻挡泥巴进入环形空间的作用(隔离器的二个需求功能之一)；基本没有残留的五金件消耗阳极，没有危害潜水员水下操作的各种管线和阀门；陆地安装调试工作可以在制造厂家完成，费用低；总体价格便宜。缺点主要有：破损率高于主动式封隔器，用于深水导管架时，封隔器破损后修复的费用非常高。所以应用受到水深受限制，特别是机械式封隔器。容易造成破损的主要原因是：在钢桩快速下落或海上吊机在风浪中垂向运动产生的垂向撞击，使钢桩底部外表面锋利的直角有可能会造成封隔器橡胶部件的破损、失效。所有水下封隔器都需要借助外力在灌浆过程中完成对泥浆的封堵。借助不同形式的外力以及针对存在不同大小的间隙都能够实现对泥浆的有效封堵是所有水下封隔器用来代表自身功能的核心要素。对主动气胀式封隔器，它借助的外力是：由安置在导管架顶部的空压机，通过水下管线向每一个封隔器内注入高压空气来完成对灌浆的封堵。在充气的过程中，气胀式封隔器能够针对不同大小的间隙，自动变形来实现对泥浆的封堵。被动机械式封隔器借助外力的方式是：在钢桩插入套筒和下桩及打桩过程中，钢桩对固定在套筒内径表面的橡胶环以及通过硫化与橡胶环粘接的弯曲钢条进行侧向水平挤压。这些由于水平挤压而形成的橡胶回复力被依托成在灌浆过程中对水泥浆的封堵力。由于机械式封隔器通常只适用于浅水导管架的安装，所以面对的间隙都比较小。在机械式封隔器实际应用中，固定在套筒内径表面的环形橡胶环(内径小于钢桩外径并位于间隙块的下方)，弯曲钢条顶部固定或底部固定容易受到钢桩底部外表面锋利直角在插桩和打桩过程中的破坏而产生失效。由于上述机械式封隔器在结构设计上的不足之处，它在实际应用中的总体破损率比较高，通常只适合应用于浅水导管架和直径比较小的钢桩。被动式Crux封隔器借助外力的方式是：一个水平安置并位于间隙块下方的橡胶环；橡胶环的前部与一个大直径圆形环(在圆心增加了柔性加强材料)连接，圆形环的内径小于钢桩的外径；后部环形结构受制于在套筒内径表面上固定的环形限制结构。在插桩过程中钢桩的底部穿过圆形环，并将先前水平安置的橡胶环挤压变形成垂直方向安置的橡胶环。当钢桩穿过圆形环后，其内径的扩张使得圆形环紧密贴附于钢桩外径表面上，因而起到阻挡泥巴进入环形空间的作用。同时，挤压成垂直状态的橡胶环产生的弹性回复力形成了在灌浆过程中对水泥浆的封堵力。当封隔器用于深水导管架安装时，钢桩外径表面通常会安装等间距的剪力键，采用钢筋条焊接在钢桩外径表面，用于增强水泥在垂直方向的抗剪切能力。Crux封隔器的圆形环必须允许安装剪力键的钢桩通过。Crux封隔器在结构设计上的不足之处在于：水平安置的橡胶环在插桩过程中容易被钢桩底部外表面锋利的直角刮伤或破损。海上导管架安装统计数据表明：Crux封隔器的总体破损率高于气胀式封隔器。综上所述，各种封隔器都必须依托各自不同形式的外力来完成在灌浆过程中水泥浆的封堵功能。目前市场上广泛应用的传统气胀式封隔器或被动式封隔器都存在不同形式的不足之处。因此，有必要专利技术一种新型被动式封隔器，它必须依托与上述不同的外力来实现在灌浆过程中对水泥浆的封堵，并且应使其在使用过程中出现的破损率低于上述传统气胀式封隔器。美国专利号9,677,241,专利技术人JamesLee,中文姓名：李军，在2014年8月首先提出了一种新型被动式封隔器，它依托的外力是水泥浆本身的重力。该专利技术的设计原理是：利用在灌浆过程中灌入一个环形橡胶袋，由腔体内水泥浆(比重：1.92g/cm3)重力所产生的压力与环形橡胶袋腔体外海水重力产生的压力(比重：1.05g/cm3)之间的压力差，作为依托外力来实现在灌浆过程中对水泥浆的封堵。由于水泥浆在灌浆过程中是液体，这种压力差不但在垂直方向会产生压力，同时在水平方向也会产生与垂直方向大小相同的压力。在垂直方向的受力，通过环形橡胶袋的侧面橡胶层传递给安装在套筒内径表面上的连接件，在水平方向的力，通过环形橡胶袋内侧表面对钢桩外表面之间的正压力，形成了在灌浆过程中对水泥浆的封堵力。随着这种压力差的增加(水泥柱高度的增加)，环形橡胶袋内表面对钢桩外表面的密封效果会随之提高。这种灌浆过程中的封堵功能和传统气胀式封隔器的形式类似，但依托的外力不同。举例说明，如果钢桩直径为2.13米，而水泥柱的水下高度为12米，作用在环形橡胶袋腔体内(高度0.4米)的内表面对钢桩外表面总体对水泥浆的封堵压力大于20吨。