韋紅術(shù) 鄧玉明 同武軍 孫子剛 趙蘇文 趙維青

1.中海石油深海開發(fā)有限公司；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司

隨著深水油氣田開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和開發(fā)力度的加強(qiáng)，在現(xiàn)有的技術(shù)背景下，行業(yè)面臨高昂的成本與高風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)。如何基于目前成熟的技術(shù)，運(yùn)用多學(xué)科綜合力量，嘗試新的工藝探索應(yīng)用以降低深水油氣田開發(fā)各階段的風(fēng)險(xiǎn)與成本，成為業(yè)內(nèi)亟待解決的問題。

近年來，業(yè)內(nèi)提出將打樁技術(shù)與深水鉆井表層導(dǎo)管安裝結(jié)合來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管的批量安裝，并在巴西海域進(jìn)行了應(yīng)用［1］。實(shí)踐證明，在特定背景下，該方法有良好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，如土壤撓動(dòng)程度小、降低淺層地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、導(dǎo)管承載力時(shí)效性高等。鑒于國(guó)內(nèi)對(duì)該技術(shù)應(yīng)用的專項(xiàng)技術(shù)性分析匱乏，筆者通過充分的調(diào)研與分析，介紹了水下打樁技術(shù)的基本原理、流程、關(guān)鍵點(diǎn)內(nèi)涵和技術(shù)優(yōu)勢(shì)與局限，為解決該技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)南海深水油氣開發(fā)面臨的難點(diǎn)與方案制定提供參考。

1 水下打樁機(jī)理

深水鉆井導(dǎo)管水下打樁是指將表層導(dǎo)管視為管樁，采用打樁的方式，將整串導(dǎo)管錘至設(shè)計(jì)入泥深度，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管的安裝。它是依靠導(dǎo)管自重和樁錘的沖擊力，在深水水下環(huán)境將表層導(dǎo)管錘入地層的方法。打樁全過程導(dǎo)管與樁錘始終完全處于水下環(huán)境。

深水表層導(dǎo)管水下打樁的機(jī)理與目前海洋工程平臺(tái)導(dǎo)管打樁相似，整串表層導(dǎo)管被視為一根鋼樁，通過水下液壓錘加速下落的錘體沖擊樁頭，錘體通過沖擊的形式將打擊能量傳遞給樁。撞擊過程結(jié)束后，打擊能量以應(yīng)力波的形式在樁體和土壤中傳播，首先是在樁內(nèi)進(jìn)行能量傳遞，這個(gè)過程中樁承擔(dān)能量傳遞的媒介，進(jìn)而通過樁和土壤的接觸將能量傳遞至整個(gè)土壤，克服地層的土阻力，最終使樁下沉貫入土層，從而把后續(xù)載荷傳遞到較深和較強(qiáng)的土層中去，荷載傳遞同時(shí)出現(xiàn)在樁側(cè)表面和樁端支撐面上，并且涉及離開樁的相當(dāng)距離范圍內(nèi)的土體［2］。

在軸向極限承載力的確定機(jī)理上，它主要由導(dǎo)管的側(cè)向摩擦阻力和端部摩擦阻力共同確定，計(jì)算方法以API 規(guī)范法為主。導(dǎo)管打樁后承載力具有時(shí)效性，合理分析承載力時(shí)效性［3-4］對(duì)導(dǎo)管的穩(wěn)定性有重要影響。

在分析打樁過程時(shí)，其涉及因素很多，就管-土-錘打樁系統(tǒng)本身而言需要考慮導(dǎo)管規(guī)格與材質(zhì)、液壓錘規(guī)格與性能以及土質(zhì)特性等，由于在水下環(huán)境打樁，還需要考慮水流力［5］對(duì)打樁系統(tǒng)的影響。

基于動(dòng)力沉樁機(jī)理的導(dǎo)管水下打樁技術(shù)涉及水流力學(xué)、土力學(xué)及材料力學(xué)等學(xué)科，理論方法包括彈性理論、有限元法［6-7］、動(dòng)力打樁公式法［8］及一維波動(dòng)方程法等。目前分析深水導(dǎo)管打樁過程主要以有限元法及一維波動(dòng)方程法［9］為主。

