自升式钻井平台冲桩对拔桩阻力影响研究

自升式钻井平台插桩较深,拔桩时出现周期长、拔桩困难等问题。为了提高拔桩效率,对拔桩系统尤其是桩靴底部喷嘴冲桩效率进行试验研究。以某深水钻井平台为原型设计桩腿、桩靴模型,选取渤海滨海原状土为试验场地,进行冲桩和拔桩试验,明确了不同冲桩条件和拔桩阻力大小的关系。结果表明,当冲桩孔面积达到桩靴面积1%时,拔桩阻力减小40%左右,因此冲桩对破坏桩靴底部吸附力作用明显,是应对拔桩困难的有效手段。     

新型多功能桩基试验系统的研制

桩基稳性对自升式钻井平台作业安全影响很大。国内针对桩基稳性的研究较少,更缺乏相应的试验装置。为此,设计了新型多功能桩基试验系统。该系统可以开展自升式钻井平台插桩、拔桩和穿刺等常见的桩基稳性试验研究,为自升式钻井平台在作业区域插桩深度、拔桩阻力的准确预测以及穿刺机理的深入研究提供了一个良好的试验平台;加装冲桩系统后,还可以开展自升式钻井平台拔桩时的冲桩效果分析和采用冲桩的方式主动穿透硬地层机理研究,扩展了试验系统的功能;能方便、快速地模拟自升式钻井平台作业过程中桩基与海土的相互作用,从而为自升式钻井平台能否到某区域特别是陌生区域作业的快速决策提供有力的技术支持。     

自升式钻井平台冲桩系统优化设计研究

为了减小拔桩阻力,自升式钻井平台都配备有冲桩系统,用于在拔桩过程中对桩靴上、下土体进行冲桩。提出了一种自升式钻井平台冲桩系统优化设计方法,给出了桩靴底部吸附力计算方法,以及渗透性较差和较好土体的冲桩分析方法,研究了喷嘴数量和喷嘴布局形式对于冲桩效果的影响,并以某新式平台为例,进行了桩靴底部冲桩系统的优化设计。研究结果表明,冲桩喷嘴越多,喷嘴布局越均匀,冲桩效果越好。优化后的冲桩系统布局形式比原设计布局形式在冲桩效率上提高了约1倍。     

自升式钻井平台插拔桩及冲桩试验系统

为了对自升式钻井平台插拔桩和冲桩过程进行研究,设计了一套自升式钻井平台插拔桩和冲桩试验系统。该系统能够提供最大50 k N的推力和拉力,以及最大压力为1 MPa的冲桩水,满足试验工况的要求;能够监测记录试验过程中的阻力、孔隙水压力、桩靴模型的位移和试验土体的性质。对试验系统的承力部位加载架进行了有限元分析,结果表明加载架的稳定性符合要求;当入泥深度在300 mm以内时,试验测得的阻力与SNAME(2008)推荐方法预测阻力吻合。所得结果验证了试验系统能够有效地模拟插拔桩及冲桩过程。     

自升式钻井平台插桩等候时间与拔桩阻力相互影响研究

自升式钻井平台现场作业时可能会出现拔桩困难、周期长等问题,为了提高拔桩效率,对拔桩阻力与插桩等候时间之间的相互影响关系进行了试验研究。以“海洋石油941”平台桩腿和桩靴为原型,选取渤海湾天津海边原状土为试验场地,进行了相关试验。结果表明,拔桩阻力随等候时间的增加而增加,且增加的幅度越来越小,最终趋于稳定;在不考虑拔桩前用高压海水对桩靴上下表面土体冲桩的情况下,当拔桩阻力稳定时,拔桩阻力约为桩腿自重的2倍。     

西非海上自升式钻井平台提高拔桩效率的方法与措施

西非几内亚湾OML-12X区块内自升式钻井平台插桩入泥深度过大,在钻井作业之后平台拔桩十分困难,有时甚至会出现拔桩过程中破坏平台主体结构而造成巨大的经济损失的问题。通过分析,将自升式钻井平台的拔桩过程分为克服桩靴吸附力和克服上行阻力2个阶段,利用吸盘效应理论对桩靴吸附力的产生机理进行了分析,同时对减小桩靴上行阻力的有效途径进行了探讨,提出了2种提高拔桩效率的方法,即对桩靴下部地层充分水化分散和灌注表面活性剂促进内外压力的联通。现场实践表明,本文提出的方法比较符合实际情况,能够有效指导海上自升式钻井平台拔桩实践,提高拔桩效率和安全性。     

