導(dǎo)管架平臺隔水導(dǎo)管打樁優(yōu)化設(shè)計研究

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(1.中國石油大學(xué)(北京) 石油工程學(xué)院,北京 102249；2.中海油深圳分公司,深圳 518067；3.中海油研究總院,北京 100027)

陸豐13-2油田位于中國南海珠江口盆地陸豐08區(qū)塊西端。該油田距香港東南的距離約210 km，所在海域水深約132.3 m。油田開發(fā)采用8腿導(dǎo)管架鉆采平臺，設(shè)置16個井槽(4×4)，6層導(dǎo)向槽，隔水導(dǎo)管打樁作業(yè)可一次性錘入直徑609.6 mm(24 in)的隔水導(dǎo)管。由于井槽間距僅有2.286 m，并且平臺所處位置水深較深，設(shè)置導(dǎo)向槽層數(shù)較多，上部地層較軟，這些都會使得隔水導(dǎo)管打樁作業(yè)防斜、整體作業(yè)過程更加難以控制。

1 陸豐13-2井位土質(zhì)分層及特性

在該平臺場址完成1個直徑140 m取樣孔，獲得土層地質(zhì)情況見表1。

海底調(diào)查結(jié)果表明,陸豐13-2平臺區(qū)各平臺場址海底淺層土質(zhì)狀況對比較好，土層分布基本一致，局部層厚和粘性土設(shè)計不排水抗剪強(qiáng)度稍有變化，為打樁作業(yè)提供了一個較好的場地。

2 打樁設(shè)備選用與作業(yè)順序優(yōu)化

2.1 打樁設(shè)備選用

打樁錘的選用需要考慮的因素很多：①保證隔水導(dǎo)管豎向承載力；②能基本順利地將隔水導(dǎo)管下到設(shè)計深度；③打樁破損率控制在1%左右；④滿足設(shè)計深度要求后，最后0.25 m貫入量錘擊數(shù)最好控制在125～200次之間；⑤每口井槽隔水導(dǎo)管打樁作業(yè)錘擊總數(shù)應(yīng)控制在2 000次以內(nèi)，最好不超過2 500次[1-2]。

表1 各層土土質(zhì)參數(shù)表

符合以上條件，再加上柴油打樁錘集動力與樁錘于一體，無需外置動力，機(jī)架輕，移動便利，打樁快等優(yōu)點(diǎn)，推薦打樁錘選用D80-32型、D62-22型。使用D80-32型打樁錘，控制在3檔就能完成打樁作業(yè)；D62-22型需要到4檔才能完成打樁作業(yè)。由于檔位越高，打樁錘能量控制難度越大，通過優(yōu)化設(shè)計研究最終推薦陸豐13-2油田的9口井槽609.6 mm(24 in)隔水導(dǎo)管均采用D80-32打樁錘進(jìn)行打樁作業(yè)。

所有的打樁作業(yè)過程均采用Pile driving monitor監(jiān)視器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。該監(jiān)視器主要記錄每次打樁平均能量、當(dāng)前深度和打樁時間、當(dāng)前打樁次數(shù)等。并且采用監(jiān)視器可隨時監(jiān)控錘擊能量，防止高值反彈應(yīng)力，從而避免損壞套管和絲扣。

2.2 打樁作業(yè)順序優(yōu)化

由于陸豐13-2油田目前采用的隔水導(dǎo)管間距為2.286 m×2.286 m，隔水導(dǎo)管直徑為24 in，相鄰兩個隔水導(dǎo)管位置處于塑性區(qū)范圍內(nèi)，所以在隔水導(dǎo)管打入過程中群樁效應(yīng)作用比較明顯。為了使隔水導(dǎo)管打入施工順利實(shí)施，最好由中間向四周邊緣打，這樣有利于避免發(fā)生土壤擠壓而使隔水導(dǎo)管樁產(chǎn)生傾斜或浮樁現(xiàn)象[3-6]。

同時考慮到現(xiàn)場打樁設(shè)備的移動，為進(jìn)一步提高打樁效率，確定如下打樁施工順序(按槽口號)：S10→S6→S14→S11→S7→S15→S13→S12→S16，見圖1。

3 現(xiàn)場打樁數(shù)據(jù)分析與評價

通過對監(jiān)視器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，整理出隔水導(dǎo)管每貫入0.25 m所需錘擊數(shù)與入泥深度的關(guān)系，并對比由中國石油大學(xué)(北京)研發(fā)的海上打樁貫入度計算軟件所分析的預(yù)測結(jié)果，見圖2。其它打樁作業(yè)參數(shù)統(tǒng)計見表2。