上述新型被动式封隔器提及的环形橡胶袋都具备以下基本特征：环形橡胶袋与外钢套筒同轴；多根加了纤维加强材料的橡胶带底部与环形橡胶袋的顶部连接；每根橡胶带顶部连接着安装在套筒内径表面上的相应固定件；橡胶带之间的空隙提供了水泥浆进入环形橡胶袋腔体的通道；环形橡胶袋的中间部分是一个加了纤维加强材料和内径略小于钢桩直径的环形橡胶套筒；橡胶套筒与橡胶带的连接段为锥体形橡胶层；环形橡胶袋底部借助与底部附近固定在套筒内径表面的密封结构连接并在套筒内径与钢桩外径之间形成密封的水泥浆容置腔。在2017年5月，在上述新型被动式封隔器美国专利的后续专利中，美国专利号9,970,171,专利技术人JamesLee,中文姓名：李军，提出二点改进方法：1)在环形橡胶袋底部密封结构的下方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，设置在环形间隙内，用于封堵水泥浆，所述环形间隙是由套筒和插装在其中的柱状构件形成的，在所述环形间隙内设有间隙块，其特征在于，该水下封隔器设置在间隙块的下方，灌浆前，径向宽度小于间隙块的径向宽度；该水下封隔器包括柔性环形密封袋和设置在所述柔性环形密封袋下方的减间隙部件以及灌浆管线；所述柔性环形密封袋设有内外两层环形袋片，一层袋片的上口通过弹性带Ⅰ挂在间隙块上，另一层袋片的上口与连接件密封连接；所述减间隙部件包括多块围成圆环的翻板，所述翻板沿径向延伸、沿周向排布，固定端与环形底托板铰接，安装后，所述翻板的自由端向上倾斜，在相邻的两块所述翻板之间设有柔性密封连接件；所述连接件、所述间隙块、所述环形底托板和所述灌浆管线都固定在形成环形间隙的同一构件上；所述灌浆管线的出口与所述柔性环形密封袋的入口相连；灌浆后，所述柔性环形密封袋压动所述减间隙部件向下翻转并封堵套筒与柱状构件间的环形间隙。

【技术特征摘要】
1.一种被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，设置在环形间隙内，用于封堵水泥浆，所述环形间隙是由套筒和插装在其中的柱状构件形成的，在所述环形间隙内设有间隙块，其特征在于，该水下封隔器设置在间隙块的下方，灌浆前，径向宽度小于间隙块的径向宽度；该水下封隔器包括柔性环形密封袋和设置在所述柔性环形密封袋下方的减间隙部件以及灌浆管线；所述柔性环形密封袋设有内外两层环形袋片，一层袋片的上口通过弹性带Ⅰ挂在间隙块上，另一层袋片的上口与连接件密封连接；所述减间隙部件包括多块围成圆环的翻板，所述翻板沿径向延伸、沿周向排布，固定端与环形底托板铰接，安装后，所述翻板的自由端向上倾斜，在相邻的两块所述翻板之间设有柔性密封连接件；所述连接件、所述间隙块、所述环形底托板和所述灌浆管线都固定在形成环形间隙的同一构件上；所述灌浆管线的出口与所述柔性环形密封袋的入口相连；灌浆后，所述柔性环形密封袋压动所述减间隙部件向下翻转并封堵套筒与柱状构件间的环形间隙。2.根据权利要求1所述的被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，其特征在于，安装前，所述翻板的自由端通过弹性带Ⅱ挂在所述柔性环形密封袋的底部，并向上倾斜。3.根据权利要求2所述的被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，其特征在于，所述套筒与导管架主腿底部固接，安装在泥面以上，所述柱状构件为钢桩；所述连接件、所述间隙块和所述环形底托板都固定在所述套筒底部的内侧面上，所述灌浆管线固定在所述套筒的外侧面上；在所述环形底托板的内侧固接有水平橡胶环，所述水平橡胶环的内径小于所述钢桩的外径。4.根据权利要求2所述的被动式具有缩小间隙功能的水下封隔器，其特征在于，所述套筒的底部打入海底，顶部高于水线面，所述柱状构件是导管架主腿底部的垂直段，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，
申请(专利权)人：天津熙盛科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12