海床土体固结效应对平台拔桩吸附力的影响

针对自升式钻井平台插桩完成后,随着平台作业时间的推移,插桩扰动土体固结,造成在拔桩过程中吸附力随固结时间推移而增大的现象,对准确预测平台拔桩阻力带来很大难度,根据吸附力产生机理,设计了一套试验装置。通过试验和ABAQUS研究土体固结过程中拔桩阻力与吸附力两者之间的关系,明确拔桩过程中吸附力的大小以及所占比例。研究结果表明,海床土体固结后,吸附力占到平台总拔桩阻力的以上,是平台拔桩阻力的重要组成部分,因此拔桩吸附力的科学计算对保证平台作业安全至关重要。     

埕岛油田海上自升式平台反复插拔桩对地层的影响

为提高埕岛油田海上自升式平台插桩稳定性,通过试验模拟了平台的插桩、作业和拔桩三个过程,以明确反复插拔桩造成的粉土和粉质黏土等地基土破坏形式、状态、强度丧失与恢复过程。反复插拔桩对地层的影响为:在平面距离桩靴中心1.6D(D为桩靴直径)范围内,扰动程度最高可达40%;沿深度方向土体的扰动程度在1.8D深度范围内基本不变,桩坑底部中心土体被压密,强度提升约40%。试验研究获取了贯入力和起拔力在初次和二次插拔桩全过程中的整体变化规律,为海上自升式移动平台稳定性计算提供依据,保障了平台插桩就位安全。     

基于拔桩能力的自升式平台海外作业优选

针对某海外项目中可能遇到的钻井平台压载后入泥深度过大和拔桩困难的问题,开展平台优选计算。首先搜集了预定作业井位周围井位的地质勘查资料,利用二次插值法进行作业井位地质勘察数据计算,据此计算了桩脚入泥深度,并根据作业平台结构参数计算了平台的拔桩阻力。为解决平台极限拔桩能力小于拔桩阻力的问题,设计了可控冲桩阀和冲桩系统以消除或减小桩靴底部的吸附力、桩靴侧部土体剪切力和桩靴上部土重。最后将平台拔桩能力与最终拔桩阻力进行对比,给出平台推荐结果。     

自升式钻井平台冲桩系统技术分析及优化方案

现有自升式钻井平台的冲桩系统在作业地不能很好地发挥其辅助拔桩功能。对比分析几套典型冲桩系统的结构特点及优缺点,提出冲桩系统的优化方案和发展建议,使该系统能够高效地完成其正常的作业功能。     

双层土中自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力计算新方法

基于CEL的桩靴拔桩过程有限元数值模拟分析,总结了双层土中自升式钻井平台拔桩时桩靴极限阻力的影响因素,拟合出一套新的双层土条件下自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力预测公式,该公式将桩靴极限拔桩阻力分解为由桩靴上表面极限拔桩阻力、桩靴下表面极限吸附力和桩靴侧面最大摩擦力等3部分相加得到。其中,桩靴上表面极限拔桩阻力计算公式考虑了桩靴面积、土层抗剪强度和硬土层厚度等关键因素,桩靴下表面极限吸附力计算公式考虑了土体固结时间、渗透系数和桩靴入泥深度等关键因素。本文所提出的双层土中自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力预测公式计算结果与离心机模型试验结果之间的相对误差为8.7%,验证了本文预测公式的正确性。本文研究成果可为自升式钻井平台在双层土复杂地层中拔桩时最大阻力预测提供参考。     

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。     

自升式钻井平台新型拔桩挖泥器的研制

自升式钻井平台插桩入泥过深时,导致拔桩阻力增大,拔桩困难。文章介绍了一款针对该实际情况而研制的辅助拔桩挖泥器,用于拔桩之前挖出桩靴上部土体,通过减轻上部土重,达到了顺利拔桩的目的。文章分别从挖泥器方案设计、工作原理、现场试验等对其进行了论述．现场试验表明,该装置能够明显减小拔桩阻力,达到提高拔桩效率和进一步保证平台结构安全的目的。     

