摘要：為降低動平臺在埕島油田反復(fù)插拔樁地區(qū)的就位風(fēng)險，對反復(fù)插拔樁形成的不均勻海床通過海底地形地貌調(diào)查、規(guī)劃治理范圍和深度并選擇合適機械進行定位施工、預(yù)后分析等海底修復(fù)措施，最后通過案例分析該海底修復(fù)方法在實際工程中的應(yīng)用，該海底修復(fù)方法可以增加樁靴入泥深度，減少動平臺滑樁、穿刺風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：海底修復(fù)；埕島油田；動平臺；地形地貌調(diào)查；就位風(fēng)險

中圖分類號： P 7 5 1 文獻標(biāo)志碼： A 文章編號： 1 0 0 5-9 8 5 7（ 2 0 2 4） 1 0-0 1 5 5-0 8

基金項目：山東博士后科學(xué)基金資助（ S D B X 2 0 2 3 0 7 1）.

A p p l i c a t i o no fS e a b e dR e m e d i a t i o nT e c h n o l o g yt oP i l e P l a c e m e n t o nt h eJ a c k - U pi nC h e n g d a oO i l f i e l d

Z HAN GD a1，L YU M i n g x i2，Z HA IW e n q i2，L I NZ e n g y o n g3，ANT a o3

（ 1. Q i n g d a oH u a n h a iM a r i t i m eE n g i n e e r i n gP r o s p e c t i n gI n s t i t u t eC o . ，L t d，Q i n g d a o2 6 6 0 0 0，C h i n a； 2. S h e n g l iX i n k e（ S h a n d o n g）S u r v e ya n dM a p p i n gC o . ，L t d，D o n g y i n g2 5 7 0 0 0，C h i n a； 3. S i n o p e cS h e n g l iP e t r o l e u mE n g i n e e r i n gC o . ，L t d，D o n g y i n g2 5 7 0 0 0，C h i n a）

A b s t r a c t：I no r d e r t or e d u c e t h e r i s ko f t h em o v i n gp l a t f o r mb e i n g i np l a c e i nt h ea r e ao f r e p e a t -e dp i l e i n s e r t i o na n de x t r a c t i o n i nC h e n g d a oO i l f i e l d，t h eu n e v e ns e a b e d f o r m e db yr e p e a t e dp i l e i n s e r t i o na n de x t r a c t i o n i s r e p a i r e d t h r o u g hs e a b e d t o p o g r a p h ya n dg e o m o r p h o l o g y i n v e s t i g a t i o n，p l a n -n i n go f t r e a t m e n t s c o p ea n dd e p t h，s e l e c t i o no f s u i t a b l em a c h i n e r y f o r c o n s t r u c t i o n，p o s i t i o n i n g c o n s t r u c t i o n，p r o g n o s i sa n a l y s i s，e t c . T h r o u g hc a s e a n a l y s i s，t h i s s e a b e dr e p a i r c a n i n c r e a s e t h e d e p t ho f p i l e s h o e s e n t e r i n g t h em u d， r e d u c e t h e r i s ko f s l i d i n gp i l e s a n dp u n c t u r eo n t h em o v i n g p l a t f o r m.

K e y w o r d s：S e a b e dr e m e d i a t i o n，C h e n g d a oo i l f i e l d，J a c k - u p，T o p o g r a p h i ca n dg e o m o r p h o l o g i c s u r v e y，P o s i t i o nr i s k

0 引言

由于埕島油田反復(fù)插拔樁形成的擾動土區(qū)域回填較多粒狀土，動平臺在擾動土區(qū)域插樁越來越淺。非擾動土區(qū)域插樁深度較深，擾動土體和非擾動土體形成的不均勻海床已經(jīng)逐漸覆蓋了埕島油田動平臺插樁主要區(qū)域[ 1]。反復(fù)插拔樁形成的不均勻海床會增加動平臺液化下沉、穿刺、滑樁風(fēng)險。因此如何有效降低動平臺就位風(fēng)險已經(jīng)成為埕島油田動平臺多次就位面臨的主要問題[ 2]。