2 水下打樁基本流程

深水表層導(dǎo)管水下打樁施工所需要的物料及裝備主要包括導(dǎo)管、低壓井口頭、工程船、物料船、拖輪、深水液壓打樁錘、扶正導(dǎo)向基盤/扶正框、導(dǎo)管串入水工具(吸入頭)以及獨(dú)立水下鋼纜升沉補(bǔ)償器等。表層導(dǎo)管水下打樁的施工基本流程：(1)加工組裝導(dǎo)管串和基盤/扶正框；(2)裝載液壓錘、基盤/扶正框、導(dǎo)管串；(3)動(dòng)員船舶至井位；(4)布置基盤/扶正框(視情況而定)；(5)放置導(dǎo)管串；(6)放置液壓錘至導(dǎo)管頂部；(7)液壓錘將導(dǎo)管錘入設(shè)計(jì)入泥深度；(8)回收液壓錘、基盤/扶正框；(9)復(fù)原。表層導(dǎo)管水下打樁作業(yè)示意圖如圖1 所示。

圖1 深水鉆井導(dǎo)管打樁作業(yè)示意圖Fig.1 Schematic piling operation of deepwater drilling conductor

根據(jù)一次性集中作業(yè)數(shù)量情況，可分為單井導(dǎo)管打樁和多井批量導(dǎo)管打樁2 種方式，二者所需主要裝備及工具大致相同。單井打樁在扶正需求上可能只需要獨(dú)立的水下扶正框，而多井批量打樁更適合用海底基盤。因此，基于作業(yè)井?dāng)?shù)與土質(zhì)特性的不同，所采用的施工方案及工序也可能不同，從而所需工程船的裝備配置與能力及輔助工具也不同，要根據(jù)實(shí)際情況擬定，以達(dá)到作業(yè)優(yōu)化高效的目的。

批量導(dǎo)管打樁與單井導(dǎo)管打樁在工序與工具上的使用基本相似。在深水鉆井導(dǎo)管水下打樁作業(yè)中，二者都要考慮導(dǎo)管穩(wěn)定性的問題，這也決定了后續(xù)輔助工具可能不同。對(duì)于油氣田多井槽的批量打樁可能需要用特定尺寸的基座進(jìn)行定位與穩(wěn)定導(dǎo)管，而單井打樁可能只需要簡(jiǎn)易的海底扶正器/框架來增強(qiáng)其作業(yè)的穩(wěn)定性。

批量水下打樁方案，按照施工方式的不同，可分為兩種打樁方案：方案1，將導(dǎo)管逐根送入泥后再錘入設(shè)計(jì)深度；方案2，批量將導(dǎo)管送入泥后，回收送入工具，再批量將導(dǎo)管錘入設(shè)計(jì)深度。

根據(jù)行業(yè)實(shí)踐，方案2 的平均單井時(shí)效比單井打樁時(shí)效要高，且批量打樁井?dāng)?shù)越多，整體施工效率就相對(duì)越高，從而降低了單井打樁綜合成本。

3 水下打樁關(guān)鍵技術(shù)分析

導(dǎo)管是深水鉆井井身結(jié)構(gòu)的重要組成部分。表層導(dǎo)管通過高壓井口頭的聯(lián)合作用，為后續(xù)的套管串、水下防噴器組提供基礎(chǔ)承載和支撐，并承擔(dān)著泥線附近的彎曲載荷。表層導(dǎo)管下入深度應(yīng)滿足井口設(shè)備、表層套管固井及套管坐掛等工況下的承載力要求［10］。導(dǎo)管安裝還要考慮潛在的淺層氣或淺層流等淺層地質(zhì)災(zāi)害挑戰(zhàn)。實(shí)踐證明，通過打樁技術(shù)來安裝深水鉆井導(dǎo)管，由于其對(duì)土壤撓動(dòng)程度小，可以有效降低淺層地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，提高施工安全性。

因此，在深水鉆井導(dǎo)管水下打樁項(xiàng)目前期準(zhǔn)備中如何把握關(guān)鍵因素并做好相應(yīng)預(yù)案，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)準(zhǔn)備及后期作業(yè)具有重要意義。

影響表層導(dǎo)管水下打樁工藝的主要因素為打樁錘系統(tǒng)、土系統(tǒng)、導(dǎo)管系統(tǒng)。通過對(duì)3 個(gè)系統(tǒng)建立打樁系統(tǒng)模型，再結(jié)合工程船及輔助裝備進(jìn)行綜合分析，制定出最優(yōu)水下打樁方案。

