埋藏古河道對(duì)海洋石油平臺(tái)安全性的影響范文

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摘要：埋藏古河道作為一種災(zāi)害性地質(zhì)特征，可能對(duì)鉆井平臺(tái)就位、海上樁基的打入及樁基安全造成不利影響。渤海某油田開發(fā)項(xiàng)目在工程物探調(diào)查中發(fā)現(xiàn)在預(yù)定平臺(tái)位置處有埋藏古河道。為保證油田順利開發(fā)，開展了埋藏古河道對(duì)海洋石油平臺(tái)安全性的影響研究。通過埋藏古河道對(duì)鉆井平臺(tái)就位的影響分析，對(duì)樁的可打入性的影響分析和對(duì)樁基承載力的影響分析，成功探索出了油田開發(fā)項(xiàng)目中遇到埋藏古河道的解決思路。該災(zāi)害性地質(zhì)特征的成功論證，既保證了該項(xiàng)目的順利進(jìn)行，又探索出了油田開發(fā)項(xiàng)目中遇到該問題的解決思路，對(duì)我國(guó)海洋石油的開發(fā)有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：埋藏古河道；油田開發(fā)；災(zāi)害性地質(zhì)特征

渤海海峽是黃渤海物質(zhì)交換的通道，地質(zhì)條件復(fù)雜，存在多種災(zāi)害性地質(zhì)特征［1］，具體包括潮流沙脊、淺層氣、埋藏古河道、活動(dòng)斷層、不規(guī)則基巖等，這些災(zāi)害性地質(zhì)特征都可能對(duì)海洋資源開發(fā)和海上工程設(shè)施建設(shè)帶來嚴(yán)重威脅［1－2］。伴隨著渤海油氣資源的不斷開發(fā)，尤其在邊際油田數(shù)目不斷增多的情況下，更加安全、高效、經(jīng)濟(jì)地完成海洋工程建設(shè)顯得尤為重要［3］。埋藏古河道作為一種災(zāi)害性地質(zhì)特征，其沉積物多具有復(fù)雜性、多變性，其物理和力學(xué)性質(zhì)在水平方向存在較大差異、持力不均，對(duì)工程危害較大，埋藏古河道可能對(duì)鉆井平臺(tái)就位、海上樁基的打入及樁基安全造成不利影響［4－6］。

1研究?jī)?nèi)容概況

某渤海油田開發(fā)項(xiàng)目作為渤海邊際油田開發(fā)過程中具探索意義的項(xiàng)目，擬在平臺(tái)預(yù)定位置處新建一座獨(dú)腿三樁的簡(jiǎn)易井口平臺(tái)。勘查過程中，在預(yù)定平臺(tái)位置發(fā)現(xiàn)了埋藏古河道，針對(duì)該災(zāi)害性地質(zhì)條件，分析討論出了2種解決方案：第1方案是分析該埋藏古河道可能造成的影響，并進(jìn)行詳細(xì)的論證；第2方案是協(xié)調(diào)油藏和鉆完井等進(jìn)行海洋平臺(tái)移位。第1方案是優(yōu)先方案，它需要全面地分析該災(zāi)害性地質(zhì)特征可能造成的各種不利影響，若該影響可以接受或有避免措施則可以繼續(xù)推進(jìn)油田開發(fā)，若該影響不可接受則需要采用第2方案。第2方案需要重新進(jìn)行選址及勘察等工作，不僅會(huì)增加油田開發(fā)投資的投資成本，而且可能會(huì)對(duì)油藏產(chǎn)量造成不利影響。本研究?jī)?yōu)先選擇了第1方案，根據(jù)工程物探資料對(duì)該場(chǎng)址內(nèi)埋藏古河道的分布及埋藏深度進(jìn)行了詳細(xì)的解釋，分析評(píng)價(jià)了本場(chǎng)址埋藏古河道對(duì)鉆井平臺(tái)就位、鋼樁打入及樁基安全的影響，并提出了合理的建議。本文對(duì)埋藏古河道的研究結(jié)果對(duì)今后我國(guó)海洋石油的開發(fā)具有參考意義，特別是對(duì)渤海邊際油田的開發(fā)具有探索價(jià)值。

