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自升式钻井平台桩靴改造降低穿刺风险可行性分析.pdf
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1、 43 2023 年 8 月第 50 卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.50 No.8Aug.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY收稿日期:2023-08-02我国南海地质条件复杂,特别是恩平油田位于珠江口盆地珠一坳陷西部的恩平凹陷,各区块地层中均存在“鸡蛋壳”地层的现象。“鸡蛋壳”地层上部为硬薄层,下部为软厚层的非均质性地层,其存在会严重影响插桩作业的安全。在自升式钻井平台正常作业的影响因素中,穿刺事故已经成为最主要的影响因素,其在各类事故中的比例达 50%以上,且亚洲海域的穿刺事故也逐年升高。在 20002008 年发生的自升式平台穿刺事故中
2、,超过 90%发生在亚洲1。降低穿刺风险已成为自升式钻井平台插桩作业安全的重要需要。有学者做了大量理论研究和实验验证,提出了逐腿压载、零气隙压载、硬土层开挖等降低穿刺风险的作业方式;通过有限元方式对主动钻孔降低穿刺 应用技术自升式钻井平台桩靴改造降低穿刺风险可行性分析邓成辉1,左 坤1,杨 战2,刘 超3,张海涛3(1.中海石油(中国)有限公司深圳分公司 广东深圳 518000;2.中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院 北京 102249;3.中海油能源发展股份有限公司工程技术中心深圳分公司 广东深圳 518000)摘 要:自升式钻井平台是海上石油开发的重要装备,穿刺问题一直是自升式钻井平台
3、进行插桩作业时的难题。目前自升式钻井平台作业时需要对目的层进行勘探分析、对插桩穿刺风险进行预测,具有穿刺风险的地层可采取主动穿刺法降低插桩作业风险,但主动穿刺法作业周期长,且钻孔具有回填、垮塌等问题。以EP20-5 区块为例,提出了桩靴改造降低穿刺风险的方法,对比分析了海龙 9 号钻井平台桩靴改造前后的穿刺风险系数。预测结果表明,改造后的桩靴能有效降低穿刺风险,桩靴改造在降低穿刺风险的方法中具有可行性。关键词:自升式钻井平台 插桩 穿刺风险 桩靴改造中图分类号:TE951 文献标志码:A 文章编号:1006-8945(2023)08-0043-03Feasibility Analysis of
4、 Spud Can Modification of Jack-up DrillingPlatform to Reduce Puncture Risk DENG Chenghui1,ZUO kun1,YANG Zhan2,LIU Chao3,ZHANG Haitao3(1.Shenzhen Branch,CNOOC Co.,Ltd.,Shenzhen 518000,Guangdong Province,China;2.College of Safety and Ocean Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China
5、;3.Engineering Technology Branch,CNOOC Energy Technology&Services Limited,Shenzhen 518000,Guangdong Province,China)Abstract:Jack-up drilling platform is an important equipment for offshore oil development.Puncture problem has always been a difficult problem for jack-up drilling platforms during pile
6、 insertion operations.At present,when the jack-up drilling platform is working,it is necessary to explore and analyze the target layer and predict the risk of pile insertion.Active puncture method can be adopted in strata with puncture risk to reduce the puncture risk of pile insertion operation.How
7、ever,the active puncture method has a long operation cycle,and the drilling has problems such as backfilling and collapse.Taking EP 20-5 as an example,this paper puts forward the method of reducing the puncture risk by spud can modification,and compares and analyzes the puncture risk coefficient of
8、HL9 drilling platform before and after spud can modification.The prediction results show that the modified spud can can effectively reduce the puncture risk,and the spud can modification is feasible in the method of reducing the puncture risk.Key words:jack-up drilling platform;pile-inserting;punctu
9、re risk;spud can modification 44 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期风险的方法展开了理论研究,对比分析了不同钻孔方案下的穿刺风险性,提出了桩靴投影面钻边缘附近钻孔的优化作业方案。本文通过桩靴土的承载力计算方法和穿刺风险预测方法,对桩靴改造前后的穿刺风险系数进行了计算,对比分析了桩靴改造降低穿刺风险的可行性。1 桩靴改造前穿刺风险分析1.1 桩靴土的极限承载力计算方法桩靴承载力不仅与桩靴的尺寸有关,海底地层条件也是影响桩靴承载力的关键因素。根据付丽娜2对桩靴土极限承载力的计算方法归纳总结,可以将海底地层的极限承载力分为 2 个类型来进行计算。当没有鸡蛋壳地层(
10、上硬下软地层)时,地层极限承载力的计算按照API规范中的计算方法分别计算黏土层和砂土层的承载力;当鸡蛋壳地层存在时,地层极限承载力的计算应该按照成层土极限承载力计算模型来进行分析,鸡蛋壳地层承载力不能简单视为由桩基基础底层土提供承载力,而是由多层土一起提供承载力。由于实际作业中海底土多为多层交叠状态,故本文仅对成层土的极限承载力计算方法进行介绍。成层土的极限承载力的计算分为 2 种情况:硬黏土层下(有限厚度)有很软弱的黏土层;砂层下(有限厚度)有软弱黏土层3。若硬层的厚度较薄,其承载能力低于压桩载荷,则桩就会穿透硬层进入软弱层,致使桩腿突然下降,插入速度超过操作控制能力,进而造成桩腿损坏,甚至
11、造成事故4。若硬层较厚,其承载能力高于压桩载荷,就要校核软弱层的承载能力是否大于桩在软层顶面产生的应力。当满足这 2 个条件时,也可不考虑软弱层的影响。桩腿可以看作一个简易的圆形桩,同样适用于这些条件5。校核可使用如下模型:为软层顶面的附加应力,t/m2,可采用下式计算:其中:为桩腿底面处土的自重压力,t/m2;为桩腿底面压力,t/m2;为桩腿底面以下深度H处土的自重压力,t/m2;D为桩腿的直径,m;H为桩腿底面至软层顶面的距离,m;为软层顶面地基土的极限承载力,t/m2;为地基的压力扩散角,()。当土层为砂砾、粗砂、中砂、老黏土时,取30;当桩腿底面至软层顶面以上的土层厚度小于或等于 1/
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