圖1 打樁作業(yè)順序示意

圖2 隔水導(dǎo)管每入泥0.25 m所需錘擊數(shù)與入泥深度關(guān)系

表2 打樁作業(yè)參數(shù)統(tǒng)計

分析數(shù)據(jù)可得出，9口井槽隔水導(dǎo)管入泥深度在76.8～78.0 m之間，隔水導(dǎo)管依靠自重下入到約40.0 m。在入泥深度在75.5 m之前打樁錘數(shù)變化均勻，大致成線性增加趨勢；在入泥深度超過75.5 m之后，錘擊數(shù)瞬時增加。綜合分析土質(zhì)資料，在入泥超過75.5 m后，隔水導(dǎo)管進(jìn)入到非常密實(shí)的細(xì)到中砂和粉質(zhì)細(xì)到中砂層。隔水導(dǎo)管在密實(shí)的砂層中樁側(cè)摩擦力急劇增加，因而使得打相同貫入量所需要的擊錘數(shù)大大增加，這就是隔水導(dǎo)管在入泥75.5 m后錘擊數(shù)增加的原因?，F(xiàn)場打樁作業(yè)貫入度曲線與隔水導(dǎo)管打樁優(yōu)化設(shè)計中的預(yù)測曲線基本一致，說明海上打樁貫入度計算軟件具有較準(zhǔn)確的預(yù)測能力。

根據(jù)中國石油大學(xué)(北京)所完成的《陸豐13-2油田隔水導(dǎo)管打樁深度重新校核研究成果報告》，井口載荷為1 912.95 kN，考慮群樁效應(yīng)影響，結(jié)合土質(zhì)性質(zhì)，陸豐13-2油田隔水導(dǎo)管最小入泥深度為73 m。同時綜合工程現(xiàn)場打樁作業(yè)時隔水導(dǎo)管的反彈反應(yīng)，最終決定何時停止打樁作業(yè)。9口井槽隔水導(dǎo)管最后0.25 m貫入量，錘擊數(shù)位于136～187次之間，符合預(yù)先設(shè)計要求。

打樁錘能量均值控制在83.3～89.4 kJ之間，標(biāo)準(zhǔn)差在12.9～19.6 kJ之間；由于打樁作業(yè)過程中需要接隔水導(dǎo)管單根，故需暫停打樁作業(yè)，且打樁作業(yè)平均間斷時間354～552 s之間，標(biāo)準(zhǔn)差在15.1～19.3 s之間，打樁過程控制較好。

根據(jù)群樁效應(yīng)理論分析，井槽S11、S7、S15隔水導(dǎo)管打樁作業(yè)應(yīng)該受到影響最大。分析現(xiàn)場打樁數(shù)據(jù)，這三口井槽隔水導(dǎo)管打樁作業(yè)總錘擊數(shù)都相比其它6口井槽隔水導(dǎo)管打樁作業(yè)增加較多，從而驗(yàn)證了隔水導(dǎo)管打樁作業(yè)考慮群樁效應(yīng)的必要性。從打樁整體作業(yè)上看，打樁作業(yè)時間從2.3 h逐漸降低到2.0 h，說明打樁作業(yè)磨合較好，打樁作業(yè)整個過程較為順利，也間接說明了隔水導(dǎo)管打樁作業(yè)順序設(shè)計合理。

4 結(jié)論

1)對于導(dǎo)管架平臺隔水導(dǎo)管的打樁作業(yè)，開展隔水導(dǎo)管打樁優(yōu)化設(shè)計研究很有必要，可以較好地指導(dǎo)現(xiàn)場打樁作業(yè)，同時也為打樁作業(yè)順利進(jìn)行提供保障。

2)考慮群樁效應(yīng)和現(xiàn)場打樁設(shè)備移動，推薦陸豐13-2油田打樁作業(yè)順序，現(xiàn)場作業(yè)實(shí)際打樁結(jié)果表明推薦的打樁順序十分合理。

3)通過對陸豐13-2油田打樁作業(yè)過程的綜合分析和評價，得出隔水導(dǎo)管進(jìn)入密實(shí)砂層后相同貫入度情況下錘擊數(shù)會出現(xiàn)瞬時增加；較均勻打樁錘的錘擊能量和少而均勻的作業(yè)間斷時間，能夠取得較好的打樁效果。

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