3.1 導(dǎo)管的設(shè)計(jì)與加工

深水油氣田鉆井工程領(lǐng)域通常使用的表層導(dǎo)管的外徑主要為762 mm (30 in)至1 066.8 mm (42 in)，采用傳統(tǒng)方法安裝時(shí)，導(dǎo)管是在鉆井平臺(tái)上逐根連接下入。每根導(dǎo)管的外徑一般相同，而單根導(dǎo)管的壁厚根據(jù)不同位置的受力不同而存在差異。采用打樁方法安裝導(dǎo)管時(shí)，由于利用工程船取代了鉆井平臺(tái)，受設(shè)備能力等限制，需要在陸地提前將導(dǎo)管焊接成一串整體的導(dǎo)管串，因此要提前設(shè)計(jì)好導(dǎo)管的壁厚與長(zhǎng)度，再進(jìn)行焊接加工及檢測(cè)以滿足作業(yè)要求。

在設(shè)計(jì)導(dǎo)管的壁厚與長(zhǎng)度時(shí)，由于采用的是打樁的方法，因此，除了要滿足采用傳統(tǒng)方法安裝的設(shè)計(jì)要求(導(dǎo)管的承載能力、井口-導(dǎo)管系統(tǒng)強(qiáng)度和穩(wěn)定性、井生命周期內(nèi)的導(dǎo)管系統(tǒng)強(qiáng)度)，導(dǎo)管的強(qiáng)度還要能承受打樁工況下的載荷，這對(duì)導(dǎo)管的焊接質(zhì)量也提出很高的要求。

導(dǎo)管在打樁工況下，液壓錘每次錘擊導(dǎo)管都會(huì)對(duì)導(dǎo)管及焊接處產(chǎn)生拉伸及壓縮的循環(huán)應(yīng)力波從而對(duì)導(dǎo)管及井口頭產(chǎn)生疲勞損傷。目前主流的疲勞損傷評(píng)估方法主要是基于最大拉應(yīng)力與張應(yīng)力進(jìn)行評(píng)估分析［11］，它還與地質(zhì)參數(shù)及入泥深度相關(guān)。通常保守地假定打樁過程中最大應(yīng)力沿導(dǎo)管長(zhǎng)度分布，即整個(gè)導(dǎo)管串都承受打樁錘的每次錘擊。疲勞受力在導(dǎo)管串的焊縫最集中，焊縫疲勞受力最嚴(yán)重，包括導(dǎo)管單根之間的環(huán)形焊縫和導(dǎo)管本體的縱向焊縫，尤其低壓井口頭與導(dǎo)管之間的環(huán)形焊縫。低壓井口頭與第1 根導(dǎo)管的焊接質(zhì)量非常關(guān)鍵，因其長(zhǎng)期要承受高的應(yīng)力，分別來自打樁作業(yè)及鉆井作業(yè)期間隔水管連接后產(chǎn)生的應(yīng)力以及生產(chǎn)期間連接生產(chǎn)立管產(chǎn)生的應(yīng)力。因此，鑒于導(dǎo)管焊縫質(zhì)量與強(qiáng)度的關(guān)鍵性，在導(dǎo)管加工期間對(duì)焊接質(zhì)量要求與強(qiáng)度檢測(cè)需要嚴(yán)格管控，要針對(duì)相應(yīng)的焊接工藝，建立嚴(yán)格的無損檢測(cè)方案，確保焊縫質(zhì)量滿足施工要求。

國(guó)內(nèi)在海洋工程管材焊接技術(shù)與焊縫檢測(cè)技術(shù)方面，尤其在埋弧自動(dòng)焊及ECA 試驗(yàn)檢測(cè)，目前的技術(shù)現(xiàn)狀［12-14］能滿足深水打樁導(dǎo)管的焊制要求。在深水鉆井導(dǎo)管的打樁工況下的導(dǎo)管設(shè)計(jì)方面，由于目前國(guó)內(nèi)尚無實(shí)踐應(yīng)用，相關(guān)針對(duì)性研究文獻(xiàn)較少。因此，建議針對(duì)深水打樁工況下的導(dǎo)管柱設(shè)計(jì)方法與關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)一步開展研究，為該技術(shù)在我國(guó)南海的應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)。

3.2 深水水下打樁錘的選型

深水水下打樁錘是打樁作業(yè)的關(guān)鍵裝備，通常深水領(lǐng)域水下工程施工中主要使用液壓打樁錘。不同型號(hào)的液壓錘其規(guī)格及輸出能量不同，適用環(huán)境也不同。

