深水自升式钻井平台就位能力分析技术研究
新闻来源:中国船检
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徐辉 李红涛 2018-01-19
自升式钻井平台是近海油气勘探中使用最广泛的钻井装置,自上世纪50年代,全球首艘自升式钻井平台产生以来,其因定位能力强和作业稳定性好的优势,在水深200m以内的大陆架海域的油气勘探中一直占据着重要地位。随着平台设计水平、建造水平的不断提高及钢材材料的不断进步,自升式钻井平台的工作水深不断取得突破,美国的莱图尔诺(Le Tourneau)、 Friede Goldman United (简称F&G)、荷兰的Gusto MSC、新加坡的吉宝(Keepel)等公司都推出了350ft以上工作水深的新型牌品的平台。
我国自升式钻井平台的发展起步晚,长期以来都是通过引进国外设计公司成熟的设计方案,再由国内船厂建造的方式进行自升式钻井平台的开发。过去开发的自升式钻井平台作业水深大多在300ft以内,随着我国海上油气开采从渤海湾向黄海、东海、南海甚至世界范围的发展,这些平台已经无法满足近海海域油气开采的需求。为此,国家工信部推出《自升式钻井平台品牌工程》科研项目,攻克300ft以上作业水深自升式钻井平台的核心技术和关键系统,提高关键系统和配套部件的专业制造能力和国产化率,形成自主设计能力,推出自主设计品牌的自升式钻井平台。
在工信部批准立项的《自升式钻井平台品牌工程》项目中,中国船级社(CCS)负责自升式钻井平台就位能力研究,通过对海底土层的极限承载能力分析、平台插桩就位和拔桩撤离分析及压载流程优化分析,形成满足自升式平台国内外相关规范要求的海底土壤极限承载力、触底载荷、插桩深度、穿刺风险、拔桩阻力的计算方法,用于分析平台就位过程中桩腿、主船体、固桩架、升降系统的能力,为平台就位和撤离提供技术支持,保证平台就位过程中的安全性。在本课题的研究中,中国船级社将海底土壤和平台桩靴相互作用的复杂机理与工程实际需求相结合,形成了以下几项关键技术:
一是海底土层的极限承载能力分析技术,可根据桩靴型式和尺寸、海底土壤参数计算不同海底土层深度的土壤极限垂向承载能力和横向抗滑能力;
二是平台触底载荷分析技术,通过对桩腿入泥深度计算方法的研究,建立了桩腿入泥深度分析的具体流程、分析原则和接受标准,可用于计算就位过程中不同的平台运动响应、不同的桩腿下放高度和速度下的平台触底载荷;
三是平台插桩能力分析技术,制定了桩腿入泥深度分析的具体流程、分析原则和接受标准,建立了插桩阻力与插桩速度、土层强度比、上土层相对厚度之间的关系,可根据土壤地质条件,优化桩腿入泥深度并评估穿刺分析;
四是平台拔桩阻力分析技术,通过研究拔桩阻力与土体弹性模型、桩靴埋深、上不速度的影响机制,形成了平台拔桩阻力的计算方法;
以上分析技术对保证平台就位过程中的安全性有着重要的意义,通过海底土层极限承载能力的分析可以计算不同土层深度下土壤的承载能力,保证平台作业过程中,桩基具备足够抗压和抗滑能力;通过平台触底载荷的计算,确定起放桩作业过程的环境条件限制,避免桩腿/桩靴与海床碰撞而出现损伤;通过插桩分析可以计算平台的插桩阻力,预测桩腿的入泥深度并预防平台的穿刺风险;通过拔桩分析可以计算平台在特定土壤条件及入泥深度下的拔桩阻力,避免平台桩靴入泥过深而造成拔桩事故。
随着平台作业水深的不断加大,平台桩腿长度不断加长,就位过程的风险预测更加困难,本课题的研究成果可以有效的评估平台就位过程的穿刺风险,桩腿碰撞风险及平台离位时的抗拔风险,有效的保证平台就/离位过程中的安全。
我国自升式钻井平台的发展起步晚,长期以来都是通过引进国外设计公司成熟的设计方案,再由国内船厂建造的方式进行自升式钻井平台的开发。过去开发的自升式钻井平台作业水深大多在300ft以内,随着我国海上油气开采从渤海湾向黄海、东海、南海甚至世界范围的发展,这些平台已经无法满足近海海域油气开采的需求。为此,国家工信部推出《自升式钻井平台品牌工程》科研项目,攻克300ft以上作业水深自升式钻井平台的核心技术和关键系统,提高关键系统和配套部件的专业制造能力和国产化率,形成自主设计能力,推出自主设计品牌的自升式钻井平台。
在工信部批准立项的《自升式钻井平台品牌工程》项目中,中国船级社(CCS)负责自升式钻井平台就位能力研究,通过对海底土层的极限承载能力分析、平台插桩就位和拔桩撤离分析及压载流程优化分析,形成满足自升式平台国内外相关规范要求的海底土壤极限承载力、触底载荷、插桩深度、穿刺风险、拔桩阻力的计算方法,用于分析平台就位过程中桩腿、主船体、固桩架、升降系统的能力,为平台就位和撤离提供技术支持,保证平台就位过程中的安全性。在本课题的研究中,中国船级社将海底土壤和平台桩靴相互作用的复杂机理与工程实际需求相结合,形成了以下几项关键技术:
一是海底土层的极限承载能力分析技术,可根据桩靴型式和尺寸、海底土壤参数计算不同海底土层深度的土壤极限垂向承载能力和横向抗滑能力;
二是平台触底载荷分析技术,通过对桩腿入泥深度计算方法的研究,建立了桩腿入泥深度分析的具体流程、分析原则和接受标准,可用于计算就位过程中不同的平台运动响应、不同的桩腿下放高度和速度下的平台触底载荷;
三是平台插桩能力分析技术,制定了桩腿入泥深度分析的具体流程、分析原则和接受标准,建立了插桩阻力与插桩速度、土层强度比、上土层相对厚度之间的关系,可根据土壤地质条件,优化桩腿入泥深度并评估穿刺分析;
四是平台拔桩阻力分析技术,通过研究拔桩阻力与土体弹性模型、桩靴埋深、上不速度的影响机制,形成了平台拔桩阻力的计算方法;
以上分析技术对保证平台就位过程中的安全性有着重要的意义,通过海底土层极限承载能力的分析可以计算不同土层深度下土壤的承载能力,保证平台作业过程中,桩基具备足够抗压和抗滑能力;通过平台触底载荷的计算,确定起放桩作业过程的环境条件限制,避免桩腿/桩靴与海床碰撞而出现损伤;通过插桩分析可以计算平台的插桩阻力,预测桩腿的入泥深度并预防平台的穿刺风险;通过拔桩分析可以计算平台在特定土壤条件及入泥深度下的拔桩阻力,避免平台桩靴入泥过深而造成拔桩事故。
随着平台作业水深的不断加大,平台桩腿长度不断加长,就位过程的风险预测更加困难,本课题的研究成果可以有效的评估平台就位过程的穿刺风险,桩腿碰撞风险及平台离位时的抗拔风险,有效的保证平台就/离位过程中的安全。

本文作者联系方式
徐 辉 电话: 022-62022888-1231,邮箱:xuhui@ccs.org.cn
李红涛 电话: 022-66216618, 邮箱:htli@ccs.org.cn