一种降低自升式平台插桩滑移水平力的方法

技术领域

本发明属于海上油田自升式平台就位技术领域，尤其是涉及一种降低自升式平台插桩滑移水平力的方法。

背景技术

自升式平台就位插桩作业过程中，一方面受土质影响，就位处表层土的不稳定性造成了自升式平台滑移；另一方面，由于受丛式井众多井口覆盖要求、插桩能力、钻机计划、实际作业进度等因素影响，同一生产平台会有多个不同类型、不同桩靴直径的自升式钻井平台插桩就位，在就位区域形成了数组大小、深浅、分布等不同的脚印。再次就位插桩作业时，受前几次作业留下的老脚印的影响以及地层土质影响，同样也会出现滑移，并且滑移风险更明显更大。另外，受油田开发进度、钻机计划与作业计划影响，导致钻机选型与安排不合理，不匹配的钻机加大了就位滑移风险。插桩滑移是就位作业过程中的一种复杂情况，滑移载荷产生的主要原因在于桩靴贯入过程中土体破坏面的不对称性，导致插桩过程中桩腿与船体发生别扭矩、RPD报警，进而无法继续插桩、压载以及升降船，对桩腿和升降机构造成损坏。就位滑移导致就位作业时间显著增加，有的甚至比计划时间多出一周甚至多出10天以上。滑移还会影响到自升式钻井平台悬臂梁的覆盖率，导致计划作业井口覆盖不全，影响作业计划和油田开发计划。

现有技术是自升式平台通过避开老脚印以及通过上下活动桩腿来扩大老脚印面积来实现滑移的降低，但是效果不理想，往往因为覆盖要求无法避开老脚印，并且通过反复活动桩腿来扩老脚印面积过程中对船体、桁架桩腿结构、升降结构的损坏很大。因此插桩滑移水平力的存在严重影响了就位作业和开发作业，同时对自升式平台的安全产生影响。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种降低自升式平台插桩滑移水平力的方法，该方法有助于降低或者破坏海上油田自升式平台就位插桩作业时，桩靴贯入过程中土体破坏面的不对称性对桩靴产生的侧滑水平力而导致插桩滑移，能够减少对船体结构的影响，提高开发井井口覆盖率，提高自升式就位作业效率和油田开发效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种降低自升式平台插桩滑移水平力的方法，包括以下步骤：

步骤一，插桩位置设计，确定自升式平台桩腿中心位置；

步骤二，以桩腿中心为中心点做圆，圆周作为钻孔的界线，形成新脚印；

步骤三，钻孔位置设计，根据就位方案中老脚印和自升式平台桩靴的相对位置，在新脚印与老脚印不重叠一侧的半圆圆周附近钻孔；

步骤四，钻孔直径设计，按照自升式平台桩靴直径的一定比例进行设计；

步骤五，钻孔深度设计，按照与自升式平台插桩重叠的老脚印深度的1-1.5倍进行设计；

步骤六，钻孔孔距设计，钻孔间距大于钻孔直径；

步骤七，钻孔数量设计，以钻孔位置设计步骤中确定的半圆的圆周为界线，在钻孔直径和孔距的限定下，均匀布置多个孔；

步骤八，钻孔船在定位系统引导下按照自升式平台就位方案确定的桩靴插桩位置就位；按照步骤一至步骤七的钻孔设计方案进行海上钻孔作业；

步骤九，自升式平台精就位，在定位系统与抛锚设备的协助下，按照就位设计方案技术要求进行就位；

步骤十，桩腿插桩，确保自升式平台桩腿下放以及升船过程中桩靴水平力受力侧落在实际钻孔分布范围内。

进一步的，所述步骤一包括：插桩位置设计是指自升式平台按照船艏向、纵向偏差、横向偏差技术要求制定的自升式平台就位方案。

进一步的，所述步骤二具体为：以桩腿中心为中心点做的圆直径与自升式平台桩靴直径相等或为等效直径。

进一步的，所述步骤三具体为：(31)老脚印是以前自升式平台插桩留下的坑状痕迹；(32)老脚印和自升式平台桩靴的重叠度要求在30％-80％；

所述步骤四具体为：(41)桩靴直径指的是桩靴最大横截面积的直径；(42)钻孔直径为桩靴直径的0.085-0.095倍；

所述步骤五具体为：(51)老脚印深度按照最深的尺寸进行设计；(52)老脚印深度要以插桩时的深度为准，不考虑后期因回填或冲刷填埋导致的深度变浅问题；

所述步骤六具体为：钻孔间距大于钻孔直径，保证孔中心距等于1倍设计的钻孔直径或大于1倍设计的钻孔直径，取值2-2.5米；

所述步骤七具体为：(71)钻孔数量以均匀布满整个半圆圆周内侧为准；(72)钻孔数量为20-30个，根据地层地质情况以及上次拔桩后老脚印斜坡面状态来判定是否增加钻孔数量；(73)当钻孔实施后，自升式平台插桩向靠近生产平台方向滑移0.5米以上，则需要在圆周外侧再设计1-3排围绕半圆周的孔。