2埋藏古河道現(xiàn)象根據(jù)工程物探調(diào)查資

料對(duì)該場(chǎng)址內(nèi)埋藏古河道的分布及埋藏深度進(jìn)行了解釋，在該項(xiàng)目平臺(tái)場(chǎng)址調(diào)查區(qū)域解釋深度范圍內(nèi)（海底至海底以下約100m）的地層中發(fā)現(xiàn)2處埋藏古河道C1和C2。埋藏古河道C1位于調(diào)查區(qū)域中部，頂部埋深約2m，底部埋深在2～10m變化，預(yù)定平臺(tái)中心位置位于埋藏古河道內(nèi)部，距離埋藏古河道C1邊緣最近約85m。埋藏古河道C2位于調(diào)查區(qū)域西南部，頂部埋深約2m，底部埋深在2～10m變化，預(yù)定平臺(tái)中心位置位于埋藏古河道外部，距離埋藏古河道C2邊緣最近約141m。

3．1對(duì)鉆井平臺(tái)就位的影響分析根據(jù)物探解釋資料，該項(xiàng)目平臺(tái)中心位置位于埋藏古河道內(nèi)部，距離埋藏古河道C1邊緣最近約85m，埋藏古河道頂部埋深約2m，底部埋深在2～10m變化，鉆井平臺(tái)就位時(shí)各樁腿為主處的土質(zhì)特征可能存在不均勻性，導(dǎo)致各樁腿入泥深度變化。該項(xiàng)目的鉆井平臺(tái)初步鎖定海洋石油921號(hào)。海洋石油921號(hào)鉆井平臺(tái)為三腿自升式移動(dòng)鉆井平臺(tái)，其樁靴式基礎(chǔ)的最寬部分面積為156．3m2，等效直徑為14．1m。預(yù)壓載時(shí)，每只樁靴的最大預(yù)壓載為42．2MN（4306t）。本研究使用Skempton、TerzaghiandPeck等方法進(jìn)行了插樁分析計(jì)算，排水粒狀土（硅質(zhì)土）的承載力系數(shù)（Nq和Nr）的典型值使用的是APIRP2A中關(guān)于淺基礎(chǔ)的推薦值。通過對(duì)工程地質(zhì)土質(zhì)資料進(jìn)行分析，結(jié)果表明在42．2MN的最大預(yù)壓載下，海洋石油921號(hào)鉆井平臺(tái)樁靴尖部入泥深度為1．9m（圖3），在該深度處無(wú)刺穿的危險(xiǎn)。預(yù)定鉆井平臺(tái)在有埋藏古河道的地質(zhì)情況下，鉆井平臺(tái)樁靴尖在最大預(yù)壓載下的入泥深度為1．9m，滿足要求。針對(duì)該場(chǎng)址特殊的地質(zhì)條件，我們對(duì)就位作業(yè)的鉆井平臺(tái)提出了針對(duì)性的建議：1）鉆井平臺(tái)在該場(chǎng)址就位時(shí)樁靴尖部入泥深度相對(duì)較淺，存在側(cè)滑的可能，建議對(duì)鉆井平臺(tái)橫向穩(wěn)定性進(jìn)行校核，請(qǐng)鉆井平臺(tái)操作者做好相關(guān)的預(yù)防措施；2）由于有埋藏古河道的存在，鉆井平臺(tái)就位時(shí)各樁腿位置處土質(zhì)特性可能存在不均勻性，導(dǎo)致各樁腿入泥深度變化。3）鉆井平臺(tái)在就位時(shí)應(yīng)隨時(shí)保持接近水面，盡量緩慢加載，在壓載結(jié)束后，平臺(tái)應(yīng)保持低氣隙觀察一段時(shí)間，待穩(wěn)定后，再繼續(xù)作業(yè)。