國際上，針對動平臺海底修復(fù)方法如回填處理、反復(fù)踩踏等， I S O1 9 9 0 5-1規(guī)范[ 3]在附錄A 9.4. 3中提出了反復(fù)插拔樁形成的樁坑對后期就位平臺樁靴帶來較大偏心力和滑移風(fēng)險，建議采用調(diào)整樁腿、反復(fù)踩踏、海底修復(fù)等措施。S NAME規(guī)范[ 4]提出當(dāng)動平臺就位在舊樁坑區(qū)域無法避免時，可以采取舊樁坑回填的海底修復(fù)措施，回填物的可去除能力、抗沖刷能力以及和周邊海床的土體強度匹配性是選擇的重點。KONG V W[ 5]提出了回填舊樁坑需要考慮較高的偏心彎矩，動平臺二次就位回填材料選擇需要進一步的試驗研究。

國內(nèi)方面，針對動平臺就位的海底修復(fù)技術(shù)較少，采用措施和國際上類似，降低海床不均勻性的措施如樁坑回填、踩踏舊樁坑等，《海洋生態(tài)修復(fù)技術(shù)指南第1部分：總則》[ 6]針對生態(tài)修復(fù)工程方案應(yīng)符合國土空間生態(tài)修復(fù)規(guī)范、海洋生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃等相關(guān)規(guī)定，符合“兩空間內(nèi)部一紅線”的相關(guān)管控要求，充分利用現(xiàn)用地形、水文、生物等環(huán)境和資源條件；最大限度減少對自然生態(tài)空間的占用，避免產(chǎn)生不利影響；優(yōu)先選擇節(jié)能環(huán)保材料、工藝和技術(shù)。王家棟[ 7]提出了一種在南海海域“雞蛋殼”地層中采用牙輪鉆頭外加擴眼器在樁靴下鉆孔，以鉆孔主動穿刺方式鉆松表層地層、破壞硬地層的海底修復(fù)方法，降低動平臺就位傾覆風(fēng)險。戴霖[ 8]為解決滑樁問題提出了在舊樁坑區(qū)域采用反復(fù)踩踏將舊樁坑周圍隆起的材料擠壓向舊樁坑的海底修復(fù)方法。黃忠平[ 9]在尼日利亞D P - J井位動平臺就位項目中為滿足水深和導(dǎo)管架高限制要求，提出了動平臺就位的一種回填袋裝碎石或粗砂墩置換處理措施。

以上方法在埕島油田動平臺就位中依然存在一些不足。由于埕島油田動平臺移位頻繁，在同一井口多次就位，樁坑回填處理方法在選取合適材料以及回填后清理及后續(xù)平臺就位等依然存在較多問題，如在埕島油田為保護樁靴前期回填砂袋后期清理難度較高；埕島油田海域水動力較強，水下探摸或R OV攝像視野小，踩踏舊樁坑方法在現(xiàn)場拖航過程中實施難度較高；主動穿刺技術(shù)鉆孔數(shù)量多、成本較高以及在埕島油田導(dǎo)管架平臺存在作業(yè)受限等問題[ 1 0]。

本文介紹了一種適合埕島油田的海底修復(fù)方法，首先通過對就位區(qū)域進行工程地質(zhì)分析如動平臺穩(wěn)定持力層選取、工程地質(zhì)鉆孔分析和工程物探調(diào)查如多波束、淺剖、聲吶調(diào)查等，初步對海底修復(fù)區(qū)域進行調(diào)查；針對不同動平臺規(guī)劃修復(fù)范圍和深度，選擇合適機械進行施工，施工完成后進行二次海底修復(fù)區(qū)預(yù)后調(diào)查并結(jié)合實際動平臺就位情況分析就位穩(wěn)定性[ 1 1]。

