摘要：根據(jù)海洋石油941平臺樁靴結(jié)構(gòu)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(yù)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(yù)測在4.5m處可能站住，但存在穿刺風險，若發(fā)生刺穿會在6.85m前站穩(wěn)，海洋石油941自升式鉆井平臺可以在海域進行插樁及后續(xù)鉆完井作業(yè)。

關(guān)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(qū)域作業(yè)時曾經(jīng)發(fā)生過一些復(fù)雜情況，給海上鉆井作業(yè)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(yè)水深，因此需要開展插樁深度預(yù)測研究來評價該鉆井平臺能否在海域進行鉆完井作業(yè)。本文應(yīng)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(yù)測。通過預(yù)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(yè)的插樁深度，該預(yù)測值將在鉆井平臺適應(yīng)性分析中起到至關(guān)重要的作用，并對樁腿刺穿風險進行了分析，為后續(xù)鉆完井安全提供保證。

1 自升式鉆井平臺插樁深度預(yù)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(cè)阻力來自于與樁身接觸的土體對樁身外表面產(chǎn)生的滑動摩阻力。樁側(cè)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(zhì)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(shè)計的自升式鉆井平臺，基本是帶樁靴的桁架式樁腿結(jié)構(gòu)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(gòu)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(zhì)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(shù)，是內(nèi)摩擦角（ ）的函數(shù)； 為樁腳下B/2以內(nèi)平均不排水抗剪強度； 為不排水粘土的無量綱承載力系數(shù)； ， 為粒狀土無量綱承載力系數(shù)； 為由樁腳排出土的平均有效重度； 為樁腳下B/2以內(nèi)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(shù)， ； 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(yù)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(zhì)剖面必須進行刺穿分析。

刺穿分析通常采用YOUNG和FOCHT發(fā)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(chǔ)荷載被擴展通過硬層，在軟弱層的頂面產(chǎn)生一假設(shè)的等效基礎(chǔ)。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(chǔ)上的壓力超過下層土的承載力，則刺穿將會發(fā)生。

如果設(shè)計的預(yù)壓載等于最大設(shè)計樁腿荷載，那么可接受的安全系數(shù) 定義如下：

通常認為：最大安全系數(shù)≥1.5時，預(yù)定井位是可以適應(yīng)鉆井船插樁的。當安全系數(shù)小于1.5但大于1.2時，只要最小計算安全系數(shù)等于或大于1.2，預(yù)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(yù)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(fā)生刺穿會在6.85m前站穩(wěn)。

3.2 插樁刺穿風險預(yù)測

對于文昌8-3E油田，在11000噸最大預(yù)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(shù)大于1.5，無刺穿危險。所以，從海底土承載力計算結(jié)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(yè)。

根據(jù)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(nèi)的土質(zhì)主要為粘性土和砂性土，局部夾有密實的粉土/砂質(zhì)粉土夾硬的粉質(zhì)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(yè)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(jié)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(yè)極限水深海域開展插樁深度預(yù)測研究十分必要，能夠保證插樁就位及后續(xù)鉆完井作業(yè)安全。

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

3） 對文昌8-3E油田海洋石油941平臺插樁作業(yè)刺穿風險進行了分析，研究結(jié)果表明在正常作業(yè)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(yè)于西南石油學院鉆井工程專業(yè)，長期從事鉆完井技術(shù)工作，現(xiàn)為中海石油（中國）有限公司湛江分公司鉆完井部經(jīng)理。