3．2對(duì)樁的可打入性的影響分析本研究打樁分析是通過GRLWEAP2010程序軟件來進(jìn)行的，運(yùn)用GRLWEAP2010程序軟件需要輸入土、錘和樁的參數(shù)。土壤參數(shù)來自工程地質(zhì)勘查資料（表2），單位表面摩擦力和單位狀端承載力是按APIRP2A方法計(jì)算得出的。根據(jù)樁身尺寸，液壓錘選定為IHCS－280型錘，錘的參數(shù)包括錘效和恢復(fù)系數(shù)等。在分析中，假設(shè)液壓錘IHCS－280型錘的錘效為90％，并以此來評(píng)價(jià)錘的適用性。恢復(fù)系數(shù)根據(jù)以往對(duì)監(jiān)測(cè)樁的資料進(jìn)行分析選擇。土的阻尼及彈性變形參數(shù)選用Roussel［7］推薦的數(shù)值。波動(dòng)方程分析結(jié)果見表3。波動(dòng)方程分析結(jié)果以可克服的打入阻力與錘擊數(shù)關(guān)系曲線形式為圖4。樁的可打入性分析結(jié)果表明：在正常作業(yè)連續(xù)打樁情況下，在該項(xiàng)目平臺(tái)場(chǎng)址，對(duì)于1067mm（42in．）直徑鋼管樁，用IHCS－280型打樁錘進(jìn)行打樁時(shí)，可將其打入45．0m的設(shè)計(jì)入泥深度。滿足要求，在預(yù)定深度內(nèi)未拒錘。為了減少安裝問題，建議在打樁期間對(duì)樁的安裝進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便獲得錘的性能參數(shù)，以及評(píng)價(jià)樁的可接受性或在萬(wàn)一出現(xiàn)未預(yù)見的打樁情況時(shí)為確定補(bǔ)救辦法提供參考。

3．3對(duì)樁基承載力分析的影響分析導(dǎo)管架海洋平臺(tái)樁基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)的重要組成部分，該項(xiàng)目擬在預(yù)定平臺(tái)位置處新建一座獨(dú)腿三樁的簡(jiǎn)易井口平臺(tái)。上部結(jié)構(gòu)有一層主甲板和一層操作甲板（圖5）。樁的尺寸為外徑1067mm，壁厚38（或50）mm，導(dǎo)管架設(shè)計(jì)入泥深度為45m。通過樁基承載力曲線可知，40～50m范圍內(nèi)為良好的持力層。設(shè)計(jì)樁結(jié)構(gòu)在45m處的極限樁基承載力為17660kN，本研究需要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證在包括埋藏古河道的土壤中樁基的承載力安全系數(shù)是否滿足要求［8－10］。根據(jù)平臺(tái)場(chǎng)址軸向樁承載力設(shè)計(jì)參數(shù)表（表2）和樁基承協(xié)力安全系數(shù)評(píng)估結(jié)果（表4），可知極端工況和操作工況最大樁頭力均出現(xiàn)在冰工況下的3號(hào)樁腿。在操作工況下最大樁頭力為OIH7（是270°冰工況環(huán)境組合）工況下的2851．9kN，在設(shè)計(jì)入泥深度45m處安全系數(shù)為5．14，滿足API規(guī)范要求；在極端工況下最大樁頭力為EIH7（是270°冰工況環(huán)境組合）工況下的4574．3kN，在設(shè)計(jì)入泥深度45m處安全系數(shù)為3．43，滿足API規(guī)范要求。

4結(jié)論

項(xiàng)目在發(fā)現(xiàn)預(yù)定平臺(tái)位置處有埋藏古河道（災(zāi)害性地質(zhì)特征）后，結(jié)合該埋藏古河道位置處的詳細(xì)地質(zhì)和物探資料，進(jìn)一步展開了鉆井平臺(tái)就位分析、樁的可打入性分析和樁基承載力分析。結(jié)果表明：1）由于埋藏古河道存在的，鉆井平臺(tái)各樁腿入泥深度可能存在差異，鉆井平臺(tái)就位作業(yè)時(shí)，操作者需要隨時(shí)密切關(guān)注各樁腿入泥深度，在海洋石油921鉆井平臺(tái)最大預(yù)壓載下，其樁靴尖最終入泥深度滿足要求，且該深度處無(wú)刺穿風(fēng)險(xiǎn)；2）由于埋藏古河道埋藏深度相對(duì)較淺，其對(duì)鋼樁的可打入性沒有影響，且選定的打樁錘不存在拒錘風(fēng)險(xiǎn)；3）由于埋藏古河道埋藏深度相對(duì)較淺，且樁基設(shè)計(jì)入泥深度處為良好的持力層，本項(xiàng)目樁基承載力滿足規(guī)范要求。本項(xiàng)目中對(duì)埋藏古河道問題的成功解決，對(duì)今后渤海油田開發(fā)過程中類似的問題提供了工程借鑒實(shí)例。

作者：薄昭1；佘穩(wěn)2；周新剛1；李翔云1；吳景健1 單位：1．中海石油（中國(guó)）有限公司，2．中海油田服務(wù)股份有限公司