复杂地层条件下自升式平台桩腿插桩深度对比分析

为了准确预测自升式平台桩腿插桩深度,考虑接触效应和流-固耦合理论,基于ADINA软件建立了饱和土体条件下桩-土相互作用模型,采用API规范和数值计算两种方法对某自升式平台桩腿插桩深度进行预估,并与实际结果进行了对比分析。结果表明,两种计算方法计算得出的荷载-贯入曲线趋势基本一致。规范计算结果与实际相近,但存在突变点;数值计算结果连续,且与实际结果的差值在可接受范围内。因此,在实际工程中建议采取两种方法对桩腿插桩深度预估进行综合评价,并针对该复杂地层桩腿易发生穿刺破坏提出几点要求。     

层状地层中自升式钻井平台桩脚稳定性分析

影响自升式钻井平台桩脚在层状地层中的稳定性主要是穿刺。穿刺主要发生于上部为硬土层但下部为软弱层的层状地层体系中。文章重点介绍了用于穿刺分析的两种方法,推导了计算公式,并在实例中作了应用,得到了较为一致的结果。实例中两种计算方法得到的桩脚稳定性系数为0.3~0.5,插桩深度约7.1m,与实际插桩深度较为吻合。考虑了下卧软弱层影响下的上覆硬土层的承载力计算方法既可判断穿刺可能性又能得到插桩深度,是一种简便易行的方法。同时对影响桩脚在地层中稳定性的冲刷作用和动荷载作了提示,以便在进行平台桩脚的稳定性评价时予以综合分析。     

自升式钻井平台桩腿入泥深度计算研究

开展了桩腿与海底土相互作用分析,提出了自升式钻井平台桩腿承载力计算模型,该模型考虑了插桩速度、桩靴上覆土压力、群桩效应等因素的影响.现场应用表明,本文提出的自升式钻井平台桩腿承载力计算模型在预测桩腿入泥深度时具有非常高的准确度,相对误差在10％以内.     

基于标贯数的自升式平台桩腿贯入深度预测方法研究

准确预测自升式平台插桩深度是保障平台安全作业的前提。结合海洋岩土工程调查方法,探讨一种新的基于标贯数的平台桩腿/桩靴贯入深度计算方法。在简要介绍了现有自升式平台桩腿/桩靴基础承载力计算方法的基础上,详细论述了标贯数的确定、承载力计算方法、标准锤击数与现场锤击数的关系等基于标贯数的平台桩腿/桩靴基础承载力计算方法。而后结合自升式平台在冀东油田多个井位的井场勘察数据,采用本方法对其多个井位、多种不同形式的平台进行了计算。结果表明,大部分井位的计算精度较高,但仍旧存在一些离散性,主要原因在于不同的海洋工程地质条件与本方法中所推荐的标贯锤击数影响系数不一样。同时还发现,在砂性土中计算结果较为准确,而黏性土计算结果相对离散,这主要是因为标贯试验对于饱和黏土的测试精度较差。该方法可作为传统计算方法的一种参考,可大大节约时间和费用。     

带桩靴钻井平台插桩过程土压力变化规律研究

为了解决自升式钻井平台在实际插桩过程中实际插桩深度与预测深度误差过大以及可能发生的穿刺问题,需要摸清自升式钻井平台插桩过程中桩靴周围土压力变化规律。为此,在渤海近岸处完成了多组插桩试验,试验利用土压力计测量插桩时桩腿周围应力变化。按照合理方案埋设土压力计,很好的完成了径向、切向和垂向土压力变化规律的研究,为海上钻井平台插桩设计和施工提供科学依据和指导。试验表明,插桩时,桩腿对周围土体的径向影响范围为桩靴直径的3倍,对周围土体的垂向影响范围大于插桩深度的3倍。     

硬土层地基破坏模式及承载能力有限元分析

存在硬土层的层状地基承载能力分析是自升式平台插桩分析的关键问题。目前对于成层土地基的极限承载力往往采用近似的方法进行计算,对地基土的破坏机制以及中间荷载下土体的应力、应变情况等问题未得到很好的解决应用有限元法(FEM)对自升式平台在硬土层地基中插桩时地基土的破坏模式和承载能力进行了分析,研究表明,B/H越大,下伏软土层越容易发生塑性破坏,极限承载力明显下降,当B/H<0.3时可以忽略下伏软土层对地基承载力的影响有限元法与3:1扩散法计算的地基极限承载力结果十分接近,通过对某平台就位实例的分析表明,有限元法分析结果与实测结果较为吻合。     