深水打樁錘的能力與可靠性要能夠適應(yīng)深水環(huán)境。通常深水打樁錘在選型時(shí)其能力及性能上要考慮以下因素：(1)能在深水的高水壓低溫環(huán)境下，仍可保證液壓錘深水作業(yè)時(shí)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、錘擊系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間正常工作并且錘擊效率穩(wěn)定；(2)液壓錘能在深水環(huán)境下實(shí)現(xiàn)非觸水錘-樁能量傳遞，減少能量傳遞環(huán)節(jié)及損失，確保其錘擊效率；(3)樁錘及其水下控制管線要長(zhǎng)時(shí)間承受海水的腐蝕與水柱壓力，因此要求其有相應(yīng)的防腐能力和密封能力，確保液壓錘長(zhǎng)期在水下仍能保持性能穩(wěn)定；(4)便于運(yùn)輸、安裝，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)操作方便，關(guān)鍵零部件儲(chǔ)備與更換方便,現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)期間故障率低且故障處理不復(fù)雜,后期維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單且成本低。

針對(duì)具體的打樁應(yīng)用工程，在已知地質(zhì)參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行水下打樁錘的精細(xì)化選型，需要綜合考慮導(dǎo)管模型、錘模型及土模型三者的相互影響關(guān)系。

打樁錘的精細(xì)化選型主要方法有錘擊能量法、經(jīng)驗(yàn)綜合比較法和波動(dòng)方程法等，每種方法所針對(duì)的應(yīng)用領(lǐng)域有所區(qū)別。目前水下打樁作業(yè)選錘的主流方法是波動(dòng)方程法。無論打樁錘選型采用什么方法，總體上要把握的原則是考慮滿足鉆井導(dǎo)管克服地層對(duì)其的錘入阻力，沖擊能力過大或過小的打樁錘對(duì)于打樁作業(yè)都不利［15］。同時(shí)還要確保打樁錘輸出能量不會(huì)使井口-導(dǎo)管系統(tǒng)在打樁過程中受到破壞，但又要保證錘擊的效率和錘自身不受到破壞，因此錘的打擊能量也不能太小，否則不僅無法有效將導(dǎo)管錘至設(shè)計(jì)深度，還會(huì)影響施工效率與進(jìn)度。

目前針對(duì)深水鉆井導(dǎo)管水下打樁錘選型相關(guān)綜合性研究文獻(xiàn)較少［16］，且深水液壓打樁錘資源少及費(fèi)率高昂，不同能量級(jí)別對(duì)應(yīng)的錘型費(fèi)率不同。因此，優(yōu)化樁錘的選型方法對(duì)技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性有積極作用，在應(yīng)用評(píng)估中要充分考慮樁錘費(fèi)用的影響，結(jié)合油氣田整體開發(fā)方案,充分提高裝備利用率與經(jīng)濟(jì)性。

3.3 導(dǎo)管可打入性分析

導(dǎo)管的可打入性分析是導(dǎo)管打樁設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，它是指通過分析導(dǎo)管在打樁過程與土壤的相互作用，在假定的打樁錘及入泥深度的前提下求解導(dǎo)管打樁應(yīng)力及導(dǎo)管的軸向承載力，并反向驗(yàn)證所假定錘能量下的導(dǎo)管打入深度及設(shè)計(jì)可行性。影響可打入性分析的因素主要有液壓錘的規(guī)格與性能、導(dǎo)管規(guī)格與材質(zhì)、土阻力模型以及土壤參數(shù)等。

分析打樁的公式有很多，早期基于撞擊原理的動(dòng)力打樁公式為主流計(jì)算分析方法。隨著打樁理論的研究發(fā)展，后續(xù)出現(xiàn)了波動(dòng)理論且不斷完善。目前深水表層導(dǎo)管水下打樁主要采用波動(dòng)理論的一維波動(dòng)方程法模擬分析導(dǎo)管打樁過程中導(dǎo)管的軸向承載力、入泥深度、應(yīng)力、樁錘能量及錘擊數(shù)等。

