海洋自升式鉆井平臺插樁風(fēng)險分析

董凱

摘 要：目前渤海灣自升式鉆井平臺就位頻繁，拖航就位作業(yè)日趨常規(guī)化。同時采油平臺就位側(cè)均經(jīng)歷過多次插樁，樁腿坑越來越多，就位安全風(fēng)險加大。對鉆井平臺插樁作業(yè)過程中的相關(guān)風(fēng)險進行分析，為現(xiàn)場作業(yè)者提供參考，提高對風(fēng)險的認(rèn)知程度和防范措施。

關(guān)鍵詞：自升式鉆井平臺;插樁;刺穿;滑移

1 引言

中國大規(guī)模海上油氣勘探開發(fā)活動中，關(guān)于鉆井平臺事故已多有報道，其中以自升式鉆井平臺的插樁就位過程中事故為多。通過對現(xiàn)場實例進行分析，重點提出了作業(yè)面對各類風(fēng)險時的應(yīng)對措施，并提供參考。

2 插樁主要存在的風(fēng)險分析

按照海洋石油行業(yè)的通用作業(yè)流程，鉆井平臺就位作業(yè)前，都會對作業(yè)區(qū)域進行物探及地質(zhì)鉆孔取樣工作。在掌握充分的海底地貌及地質(zhì)狀況的情況下，鉆井平臺的插樁作業(yè)有了相對大的安全保障。但是仍然存在各種風(fēng)險，主要分為刺穿、滑移、掏空等三種。

2.1 刺穿

2010年9月7日，中國石油化工集團公司勝利石油管理局井下作業(yè)公司作業(yè)三號（簡稱勝利三號平臺）在渤海埕島油田作業(yè)期間，發(fā)生一起傾斜事故，導(dǎo)致36人遇難，其中2人溺水死亡，直接經(jīng)濟損失592萬元。分析其事故主要原因，為平臺在未進行插樁分析及極限承載力分析的前提下進行作業(yè)。冷空氣和臺風(fēng)造成的波浪流的作用下，導(dǎo)致樁腿刺穿地層，樁腿下滑從而艏部甲板入泥的重大事故。

刺穿風(fēng)險防范：在存在刺穿風(fēng)險的區(qū)域就位時，現(xiàn)場人員應(yīng)及時調(diào)整壓載程序，逐級進行壓載，保證插樁作業(yè)中平穩(wěn)安全。而一旦發(fā)生刺穿情況，應(yīng)盡快評估現(xiàn)場情況，如平臺傾斜角度過大及齒輪齒條咬斷嚴(yán)重的情況下，應(yīng)立即組織進行棄平臺。如傾斜角度較小的情況下，平臺操作人員應(yīng)遵循“降平臺調(diào)平”的原則（使刺穿樁腿持續(xù)貫入的同時，其余樁腿同步下降），保持平臺水平下降，并使平臺盡快接觸水面。在平臺下降的過程中，可以同時進行諸如淡水、海水等可變載荷的卸載工作。

同時，根據(jù)樁腿的壓載情況和樁靴所處位置的土質(zhì)特征及載荷與入泥關(guān)系的資料，分析判斷降平臺到水面是達到漂浮吃水狀態(tài)還是站立漂浮吃水狀態(tài)。確定站立漂浮吃水狀態(tài)時，要根據(jù)情況排掉部分壓載水，增加平臺的漂浮性，減少樁靴地基對平臺的承載力，避免風(fēng)、浪、流環(huán)境載荷對平臺一側(cè)產(chǎn)生的推壓力，使另一側(cè)樁靴地基承受壓載而沉降，造成平臺的傾斜。

2.2 滑移

自升式鉆井平臺要在以前插過的位置及其附近重新插樁，即平臺重復(fù)就位時，由于初次就位對土層的擾動和舊樁穴（通常被擾動土回填或部分回填）的存在，不可避免地要對重復(fù)就位時的樁基礎(chǔ)產(chǎn)生影響。

自升式鉆井平臺發(fā)生滑移的根本原因就是重復(fù)就位時，由于樁靴偏心受阻，受力不平衡，樁靴受水平力作用而滑移。

滑移問題是平臺重復(fù)就位面臨的技術(shù)難題，處理不當(dāng)就會造成嚴(yán)重的工程事故和經(jīng)濟損失。如墨西哥灣有一平臺，樁靴外徑46英尺，重復(fù)就位時曾多次向舊樁穴滑移，先后采取了多種措施，經(jīng)濟損失達250萬美元。我國渤海8號鉆井平臺在重返井口作業(yè)時，也曾發(fā)生樁腿彎曲變形和平臺整體滑移。