穿刺工况自升式平台动力灾变特性

针对穿刺引起的自升式平台结构损伤问题,系统研究其动力灾变行为。考虑损伤积累对刚度衰减影响提出构件失效准则,在定义结构抗力和地基抗力基础上提出穿刺工况下平台结构失效准则,以121 m桁架式自升式平台为研究对象,考虑构件损伤演化及桩土动力耦合作用建立平台整体分析模型,并从入泥承载力、损伤影响、约束条件3方面验证了模型适用性;进一步基于整体失效准则开展穿刺工况下平台动力灾变演化模式研究。结果表明：构件损伤演化降低了平台极限承载能力并影响其整体灾变演化规律,CEL法可以有效模拟复杂土层桩土动力耦合作用;穿刺工况下平台失效模式受结构抗力和地基抗力共同影响,其演化规律为未穿刺桩腿与桩靴连接区域杆件由于船体倾斜产生较大弯矩发生塑性变形,随着穿刺深度的增加进一步演化为上下导向块区域桩腿杆件屈曲变形,这与穿刺工况下观察到的桩腿失效模式一致。     

互层土地基承载能力有限元分析

平台插桩前需要计算土层极限承载力以进行桩脚插深分析。实际工作中通常按均质土层的极限承载力公式计算,对复杂的互层土地基,目前的计算方法未考虑基础影响深度范围内所有土层的力学性质,其结果需要进行修正。应用有限元法对复杂互层土地基的承栽能力及破坏模式进行分析,可以反映综合地基承载力,无需进行修正。研究表明,对复杂的互层土地基,基础影响深度范围内土层的特性不同是造成地基破坏模式和承载能力差异的主要因素,应充分考虑3.5倍基础尺寸的深度范围内的所有土层的力学性质,这样得到的综合承载力与实际情况更为符合。     

海上自升式钻井平台插桩阶段桩靴承载力计算

为了准确预测海上自升式钻井平台插桩阶段贯入深度,引入流-固耦合理论,建立了饱和黏土条件下土-桩靴系统的有限元模型,利用该模型对桩靴贯入均质与非均质黏土时的桩靴承载力系数进行了数值计算。结果表明,桩靴承载力系数的大小主要取决于土体强度和桩靴贯入深度：对土体强度非均匀系数较低的土体,桩靴承载力系数与桩靴贯入深度正相关,而土体强度非均匀系数较大的土体桩靴承载力系数与桩靴贯入深度呈负相关;当桩靴贯入深度为20 m左右时,桩靴的极限承载力系数为10.30（不考虑土体回流作用）和12.25（考虑土体回流作用）。给出了插桩过程中桩靴承载力的计算方法,并利用此方法计算了渤海5号平台在特定土质条件下桩靴的贯入深度,提出的计算方法由于考虑了整个插桩过程中土-桩靴相互作用、土体的非线性特性、桩靴底面的端阻力和桩靴侧面阻力等影响,预测的桩靴贯入深度更为合理,与传统计算方法的结果相差20%左右。图9表2参25     

一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警结构及其作业方法

为了解决自升式钻井平台插桩遇“鸡蛋壳”地层发生穿刺导致船体失稳这一世界性难题,中国海洋石油工程技术人员创新性地提出了一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警结构及其作业方法。针对自升式钻井平台在南海多个油田的复杂地层插桩发生穿刺、桩基失稳等情况,通过在自升式钻井平台桩腿桁架上加装静力触探结构,在桩靴底部进行CPT试验,记录桩靴以下包含鸡蛋壳层段在内的地层参数,定量分析穿刺发生的可能性,从而对可能发生的穿刺提出预警,及时对就位插桩作业做出调整。数值模拟计算结果表明,该结构与作业方法可靠有效,对理论计算存在穿刺的地层进行了准确的监测与预警,有效避免了穿刺的发生,对插桩安全控制起到了积极作用,提高了海上大型设备安全。     

自升式平台穿刺计算方法探讨

自升式平台的穿刺会时平台结构或桩腿造成不同程度的损伤,因此非常有必要对作业井位进行插桩穿刺安全性评估.在总结国内外穿刺计算方法的基础上,首先分析了接近穿刺状态下上覆砂层的抗剪切能力,对桩基承栽力公式进行了修正;然后对穿刺安全系数进行了探讨,推荐了平台作业期处于台风季时采用的安全系数;最后提出了更完善的穿刺分析和作业流程...     

遗留桩坑对自升式平台滑移风险的影响及对策

运用有限元分析方法研究了前期作业遗留桩坑对自升式钻井平台滑移风险的影响,提出了降低滑移风险的对策,并进行了实例分析。考虑流体在孔隙结构中的渗流、滑动摩擦接触以及材料与几何非线性,建立了桩-土相互作用的流固耦合有限元模型,通过数值模拟结果与已发表文献中实验结果的对比,验证了模型的可靠性。利用建立的模型分析了前期作业遗留桩坑影响下的桩基土体破坏过程、运移形式及遗留桩坑对桩-土相互作用的影响,结果表明:插桩初期遗留桩坑底部与桩靴底部出现塑性破坏区域,然后破坏区域随着压载的增加不断增大,直至形成连续滑移面;桩靴周围土体的运移形式随着桩靴与遗留桩坑距离的增大出现明显变化;随着桩靴-遗留桩坑中心距的增大,峰值水平滑移力先增大再逐渐减小。在最终位置插桩前以适当的距离和深度进行试踩可有效降低平台滑移风险。     