1 工程地質(zhì)分析

海底修復(fù)在工程地質(zhì)分析中需要確定穩(wěn)定持力層位。埕島油田位于現(xiàn)代黃河三角洲的水下三角洲平原上，地勢西南高，東北低，地層特征以黏性土和粒狀土交互沉積。通過已有動平臺就位附近固定平臺、歷史就位動平臺工程地質(zhì)鉆孔坐標(biāo)和位置、已有動平臺就位歷史入泥資料和就位位置資料初步確定動平臺就位穩(wěn)定持力層位[ 1 2]。埕島油田動平臺穩(wěn)定持力層主要位于末次冰期時形成的陸相沉積層（圖1） ，主要位于地層界面間聲波阻抗的T 2反射界面，該層沉積物以中密到密實的粉土或粉砂、可塑到硬塑的粉質(zhì)黏土為主。根據(jù)2 0 2 1年3月至2 0 2 3年2月鉆孔資料統(tǒng)計，埕島油田持力層層頂埋深2.5 0～1 7. 8m，平均埋深1 1. 1 4 m，揭露厚度2.2 0～1 7.5 0m，平均厚度8.8 2m。

海底修復(fù)工作中通過確定穩(wěn)定持力層層位后，初步確定海底縱向上海底修復(fù)深度，再清除穩(wěn)定持力層層位上存在的插樁阻力增大層如鐵板砂層、擾動層，增加動平臺插樁深度、減小動平臺插樁過淺引起的穿刺風(fēng)險、液化下沉風(fēng)險、滑樁風(fēng)險等。

2 工程物探調(diào)查

通過工程物探調(diào)查對海底修復(fù)區(qū)域進行水深地形、海底地貌測量、淺地層剖面測量（圖2）。

2.1 水深地形測量

水深地下測量[ 1 3]作為海底修復(fù)工作的關(guān)鍵技術(shù)，分為單波束和多波束測量技術(shù)，單波束是利用聲波在均勻介質(zhì)中將勻速直線傳播和在不同介質(zhì)界面上將產(chǎn)生反射的原理。多波束是利用發(fā)射換能器基陣向海底發(fā)射寬扇區(qū)覆蓋的聲波，并由接收換能器基陣對海底回波進行窄波束接收。

通過水深地形測量確定水下目標(biāo)物可分為自然形成和人工形成。自然形成的水下目標(biāo)物如海底修復(fù)區(qū)域自然形成的水深和海底高低變化。人工形成的水下目標(biāo)物，如，先前動平臺就位過程中形成的樁坑、樁靴防護投放的砂袋、動平臺鉆井或修井作業(yè)過程中產(chǎn)生的巖屑、海底電纜管道位置、海底沖溝和海底壓塊等。

2.2 海底地貌測量

海底地貌測量[ 1 4]主要利用側(cè)掃聲吶技術(shù)，通過電纜為水下拖魚供電，控制單元通過軟件將命令傳送至拖魚換能器上，產(chǎn)生的聲脈沖通過水體傳送出去，海底的瞬時回波被拖魚換能器接收，按照時變增益曲線放大、再通過電纜發(fā)送到控制軟件中，后期通過信號處理提供直觀海底形態(tài)聲成像圖（圖3）。

2.3 淺地層剖面測量

淺地層剖面測量[ 1 5]主要基于水聲學(xué)原理的連續(xù)走航式探測海底淺部地層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的地球物理方法，它利用聲波在海水和海底沉積物中的傳播和反射特性及規(guī)律對海底沉積物結(jié)構(gòu)和構(gòu)造進行連續(xù)探測，從而獲得較為直觀的海底淺部地層結(jié)構(gòu)剖面。淺地層剖面的基本原理是聲學(xué)原理。聲波是物質(zhì)運動的一種形式，由物質(zhì)的機械運動而產(chǎn)生，通過質(zhì)點間的相互作用將振動由近及遠地傳播。聲波在不同類型的介質(zhì)中具有不同的傳播特征，當(dāng)巖土介質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)和密度等因素發(fā)生變化時，聲波的傳播速度、能量衰減及頻譜成分等亦將發(fā)生相應(yīng)變化，在彈性性質(zhì)不同的介質(zhì)分界面上還會發(fā)生波的反射和投射。