滑移風(fēng)險防范：隨著渤海灣修井作業(yè)的不斷增多，鉆井平臺就位同一采油平臺的次數(shù)增多。采油平臺的就位側(cè)海底土層多已“千瘡百孔”，滑移風(fēng)險已經(jīng)成為鉆井平臺拖航就位作業(yè)的主要風(fēng)險。因此從就位設(shè)計階段到現(xiàn)場插樁作業(yè)時，都應(yīng)提前規(guī)避，保證安全作業(yè)。如不能完全避免，也應(yīng)盡量減少可能發(fā)生滑移的樁腿數(shù)量。

鉆井平臺到達預(yù)定井位之后，在就位作業(yè)前，應(yīng)分析就位設(shè)計方案可能存在的滑移方向，樁靴入泥位置距最終就位位置應(yīng)有部分余量，防止由于樁靴滑移而造成的就位失敗。

同時，插樁作業(yè)過程中，應(yīng)優(yōu)先插不滑移或者滑移風(fēng)險小的樁腿，再對其余樁腿進行插樁作業(yè)。對于滑移風(fēng)險大的井位插樁時，樁腿每入泥約0.5米時，應(yīng)暫時停止放樁，靜載觀察一段時間，確保不出現(xiàn)大的滑移現(xiàn)象，直至平臺插樁完畢。如果發(fā)生滑樁現(xiàn)象，自升式平臺與對接平臺的相對距離會發(fā)生變化，因此插樁后進行壓載作業(yè)時，也應(yīng)注意觀察，確保安全。

2.3 沖刷掏空

自升式鉆井平臺在正常作業(yè)期間，如果樁靴入泥較淺或者不完全入泥時，樁靴處海水流會發(fā)生局部變化，或是水流加強，或者是出現(xiàn)漩渦，這些都會加強泥沙的運動情況，從而引起樁腿插樁處泥沙的沖刷坑。如果沖刷發(fā)生在樁靴底面以下，就可能造成鉆井平臺單樁或者群樁下沉，存在極大的安全隱患。

2000年，渤海十號在東海某井位就位鉆井作業(yè)。現(xiàn)場水深4.9米，樁腿入泥4-4.5米。作業(yè)周期約1個月時間內(nèi)，平臺傾斜角度2次超出警戒范圍內(nèi)，平臺組織了卸載調(diào)平后，恢復(fù)正常作業(yè)。后經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)樁靴處出現(xiàn)了少量掏空，導(dǎo)致了平臺下沉。

2007年，渤海7號在曹妃甸河灘冀東油田某井位就位鉆井作業(yè)。現(xiàn)場水深7.8米，樁腿入泥0.4-0.7米。作業(yè)進行約一星期時間時，平臺傾斜角度約1°，平臺緊急組織卸載、調(diào)平工作。潛水員對樁靴在海底插樁情況進行檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)四個樁靴均出現(xiàn)不同程度的沖刷掏空現(xiàn)象，最深處已達約2-3米。經(jīng)討論決定后，采用沙袋、鵝卵石等對掏空區(qū)域進行填充后，重新恢復(fù)作業(yè)。

沖刷風(fēng)險防范：分析沖刷掏空出現(xiàn)的原因，主要是以下兩個方面：（1）水深的影響。由于水深較淺，或者就位水域靠近陸地，受潮汐影響大，水域表層流與底層流流速都比較快，對樁靴處沖刷較大。（2）插樁深度較淺，或者為砂質(zhì)表層土質(zhì)，受到海水沖刷后，由于缺少足夠的吸附力，較容易出現(xiàn)沖刷掏空的現(xiàn)象。

在作業(yè)前需詳細(xì)分析插樁深度入泥曲線及海底土質(zhì)特點，提前做好預(yù)防。在插樁深度過淺或出現(xiàn)不明原因樁腿沉降的情況下，應(yīng)評估需進行海底探摸的必要性。如現(xiàn)場出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象，應(yīng)在降低載荷的情況下，將平臺降至水面附近，對掏空處進行填充。并重新評估作業(yè)安全性，確定下一步作業(yè)計劃。

3 總結(jié)

自升式鉆井平臺插樁屬于高風(fēng)險作業(yè)，在海洋石油發(fā)展高速期，平臺拖航及插樁就位越來越頻繁。加深對自升式鉆井平臺插樁風(fēng)險的認(rèn)識和理解尤為重要。

參考文獻：

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