海洋石油941平臺就位文昌8—3E插樁風險分析

摘要：根據海洋石油941平臺樁靴結構和文昌8-3E油田海域海底土特性，利用石油大學和API兩種自升式平臺樁靴承載力計算模型，對該海域進行了自升式平臺插樁深度預測研究。研究表明，海洋石油941自升式鉆井平臺在文昌8-3E油田海域的插樁深度預測在4.5m處可能站住，但存在穿刺風險，若發生刺穿會在6.85m前站穩，海洋石油941自升式鉆井平臺可以在海域進行插樁及后續鉆完井作業。

關鍵詞：海洋石油941；自升式；樁靴；承載力；插樁深度；刺穿

0 引言

海洋石油941鉆井船是中國海洋石油總公司一艘新建的鉆井平臺，在南海西部區域作業時曾經發生過一些復雜情況，給海上鉆井作業帶來很大的風險和安全隱患。文昌8-3E油田海域水深達到123m，這個深度也是海洋石油941自升式鉆井平臺極限作業水深，因此需要開展插樁深度預測研究來評價該鉆井平臺能否在海域進行鉆完井作業。本文應用了石油大學計算模型并綜合API計算模型進行文昌8-3E油田海域自升式平臺插樁深度預測。通過預測確定了海洋石油941自升式鉆井平臺在文昌8-3E油田海域作業的插樁深度，該預測值將在鉆井平臺適應性分析中起到至關重要的作用，并對樁腿刺穿風險進行了分析，為后續鉆完井安全提供保證。

1 自升式鉆井平臺插樁深度預測模型研究

在樁腿的插入過程中，樁端阻力來自樁尖（樁靴）向下穿透土層時直接沖擠土體的反作用力；樁側阻力來自于與樁身接觸的土體對樁身外表面產生的滑動摩阻力。樁側阻力是隨著樁腿的下入深度的增加而增加的，樁端阻力并不一定隨樁入土深度的增加而增加。樁端所在土層的土質特性是樁端阻力的決定性因素。

目前，對于以樁端阻力作為支撐力設計的自升式鉆井平臺，基本是帶樁靴的桁架式樁腿結構的自升式鉆井平臺。對于這種自升式鉆井平臺單樁承載力計算，不同的機構采取的方法不同。表2給出了樁端承載力的兩種計算模型。

表2 樁靴承載力計算方法

土質石油大學計算模型API計算模型

粘性土 ，（ =9）

，（ ）

粒狀土

鉆井船承載力

式中： 為有效上覆壓力； 為無量綱承載力系數，是內摩擦角（ ）的函數； 為樁腳下B/2以內平均不排水抗剪強度； 為不排水粘土的無量綱承載力系數； ， 為粒狀土無量綱承載力系數； 為由樁腳排出土的平均有效重度； 為樁腳下B/2以內土的平均有效重度； 為樁腳的直徑（最寬截面）； 為樁腳入泥深度（最寬截面）； 為樁腳插深以上回填土壓力折減系數， ； 為樁腳的最大面積； 為樁腳的體積； 為平臺樁腿極限承載力。

2 自升式鉆井平臺插樁刺穿風險預測

當一硬粘土層或粒狀土層之下潛伏著一層軟粘土層時，上下之間承載力的不同可能會存在樁腳潛在的刺穿危險。對于這種類型的土質剖面必須進行刺穿分析。

刺穿分析通常采用YOUNG和FOCHT發展的3：1荷載擴展分析法。該方法假定施加在上層（硬土層）上的基礎荷載被擴展通過硬層，在軟弱層的頂面產生一假設的等效基礎。通過硬層的擴展比例為3：1（垂直方向：水平方向），如果施加在等效基礎上的壓力超過下層土的承載力，則刺穿將會發生。

如果設計的預壓載等于最大設計樁腿荷載，那么可接受的安全系數 定義如下：

通常認為：最大安全系數≥1.5時，預定井位是可以適應鉆井船插樁的。當安全系數小于1.5但大于1.2時，只要最小計算安全系數等于或大于1.2，預定井位仍然可認為適合鉆井船插樁。即：

3 文昌8-3E油田自升式平臺插樁風險分析

3.1 插樁深度確定

在自升式鉆井平臺就位前，分別運用石油大學和API自升式鉆井平臺樁腿極限承載力計算模型對文昌8-3E油田海域進行樁腿承載力計算，通過兩種計算模型的之間的對比分析，對于砂性土層，API計算模型得出的承載力偏大，從而得出的樁腿入泥深度偏淺；綜合考慮多種因素影響，采用中國石油大學計算方法（采用API計算模型和中國石油大學計算模型共同來分析樁腿入泥深度）時，得出在11000t最大預壓載下，海洋石油941自升式鉆井平臺在文昌8-3E油田海域的各樁腿入泥深度范圍：0.85m～6.85m，樁腿入泥4.50m可能站住，但存在穿刺風險，若發生刺穿會在6.85m前站穩。

3.2 插樁刺穿風險預測

對于文昌8-3E油田，在11000噸最大預壓載下，海洋石油941號自升式鉆井船樁靴的入泥深度范圍為3.0～5.0m，該深度相對刺穿的安全系數大于1.5，無刺穿危險。所以，從海底土承載力計算結果來看海洋石油941號自升式鉆井船適合在該油田升船作業。

根據海底土鉆孔取樣資料分析，文昌8-3E油田平臺場址海底以下40米深度范圍內的土質主要為粘性土和砂性土，局部夾有密實的粉土/砂質粉土夾硬的粉質粘土和粉細砂細層及薄層。其強度一般隨深度的增加而增大，沒有明顯的軟弱夾層。所以，在正常作業情況下，海洋石油941/2號自升式鉆井船樁腿一般不會有穿刺的危險。

4 結論

1） 對于文昌8-3E油田海域水深達到自升式鉆井平臺作業極限水深海域開展插樁深度預測研究十分必要，能夠保證插樁就位及后續鉆完井作業安全。

2） 綜合應用兩種預測方法對該海域進行插樁深度預測，能夠為現場作業提供更為精確的插樁預測深度，為現場施工提供更可靠的技術支持和指導。

3） 對文昌8-3E油田海洋石油941平臺插樁作業刺穿風險進行了分析，研究結果表明在正常作業情況下，海洋石油941自升式鉆井船樁腿不會有刺穿的風險。

作者簡介： 張勇，男，1960年生，高級工程師，1982年畢業于西南石油學院鉆井工程專業，長期從事鉆完井技術工作，現為中海石油（中國）有限公司湛江分公司鉆完井部經理。