3 規(guī)劃修復(fù)范圍和深度

通過查明海底地形地貌、海底表面狀況、海底障礙物、投砂區(qū)分布狀況。結(jié)合物探調(diào)查資料，對作業(yè)平臺就位區(qū)域的海底砂堆、砂坑、固體廢棄物等分布情況進行調(diào)查分析，并將有礙平臺后續(xù)施工的海底障礙物通過海底修復(fù)船進行清除，再利用海底修復(fù)船的抓斗作業(yè)，把樁腿預(yù)就位區(qū)域的泥面（ 1 2.0m×1 2.0m范圍）向下挖深1.0～2.5m，從而保障作業(yè)平臺就位施工的安全（圖4）。

4 修復(fù)施工流程

為保障作業(yè)平臺在井位順利就位和施工作業(yè)安全，首先要對作業(yè)平臺就位區(qū)域使用導(dǎo)航定位、多波束等物探設(shè)備進行海底調(diào)查，通過海底調(diào)查資料分析，查明作業(yè)海區(qū)的水深地形、海底地貌、砂袋及障礙物分布情況；然后通過海底修復(fù)、樁腿位置挖泥處理（挖深約1.0～2.5m）、潛水探摸等作業(yè)，使得就位區(qū)域的砂袋、作業(yè)平臺預(yù)就位樁腿處地層得到有效清除，從而保障作業(yè)平臺施工安全。

平整修復(fù)過程中，每天對修復(fù)進度及效果進行導(dǎo)航定位、多波束等物探設(shè)備進行物探調(diào)查、潮汐觀測、潛水探摸等工作。

修復(fù)后，再次使用導(dǎo)航定位、多波束等物探設(shè)備進行物探調(diào)查，根據(jù)調(diào)查成果，判斷修復(fù)和挖泥作業(yè)效果，對殘留障礙物再進行修復(fù)和潛水探摸、強磁打撈等工作，直至達到作業(yè)要求，并出具技術(shù)報告。

5 預(yù)后分析

根據(jù)后期工程地質(zhì)調(diào)查和工程物探調(diào)查及實際插樁結(jié)果進行預(yù)后分析平臺插樁就位安全性。

6 案例分析

埕島油田A井位位于埕島海域（圖5） ，為海底修復(fù)的重點區(qū)域。A井場水動力以受侵蝕為主，水深1 0～1 5m之間，位于埕島油田水下斜坡區(qū)，反復(fù)插拔樁樁坑內(nèi)易堆填粉土，表層沉積物是現(xiàn)代淺海沉積物與前黃河水下三角洲沉積物侵蝕、搬運、改造的混合堆積。

鉆井平臺和作業(yè)平臺多次就位本井位，平臺插拔樁后形成的擾動區(qū)在縱向和橫向上土質(zhì)不均勻性極強。2 0 1 4年8月B 2平臺就位A井位，如表1所示，插樁深度0.4 7～0.9 4m。2 0 1 4年8月為應(yīng)對B 2平臺就位過淺引起的滑樁風(fēng)險，前期進行投砂防護B 2平臺樁靴。如圖6所示， 2 0 2 2年9月多波束和聲吶效果圖中砂堆依然存在，砂堆比周圍平坦海底高出0.6～1.0m。

