于辰、丁意达、王佳康、胡南丁、周健一、张昌超
中国石油大学（北京）102249
摘要：随着国家能源七年行动计划的实施，国内各大石油公司加大了勘探开发力度。自升式钻井平台是海上油气勘探开发的主要钻探设备，在钻完井作业中占据非常重要的地位，中国近海近８０％的气井开发都是通过自升式钻井平台作业完成的。不同的自升式钻井平台在升船气隙、覆盖能力和插桩能力等方面不一样，因此在自升式钻井平台就位时需要对水深、升船气隙、生产平台顶甲板设施、井口布局、插桩等情况进行详细计算和分析，才能选择合适的钻井平台进行钻完井作业。某钻井平台在渤海中部某区块避风临时升船，由于实际插桩超出预测深度，也超出该钻井平台的插桩极限值，因此只能紧急撤离寻找周围其他井位，在海上超过安全拖航风力等级的大风情况下，出现这种情况非常危险。另外，在作业者安排钻机时，由于选型过程与实际情况存在出入，临时换船的情况时有发生，会影响作业进度。针对计划就位位置的海洋地球物理条件、作业工况和作业要求选择匹配的自升式钻井平台可对海上钻井作业顺利进行提供前期基础性保障。在实际自升式钻井平台就位方案预研究、分析和设计时，往往由于钻机资源档期和人为因素，出现“大船小用、小船大用”的情况。因此，如何选择匹的钻机，从而高效、安全地对渤海整装油田进行发，是重大且关键的课题。基于此，本篇文章对混合破坏模式在自升式钻井平台插桩中的应用进行研究，以供参考。
关键词：混合破坏模式；自升式；钻井平台插桩；应用
引言
在海洋油气开发中，海上钻井平台事关海洋油气与深海油气的开发与发展，与国家能源开发息息相关，是决定经济安全的重要因素。自升式钻井平台由于其优良的经济性、成熟的技术和较的作业能力，受到广泛的欢迎。本文主要对混合破坏模式在自升式钻井平台插桩中的应用等进行阐述。
1多功能化
钻井平台多功能化是指在以钻井为主要功能的同时，不改造或少量改造就可以兼顾一些其他作业，以便在钻井市场低迷的时候减少平台闲置率。钻井平台多功能化并不是简单的堆砌多种作业所需设备，必须考虑设备兼用性、折旧费、维保难度以及这些问题带来的经济效益折减。常见的做法是钻井为主兼顾采油，或采油为主兼顾修井。目前国内外MOPU平台的常规作业水深为30~40m，而国内延长测试最大水深已达到90m。该项目采用自升式钻井平台作为井口装置，产出介质直接通过海管进入中心平台处理流程，测试期1年，期间经历了数次台风考验，未造成影响。测试前对自升式钻井平台进行了极少量的改造，以便项目完成后迅速恢复钻井能力。该项目的成功为多功能平台提供了良好的借鉴。钻井设备所需甲板载荷较大，对甲板空间的要求不高；采油设备所需甲板空间较大，对甲板载荷的要求不高。如何统筹这些需求，设计出兼具钻井和采油功能的平台，将是未来的研究方向之一。
2平台主要受损位置
平台桩腿主要由桩靴、主弦管、齿条、斜撑管、水平管组成，自升式平台穿刺后侧倾，桩靴底部承受的瞬间集中载荷过大而使得结构应力超过屈服强度产生塑性变形。主船体倾斜后与桩腿接触位置会有瞬间冲击力，同样会造成该段桩腿齿条偏磨和主弦管受到损坏。
3平台修理
（1）桩靴修理。1)切割区域要清水、清泥，并且用淡水冲洗换板区域，降低钢板盐分含量，提高工艺质量。2)桩靴顶板和底板切割时，在无齿齿条连接的角焊区域，必须留根切割，防止割伤齿条;要求现场施工时留根20mm，待旧板割除后，使用气刨刨除留根部分;切割前还需对齿条与桩靴顶板及底板连接区域(热影响区域约300mm的范围)进行预热处理，使用电加热片加热，确保受热均匀。3)桩靴顶板、底板切割时，需按施工图画好切割线，保证切割现场干燥、清洁。4)施工前，必须对舱室进行测爆、测毒等，排除危害源以后，方可进行施工。