在運(yùn)用一維波動(dòng)方程進(jìn)行表層導(dǎo)管打樁分析時(shí)，由于表層土質(zhì)參數(shù)如土質(zhì)分層、土質(zhì)描述、土質(zhì)力學(xué)性能參數(shù)等通過解釋得來的數(shù)據(jù)精度有限，分析所需輸入?yún)?shù)中的土阻力與實(shí)際接近程度也有限，從而土阻力參數(shù)對(duì)打樁分析結(jié)果影響最為顯著，因此如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)土阻力對(duì)導(dǎo)管打樁分析極其關(guān)鍵。土阻力的計(jì)算方法主要有2 種，一種是以Steven和Semple 為代表的計(jì)算方法［17］，另一種方法是采用靜力觸探試驗(yàn)(CPT)進(jìn)行測(cè)定結(jié)果分析計(jì)算法。目前的深水工程及已實(shí)施相關(guān)案例，其在計(jì)算土阻力時(shí)通常采用Stevens 等(1982)和Puech 等(1990)推薦法及Semple &Gemeinhardt(1981)方法［18］，并結(jié)合以往水下打樁經(jīng)驗(yàn)。通過計(jì)算，建立上、下限值土阻力曲線圖，然后再通過基于一維波動(dòng)方程原理的計(jì)算機(jī)程序如GRLWEAP 和TNOWAVE 等對(duì)導(dǎo)管打樁全程進(jìn)行分析，指導(dǎo)工程施工。

導(dǎo)管的可打入性評(píng)估是深水鉆井導(dǎo)管打樁技術(shù)應(yīng)用可行性的一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容。在評(píng)估該技術(shù)在我國(guó)南海深水的適應(yīng)性時(shí)，可結(jié)合南海典型深水表層土壤特性，對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行可打性分析，評(píng)估我國(guó)南海深水開發(fā)典型導(dǎo)管能否安全錘至典型下入深度［19］。

3.4 低壓井口頭設(shè)計(jì)與選型主要考慮事項(xiàng)

低壓井口頭在井的結(jié)構(gòu)中承擔(dān)著重要的作用，其內(nèi)部承托環(huán)承載來自高壓井口頭的負(fù)荷，外部鎖槽承受來自基盤的負(fù)荷。雖然目前市場(chǎng)上井口供應(yīng)商提供的深水低壓井口頭種類較多，其規(guī)格也因應(yīng)用的針對(duì)性(應(yīng)用技術(shù)要求、安裝方法、泥墊安裝需求等)而有所不同，但其主要功能基本類似，而且所提供的低壓井口頭類型也主要針對(duì)傳統(tǒng)鉆井工藝的應(yīng)用，專門針對(duì)打樁用的低壓井口頭并不普遍。

深水打樁用低壓井口頭的設(shè)計(jì)除了要滿足傳統(tǒng)工藝施工的性能要求外，在打樁方面又提出了其他更苛刻的要求。在前期設(shè)計(jì)選型中，打樁用低壓井口頭的幾何尺寸需要考慮的主要問題有：(1)由于打樁錘的錘擊沖擊能量直接傳遞給低壓井口頭的頂部，因此其頂部端面的平整度要求高，同時(shí)頂部面積又要足夠大以分散錘的沖擊負(fù)荷；井口頭端部制造精度及與井口頭本體的垂直度方面極其重要，以防止在打樁作業(yè)期間低壓井口頭提前損壞；(2)低壓井口頭在打樁作業(yè)中還起到引導(dǎo)打樁錘的作用，因此其外部輪廓要有平滑的圓柱剖面，尤其是其與打樁錘匹配的引導(dǎo)段不能有外突形狀，以避免與打樁錘引導(dǎo)筒不匹配；(3)為了降低井口頭結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以增加其強(qiáng)度，在非必要的情況下，不考慮與高壓井口頭的預(yù)張力鎖緊結(jié)構(gòu)；(4)由于打樁作業(yè)方式與井口頭吊裝操作的特殊性，還要有其他特殊要求，如外部或內(nèi)部提升槽環(huán)、導(dǎo)流孔及相應(yīng)的孔堵頭等?？傊?，打樁用低壓井口頭的性能設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的低壓井口頭的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)可能會(huì)有所沖突，比如送入低壓井口頭的方式、水力影響等，這些傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)在打樁工藝中的重要性成為非主要考慮因素。

完成井口頭的規(guī)格設(shè)計(jì)與選型后，要對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核以確保其選定的規(guī)格結(jié)構(gòu)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。井口頭的疲勞受力始終貫穿井的生命周期，即初始打樁作業(yè)、鉆井作業(yè)、連接隔水管后作業(yè)、生產(chǎn)作業(yè)，尤其是TLP 平臺(tái)的生產(chǎn)方式對(duì)井口頭造成的疲勞應(yīng)力更為嚴(yán)重。因此，對(duì)井口頭-導(dǎo)管系統(tǒng)進(jìn)行疲勞分析對(duì)井的穩(wěn)定性極為重要。