南黄海铁板砂地层插桩分析及应对

南黄海盆地存在海底地层岩性为中密的灰色粉砂,砂颗粒级配均匀,孔隙水饱和,俗称铁板砂地层。自升式钻井平台在该种地层插桩时桩腿难以入泥,且入泥深度较小,另外随着平台自身及环境载荷变化,桩腿会发生下沉,严重影响作业及平台自身安全。通过对南黄海某探井在作业海区海底铁板砂地层的插桩深度浅、作业期间桩腿下沉情况进行原因分析,提出针对性措施及建议,为后续类似井作业提供参考借鉴。     

带桩靴自升式桩基钻井平台插桩深度的计算方法

针对目前带桩靴的自升式桩基钻井平台插桩深度计算中存在的问题,提出了考虑桩靴实际形状和土层参数变化的地基承载力计算方法。同时编制了相应的计算机程序。     

桩靴入泥深度预估

桩靴的入泥深度将直接影响平台的就位、转移及作业期间的安全稳定性。本文根据经验公式和SNAME规范,介绍了桩靴入泥深度的计算方法,并通过实例的计算,验证了经验公式和规范公式结算结果的差别,为自升式平台桩腿桩靴的设计提供了重要依据。     

带桩靴自升式桩基钻井平台插桩深度的计算方法

针对目前带桩靴的自升式桩基钻井平台插桩深度计算中存在的问题，提出了考虑桩靴实际形状和土层参数变化的地基承载力计算方法，同时编制了相应的计算机程序。     

自升式平台压载作业桩腿侧向滑移的极限RPD

对"踩脚印"过程的齿条相位差(Rack Phase Difference,RPD)计算原理进行研究,推算适用于桩腿侧滑的RPD计算方法;采用有限元分析方法模拟桩腿在不同方向、不同距离的侧滑,计算自升式平台桩腿、升降系统以及固桩区结构强度,确定平台系统的临界极限能力;通过搜索,最终确定平台"踩脚印"时的极限RPD值。将RPD理论应用于自升式平台"踩脚印"插桩过程,当桩腿变形接近临界值时,RPD监测系统报警并提醒作业者及时调整平台插桩状态,可有效减少桩脚的侧滑风险,对设计者和作业者有很强的指导作用,具备较高的应用价值。     

硬土-软土插桩过程数值分析及验证

基于Hossain M S的土工离心模型试验,建立了自升式平台插桩过程的数值模型,根据数值计算结果分析了插桩过程中土壤流动特性以及插桩深度与插桩阻力的关系,并首次对桩靴底部压力分布规律进行研究。利用Hossain M S的试验结果对数值模型进行了验证,数值解与试验值吻合程度较好,说明模型可靠。数值计算结果表明：插桩过程中发生了硬土表面局部隆起、硬土-软土界面变形、空腔形成、土壤回流等现象;硬土、软土的强度比越小,桩靴下方硬土块体积越小,桩靴上方硬土分布越连续、均匀,空腔深度越大;土壤重度越大,桩靴上方硬土回流量越大,空腔深度越小,土壤重度对桩靴下方硬土块形状和体积几乎没有影响;硬土软土的强度比越大、有效重度比越小,发生“刺穿”的可能性越高。桩靴底部压力由内向外先增大、后减小、再增大,证明《海上移动平台入级与建造规范》中桩靴底部压力的线性分布假设与实际不符。图7参12     

南黄海铁板砂海床插桩问题分析与对策——常州35-2-1井插桩及作业过程分析

南黄海盆地勿南沙隆起西北部海区的海床表层土质为中密实的粉砂质细砂和砂质粉砂 ,俗称铁板砂。自升式钻井平台在这种土层中就位插桩时 ,桩腿插入困难 ,插桩深度很浅 ,但在钻井作业过程中平台桩腿又时常发生下沉现象 ,严重影响钻井作业 ,甚至危及平台安全。通过分析平台桩腿下沉原因 ,结合常州 35 - 2 - 1井作业的实践 (该井在作业中桩腿曾下沉 2 8次 ) ,提出对策和建议 ,为今后类似的钻井作业提供借鉴     

南黄海铁板砂海床插桩问题分析与对策——常州35-2-1井插桩及作业过程分析

南黄海盆地勿南沙隆起西北部海区的海床表层土质为中密实的粉砂质细砂和砂质粉砂,俗称铁板砂.自升式钻井平台在这种土层中就位插桩时,桩腿插入困难,插桩深度很浅,但在钻井作业过程中平台桩腿又时常发生下沉现象,严重影响钻井作业,甚至危及平台安全.通过分析平台桩腿下沉原因,结合常州35-2-1井作业的实践(该井在作业中桩腿曾下沉28次),提出对策和建议,为今后类似的钻井作业提供借鉴.