動平臺參數(shù)見表2，根據(jù)2 0 1 4年8月B 2平臺就位A井位工程地質(zhì)調(diào)查成果顯示，如表3至表4所示， A井位海床存在3 .7 ～6 .1m厚粉質(zhì)黏土層，黏性土設(shè)計抗剪強度1 0 0 .2～1 2 2 .6k P a，該層非常硬的粉質(zhì)黏土在插樁過程中會形成較大阻力，如表1所示，實際入泥0 .4 7 ～ 0 .9 4m，并為了保護樁靴不受海底水動力作用發(fā)生掏空現(xiàn)象進行投砂防護，如圖7聲吶顯示拋砂效果圖。投砂防護優(yōu)點是有利于已就位平臺樁靴不受海底掏空引起的液化下沉、滑樁等風(fēng)險，缺點是不利于下次動平臺就位該井口。為了實現(xiàn)A井位二次就位，采用海底修復(fù)船對A井位進行修復(fù)。

2 0 2 2年1 1月至1 2月進行海底修復(fù)，工作主要通過船舶作業(yè)完成，首先船舶拋錨定位完成，通過船上重力式抓泥裝置進行海底修復(fù)作業(yè)，抓斗將海底砂袋、表層硬土層等從海底表面運送至運輸船，并及時清理散落海面的雜物，清障船拋錨定位完成后，通過船上抓斗入水至海底進行清障作業(yè)，抓斗將海底砂袋抓起打撈出水后，放置于運輸船上，對于散落海面的砂袋及雜物使用沖鋒舟進行清理，反復(fù)進行此流程直至完成全部工作。砂袋清理完成后，再通過抓斗把樁腿預(yù)就位區(qū)域內(nèi)的海底泥面向下挖深1.0～2.5m。平整清障過程中，每天對清障進度及效果進行導(dǎo)航定位、多波束等物探設(shè)備進行物探調(diào)查、潮汐觀測、潛水探摸等工作，根據(jù)調(diào)查成果，判斷清障和挖泥作業(yè)效果，對殘留障礙物再進行清障和潛水探摸等工作，直至達到作業(yè)要求。使得就位區(qū)域的砂袋、作業(yè)平臺預(yù)就位樁腿處地層得到有效清除，從而保障作業(yè)平臺施工安全。多波束效果如圖8所示，通過海底修復(fù)，樁靴就位區(qū)域砂堆明顯清除，且下挖深度滿足沒過樁靴要求。

2 0 2 2年1 2月針對B 1平臺進行工程地質(zhì)調(diào)查，鉆孔位置分別位于B 1平臺設(shè)計就位艏樁、左艉樁、右艉樁樁靴下，工程地質(zhì)調(diào)查參數(shù)見表5至表7，根據(jù)《海上平臺場址工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（ G B/T1 7 5 0 3-2 0 0 9）和《海洋井場調(diào)查規(guī)范》（ S Y/T6 7 0 7 - 2 0 1 6） ，插樁理論深度艏樁1 .7m，左艉樁理論計算深度1 .7m，右艉樁理論計算深度1 .7m；綜合樁坑土體的不均勻性及海底修復(fù)后的高度差，推薦艏樁入泥深度1.0～ 3.8m；推薦左艉樁入泥深度1.0～3.8m；推薦右艉樁入泥深度1.2～4.0m。

2 0 2 3年1月B 1平臺就位A井口，最終艏樁入泥1.3 5m，左艉樁入泥2.3 1m，右艉樁入泥2.2 6m，實際入泥和預(yù)計入泥相符，滿足規(guī)范及就位安全性。

7 總結(jié)

海洋工程的特殊性決定了海底修復(fù)工作的難度，埕島油田動平臺反復(fù)插拔樁的海底修復(fù)工作作為一項綜合性技術(shù)，融合工程物探調(diào)查、工程地質(zhì)調(diào)查、海洋工程施工等技術(shù)，在解決埕島油田動平臺反復(fù)插拔樁形成的擾動土層的不均勻問題中具有較強的指導(dǎo)意義，有效降低穿刺風(fēng)險、滑樁風(fēng)險、液化下沉風(fēng)險，增加動平臺插樁深度，提高動平臺就位穩(wěn)定性。

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