目前我國(guó)南海深水開發(fā)的高低壓井口頭主要采用進(jìn)口常規(guī)井口。盡管我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)井口頭自主研發(fā)，但仍未大規(guī)模投入使用，且由于在國(guó)內(nèi)深水鉆井導(dǎo)管打樁技術(shù)尚無應(yīng)用案例，井口頭的研發(fā)設(shè)計(jì)并未考慮對(duì)水下打樁技術(shù)的適應(yīng)性。為加強(qiáng)關(guān)鍵裝備的自主化研究，進(jìn)一步積累沉淀行業(yè)創(chuàng)新技術(shù)，可將水下打樁技術(shù)適應(yīng)性列入井口的設(shè)計(jì)研制中，填補(bǔ)技術(shù)空白。

3.5 導(dǎo)管自由站立穩(wěn)定性與強(qiáng)度分析

導(dǎo)管自由站立穩(wěn)定性是指在導(dǎo)管完成初始入泥后，處于泥線以上的導(dǎo)管段在錘重或外載荷的相互作用下能否保持穩(wěn)定性的問題。這里的穩(wěn)定性主要指2 個(gè)方面：一是導(dǎo)管的傾斜角或撓度能否滿足設(shè)計(jì)要求；二是導(dǎo)管是否能滿足強(qiáng)度要求，不發(fā)生屈曲破壞。因此需要對(duì)導(dǎo)管的自由站立穩(wěn)定性及強(qiáng)度進(jìn)行校核，使其滿足規(guī)范的要求。

導(dǎo)管自由站立穩(wěn)定性分析通?？紤]導(dǎo)管受到的載荷包括導(dǎo)管自重、水流力載荷、錘重及錘重附加側(cè)向載荷。在進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管的綜合載荷進(jìn)行導(dǎo)管的強(qiáng)度校核［20］。最常見的載荷影響因素包括靜彎矩、軸向載荷、打樁錘初始放置時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向載荷及環(huán)境載荷等。這些載荷能使導(dǎo)管出海底泥線的最大自由站立高度受到限制，尤其在淺層土壤剪切強(qiáng)度較大或有硬夾層情況下，對(duì)水下打樁作業(yè)的影響更大。在已有案例中，采用了相關(guān)有限元分析軟件對(duì)導(dǎo)管柱進(jìn)行了建模，并根據(jù)API RP-2A WSD［21］推薦工況，進(jìn)行了考慮導(dǎo)管與土壤相互作用的穩(wěn)定性分析，該方法滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐要求。

導(dǎo)管的穩(wěn)定性分析是打樁分析的關(guān)鍵一步。在南海進(jìn)行應(yīng)用評(píng)估時(shí)，可結(jié)合南海典型深水表層土壤特性，對(duì)導(dǎo)管站立穩(wěn)定性展開研究，分析存在的挑戰(zhàn)并提出相應(yīng)的解決方案。

4 結(jié)論

(1)采用水下打樁法安裝深水鉆井導(dǎo)管經(jīng)實(shí)踐證實(shí)有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以避免采用傳統(tǒng)鉆井工藝時(shí)鉆遇如淺層氣、淺層高壓流及淺部斷層等引發(fā)的井下事故，有效降低了淺層地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，同時(shí)還能簡(jiǎn)化表層導(dǎo)管安裝施工作業(yè)等，而且在特殊的項(xiàng)目背景下能夠顯著降低作業(yè)成本［22］。

(2)鑒于深水導(dǎo)管打樁技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，通過研究國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)分析了該技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)。由于篇幅限制，只對(duì)涉及的部分關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了概括性的分析，并立足國(guó)內(nèi)行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀，指出該技術(shù)在我國(guó)南海探索應(yīng)用存在的空白或挑戰(zhàn)，旨在為后續(xù)技術(shù)應(yīng)用研究方向提供參考。

(3)目前國(guó)內(nèi)深水鉆井導(dǎo)管打樁技術(shù)尚無應(yīng)用案例，若要在國(guó)內(nèi)進(jìn)行探索應(yīng)用，就要結(jié)合我國(guó)南海深水開發(fā)典型特點(diǎn)，針對(duì)性地解決關(guān)鍵點(diǎn)的技術(shù)挑戰(zhàn)。此外，由于在深水打樁錘裝備上仍高度依賴國(guó)外技術(shù)，其高昂費(fèi)用也限制了該技術(shù)在國(guó)內(nèi)的探索應(yīng)用。因此，還要加快形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的深水裝備，為我國(guó)深水開發(fā)提供技術(shù)儲(chǔ)備，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)的技術(shù)空白。