埋藏古河道對海洋石油平臺安全性的影響范文

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摘要：埋藏古河道作為一種災(zāi)害性地質(zhì)特征，可能對鉆井平臺就位、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)項目在工程物探調(diào)查中發(fā)現(xiàn)在預(yù)定平臺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海洋石油平臺安全性的影響研究。通過埋藏古河道對鉆井平臺就位的影響分析，對樁的可打入性的影響分析和對樁基承載力的影響分析，成功探索出了油田開發(fā)項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，既保證了該項目的順利進行，又探索出了油田開發(fā)項目中遇到該問題的解決思路，對我國海洋石油的開發(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、活動斷層、不規(guī)則基巖等，這些災(zāi)害性地質(zhì)特征都可能對海洋資源開發(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，對工程危害較大，埋藏古河道可能對鉆井平臺就位、海上樁基的打入及樁基安全造成不利影響［4－6］。

1研究內(nèi)容概況

某渤海油田開發(fā)項目作為渤海邊際油田開發(fā)過程中具探索意義的項目，擬在平臺預(yù)定位置處新建一座獨腿三樁的簡易井口平臺。勘查過程中，在預(yù)定平臺位置發(fā)現(xiàn)了埋藏古河道，針對該災(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，并進行詳細的論證；第2方案是協(xié)調(diào)油藏和鉆完井等進行海洋平臺移位。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方案需要重新進行選址及勘察等工作，不僅會增加油田開發(fā)投資的投資成本，而且可能會對油藏產(chǎn)量造成不利影響。本研究優(yōu)先選擇了第1方案，根據(jù)工程物探資料對該場址內(nèi)埋藏古河道的分布及埋藏深度進行了詳細的解釋，分析評價了本場址埋藏古河道對鉆井平臺就位、鋼樁打入及樁基安全的影響，并提出了合理的建議。本文對埋藏古河道的研究結(jié)果對今后我國海洋石油的開發(fā)具有參考意義，特別是對渤海邊際油田的開發(fā)具有探索價值。

2埋藏古河道現(xiàn)象根據(jù)工程物探調(diào)查資

料對該場址內(nèi)埋藏古河道的分布及埋藏深度進行了解釋，在該項目平臺場址調(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對鉆井平臺就位的影響分析根據(jù)物探解釋資料，該項目平臺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，鉆井平臺就位時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。該項目的鉆井平臺初步鎖定海洋石油921號。海洋石油921號鉆井平臺為三腿自升式移動鉆井平臺，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，每只樁靴的最大預(yù)壓載為42．2MN（4306t）。本研究使用Skempton、TerzaghiandPeck等方法進行了插樁分析計算，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。通過對工程地質(zhì)土質(zhì)資料進行分析，結(jié)果表明在42．2MN的最大預(yù)壓載下，海洋石油921號鉆井平臺樁靴尖部入泥深度為1．9m（圖3），在該深度處無刺穿的危險。預(yù)定鉆井平臺在有埋藏古河道的地質(zhì)情況下，鉆井平臺樁靴尖在最大預(yù)壓載下的入泥深度為1．9m，滿足要求。針對該場址特殊的地質(zhì)條件，我們對就位作業(yè)的鉆井平臺提出了針對性的建議：1）鉆井平臺在該場址就位時樁靴尖部入泥深度相對較淺，存在側(cè)滑的可能，建議對鉆井平臺橫向穩(wěn)定性進行校核，請鉆井平臺操作者做好相關(guān)的預(yù)防措施；2）由于有埋藏古河道的存在，鉆井平臺就位時各樁腿位置處土質(zhì)特性可能存在不均勻性，導(dǎo)致各樁腿入泥深度變化。3）鉆井平臺在就位時應(yīng)隨時保持接近水面，盡量緩慢加載，在壓載結(jié)束后，平臺應(yīng)保持低氣隙觀察一段時間，待穩(wěn)定后，再繼續(xù)作業(yè)。

3．2對樁的可打入性的影響分析本研究打樁分析是通過GRLWEAP2010程序軟件來進行的，運用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％，并以此來評價錘的適用性。恢復(fù)系數(shù)根據(jù)以往對監(jiān)測樁的資料進行分析選擇。土的阻尼及彈性變形參數(shù)選用Roussel［7］推薦的數(shù)值。波動方程分析結(jié)果見表3。波動方程分析結(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，在該項目平臺場址，對于1067mm（42in．）直徑鋼管樁，用IHCS－280型打樁錘進行打樁時，可將其打入45．0m的設(shè)計入泥深度。滿足要求，在預(yù)定深度內(nèi)未拒錘。為了減少安裝問題，建議在打樁期間對樁的安裝進行監(jiān)測，以便獲得錘的性能參數(shù)，以及評價樁的可接受性或在萬一出現(xiàn)未預(yù)見的打樁情況時為確定補救辦法提供參考。

3．3對樁基承載力分析的影響分析導(dǎo)管架海洋平臺樁基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)的重要組成部分，該項目擬在預(yù)定平臺位置處新建一座獨腿三樁的簡易井口平臺。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)計驗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)平臺場址軸向樁承載力設(shè)計參數(shù)表（表2）和樁基承協(xié)力安全系數(shù)評估結(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

項目在發(fā)現(xiàn)預(yù)定平臺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地質(zhì)和物探資料，進一步展開了鉆井平臺就位分析、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，鉆井平臺各樁腿入泥深度可能存在差異，鉆井平臺就位作業(yè)時，操作者需要隨時密切關(guān)注各樁腿入泥深度，在海洋石油921鉆井平臺最大預(yù)壓載下，其樁靴尖最終入泥深度滿足要求，且該深度處無刺穿風(fēng)險；2）由于埋藏古河道埋藏深度相對較淺，其對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；3）由于埋藏古河道埋藏深度相對較淺，且樁基設(shè)計入泥深度處為良好的持力層，本項目樁基承載力滿足規(guī)范要求。本項目中對埋藏古河道問題的成功解決，對今后渤海油田開發(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）有限公司，2．中海油田服務(wù)股份有限公司