自升式钻井平台冲桩管线疏通方案及优化设计

自升式钻井平台在作业中可能出现冲桩管线堵塞现象,从而影响冲桩系统的辅助拔桩功能。本文分析比较了几种冲桩管线疏通方案,同时对管线可能出现堵塞的现状,提出了冲桩管线优化设计方案。     

自升式平台桩腿与岩土互作用研究进展

为保证自升式平台能够安全工作,设计自升式平台时必须要确定平台在工作海域的桩腿承载能力、抗滑移能力、抗倾覆能力和拔桩阻力。对平台插桩、拔桩、正常工作、风暴自存等工况时桩腿与海底岩土的相互作用机理进行了研究,分析了国内外在研究自升式平台桩腿与岩土互作用时采用的常规计算方法、有限元法和试验法,并指出了现有方法存在的缺陷,提出采用有限元法分析时充分考虑平台主体关键结构的多桩腿-岩土互作用,是研究平台的插桩、拔桩、抗滑移和抗倾覆能力以及平台动态特性的有效手段。     

自升式钻井平台插桩问题探讨

插桩作业是自升式钻井平台重要的工作之一,也是平台出坞以后进行其他工作和平台迁航到作业地进行钻井作业的前提。在介绍国内、外自升式钻井平台插桩技术现状的基础上,对自升式钻井平台插桩作业问题进行了讨论,包括海洋调查、工程调查、平台的穿刺问题、平台插桩操作过程中的问题及升降锁紧等重要设备的性能分析。指出平台穿刺问题基本上都是对地层的地质结构分析不清,对地层的剪切强度计算存在问题造成的;同时也指出了平台插桩过程中应注意的问题。最后就我国的自升式钻井平台插桩作业技术发展提出建议。     

海洋石油944自升式钻井平台大桩靴管路布置方案

由于陆地油气资源有限,海洋储量丰富而且已探明和开采数量只占总储蓄量的极少部分,又有各国加紧争夺海洋资源为背景,包括海洋石油钻井平台在内的各种海洋工程船舶及设备的建造需求日益增长。海洋勘探开发日益向深水推进,自升式钻井平台发展尤为迅速。在目前国际上比较主流和成熟的自升式钻井平台的设计中,海洋平台944为了适应更为疏散的地质条件,首次采用大桩靴方案,同时为优化桩靴冲桩和拔桩效率,改进了冲桩喷嘴的安装、维护及更换方案,优化冲桩管路布置,减少削弱桩靴结构强度、增加操作人员进入桩靴的通道及空间,在节省管路材料减轻重量的同时,又便于操作及维护。     

桁架自升式钻井平台拔桩过程动力学分析

在自升式钻井平台拔桩过程中,桩腿受力大,尤其是桁架结构的桩腿,不能忽略其弹性对系统运动造成的影响。以桁架自升式钻井平台为研究对象,对拔桩过程中平台主要受力的简化及模拟方法进行了阐述。建立了包括升降系统、桁架桩腿及船体在内的平台动力学模型。利用ADAMS软件对该平台的拔桩过程进行了动力学分析,得到了以不同降船速度拔桩时,桁架桩腿分别设置为刚体和柔性体时平台的运动及振动特性,得出了考虑桩腿弹性对平台运动的影响。为以后自升式钻井平台桩腿及升降系统的设计及其动力学分析提供参考。     

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。     

自升式钻井平台就位时老脚印对桩靴性能的影响分析

由于受到老脚印影响,自升式钻井平台在老脚印附近位置就位时桩靴不可避免地要受到变化的偏心荷载作用,严重威胁着平台的就位作业安全。对自升式钻井平台在老脚印附近位置就位过程中桩基土体破坏机理受老脚印的影响进行了分析,在此基础上,根据桩靴不同阶段的受力特征将就位过程抽象为4个阶段,并以这4个阶段为4种不同的工况,对老脚印对桩靴结构性能的影响进行了分析。结果表明,自升式钻井平台就位过程中桩靴着力一侧桩腿、弦杆连接区杆件的应力较高;随着桩靴不断压入地层,桩靴底部承载面积增大,桩靴内部构件所受剪切应力显著减小:桩靴压桩至原有老脚印底部,受地层水平向强度分布不均的影响,较硬地层一端的组合应力并未因桩靴与桩基土体接触面积的增大而减小,相反由于端部硬地层的作用而大幅度增大,就位作业时应予重视。