5)施工时，需在桩靴顶板上开2个工艺孔，用于通风以及人员、设备进出。6)探伤检验。所有角焊缝位置要100%磁粉检测(MT);所有对接缝位置100%超声检测(UT);射线检测(ＲT)应由船东及船检现场定位置。必须进行水密、气密实验。（2）爬升齿条修理。1)齿条的检验方法。使用钢板(或铝合金板)制作1:1齿形的模板，现场比对，与模板完全重合及与模板间隙小于或等于5mm的齿定义为堆焊处理合格，与模板间隙大于5mm的所有齿，均需要打磨堆焊修复处理。
4插桩预测选型
综合考虑桩腿间相互作用、动载、回填土等因素，建立全新的自升式钻井平台插桩深度预测方法。与ＡＰＩ方法相比，新算法考虑桩间相互作用、动载、回填土效应等３个要素，插桩深度计算式为Ｑｚｙ≤ｆＡｓ＋ｑＡｐ－ａＰ０Ａ′ｐ（1）式中：Ｑｚｙ为钻修船桩腿最大压载量，ｋＮ；ｆ为钻修船桩腿侧向摩擦力，Ｎ／ｍ２；Ａｓ为桩腿侧向有效面积，ｍ２；ｑ为海底土某深度的桩腿端承载力，Ｎ／ｍ２；Ａｐ为桩靴面积，ｍ２；ａ为回填土无量纲因数（０．３～０．６）；Ｐ０为上覆土体压力，Ｎ／ｍ２；Ａ′ｐ为桩腿回填有效面积，ｍ２。
5混合破坏模式在自升式钻井平台插桩中的应用分析
5.1混合破坏模式
在工作实践中发现，对于某些地质条件比较复杂的井场，自升式钻井平台插桩过程中的破坏模式并不是单一的穿刺破坏模式或者排挤破坏模式，按照这两种方法计算的结果与实际结果之间存在一定的偏差。在对实际插桩结果反分析的基础上，提出了一种新的破坏模式，即“混合破坏模式”。其破坏机理如图1所示，在桩靴的压载下，上部硬土层首先被压密;随着压载量的增加，上部硬层发生垂直剪切破坏，并暂时与桩靴形成一个整体一起向下运动，而中间的软土层被局部排挤压缩，且承载力也在逐渐增加;随着压载的继续增加，上部硬层受到的上部桩靴压力和下部地层的反力超过了它的承载极限，硬层被破坏，发生穿刺。
5.2桩端土体破坏模式的影响因素
综合钻井平台插桩实例，再结合文中各破坏模式的内生原理与差异，针对两强夹一弱等复杂地层，插桩过程中桩端土体破坏的影响因素总结如下:1)桩靴尺寸:大桩靴相比小桩靴钻井平台更容易在土层中发生排挤破坏和混合破坏;小桩靴相比大桩靴更容易在土层中发生穿刺破坏。2)压载方式:如果就位过程中采用缓慢多级压载，土层更倾向于发生排挤破坏;如果压载过快，土层更倾向于发生穿刺破坏。3)软弱土层厚度:对于大桩靴，当软弱土层的厚度与上覆硬土层厚度比小于或等于1时，土层倾向于发生排挤破坏，且比值越小，排挤破坏的概率越大;当软弱土层的厚度与上覆硬土层厚度比大于1时，土层倾向于发生穿刺破坏或混合破坏，且比值越大，穿刺破坏或混合破坏的概率越大。4)软弱土层强度:软弱层抗剪强度越大越不易发生排挤破坏，工程实践证明，发生排挤的软弱土层强度一般小于40kPa。
结束语
自升式平台已经有60多年的发展历史，但突出的经济性优势仍占据着海洋钻井平台的主导地位。相信在不久的将来，功能强大、配置优良、高效环保的新一代自升式钻井平台能够在市场上占领一席之地。
参考文献
[1]董明明.复杂地层下土塞破坏模式在大型自升式钻井平台插桩中的应用[J].海洋技术学报,2018,37(03):101-105.
[2]汪洪波.自升式钻井平台地质条件分析及插桩技术研究[D].大连理工大学,2018.
[3]和鹏飞.某自升式平台在浅层气区域插桩可行性分析与实践[J].石油工程建设,2018,43(02):35-38+49.
[4]尚谨.自升式钻井平台作业稳性研究[J].机电信息,2018(15):150-151.
[5]张家齐,戴钰金.关于自升式海洋平台插桩特性的分析研究[J].船舶工程,2018,37(S1):234-236.