进一步的，所述步骤八具体为：钻孔海上作业定位所采用的定位系统为DP定位系统，确保实际钻孔与设计钻孔位置偏差最小。

进一步的，所述步骤九具体为：就位设计方案的技术要求为船艏向偏差控制在±1°，纵向距控制在±0.3米，横向偏差控制在±0.3米。

进一步的，所述步骤十具体为：在升船过程中需要通过船体的倾斜度监测以及船体调平操作，来时刻保证船体水平，同时进行水下桩靴位置监控，从而保证桩靴与钻孔范围的土体均匀接触。

进一步的，顺着船体中心线以及垂直于船体中心线分别设置有水平仪，两个水平仪用来进行测斜；同时船体的船艏以及两个船艉位置处分别设置有升降装置，所述升降装置用于调节船体的水平度，所述升降装置上设置有报警装置，所述报警装置与水平仪无线连接，当船体水平度出现偏差时，报警装置能够报警。

进一步的，通过ROV水下机器人或者水下摄像探头进行水下桩靴位置监控，用于实时摄像监督水下情况。

相对于现有技术，本发明所述的一种降低自升式平台插桩滑移水平力的方法具有以下优势：

(1)本发明能够有效降低插桩时滑移水平力的影响；

(2)本发明能够提高开发井井口覆盖率，提高自升式就位作业效率和油田开发效率，提高了就位插桩作业效率，促进了海上油田开发进程；

(3)本发明能够保护自升式平台船体结构以及升降结构的安全。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述方法的流程图；

图2为本发明实施例的就位设计方案图；

图3为桩靴、新脚印、老脚印的位置关系示意图；

图4为钻孔设计俯视图；

图5为插桩侧视图；

图6为插桩与升船图。

附图标记说明：

1、桩靴；2、老脚印；3、新脚印；4、桩腿；5、海底管缆。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明为一种降低自升式平台插桩滑移水平力的方法，包括以下步骤：

步骤一，插桩位置设计，确定自升式平台桩腿4中心位置；其中，插桩位置设计是指自升式平台按照船艏向、纵向偏差、横向偏差技术要求制定的自升式平台就位方案，生产平台(含井口)、海底管缆5、老脚印2等为就位方案中已有参数。

步骤二，以桩腿4中心为中心点做圆，圆周作为钻孔的界线，形成新脚印3；具体地，以桩腿4中心为中心点做的圆直径与自升式平台桩靴1直径相等或为等效直径。

步骤三，钻孔位置设计，根据就位方案中老脚印2和自升式平台桩靴1的相对位置，在新脚印3与老脚印2不重叠一侧的半圆圆周附近钻孔，具体如下：

(31)老脚印2是以前自升式平台插桩留下的坑状痕迹；(32)老脚印2和自升式平台桩靴1的重叠度要求在30％-80％；

步骤四，钻孔直径设计，按照自升式平台桩靴1直径的一定比例进行设计，具体如下：

(41)桩靴1直径指的是桩靴1最大横截面积的直径；(42)钻孔直径为桩靴1直径的0.085-0.095倍；

步骤五，钻孔深度设计，按照与自升式平台插桩重叠的老脚印2深度的1-1.5倍进行设计，具体如下：

(51)老脚印2深度一般不等，老脚印2深度按照最深的尺寸进行设计；(52)老脚印2深度要以插桩时的深度为准，不考虑后期因回填或冲刷填埋导致的深度变浅问题；

考虑到实际过程中钻孔深度取决于钻孔成本和钻孔难度等问题，比如地层比较软，钻孔耗时较短，则成本相对较低，此时钻孔深度可以取值1.5倍，当地层比较硬，钻孔耗时较长，则成本相对较高，此时钻孔深度可以取值1-1.5倍之间，但是至少要达到老脚印2深度一倍以上。

步骤六，钻孔孔距设计，实际施工钻孔移位由于定位、海况等影响，控制难度大，因此孔间距要大于钻孔直径，保证孔中心距等于1倍设计的钻孔直径或大于1倍设计的钻孔直径，一般取值2-2.5米；

步骤七，钻孔数量设计，以钻孔位置设计步骤中确定的半圆的圆周为界线，在钻孔直径和孔距的限定下，均匀布置多个孔，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，步骤七具体如下：

(71)钻孔数量以均匀布满整个半圆圆周内侧为准；(72)钻孔数量为20-30个，根据地层地质情况以及上次拔桩后老脚印2斜坡面状态来判定是否增加钻孔数量；(73)当钻孔操作实施后，自升式平台插桩向靠近生产平台方向滑移0.5米以上，则认为自升式平台插桩滑移比较明显，此时就需要在圆周外侧再设计1-3排围绕半圆周的孔。

步骤八，钻孔船在定位系统引导下按照自升式平台就位方案确定的桩靴1插桩位置就位；按照步骤一至步骤七的钻孔设计方案进行海上钻孔作业；其中，钻孔海上作业定位所采用的定位系统为DP定位系统，确保实际钻孔与设计钻孔位置偏差最小。

步骤九，自升式平台精就位，在定位系统与抛锚设备的协助下，按照就位设计方案技术要求进行就位；其中，技术要求为船艏向偏差控制在±1°，纵向距控制在±0.3米，横向偏差控制在±0.3米。

步骤十，桩腿4插桩，确保自升式平台桩腿4下放以及升船过程中桩靴1水平力受力侧落在实际钻孔分布范围内。

所述步骤十具体为：在升船过程中需要通过船体的倾斜度监测以及船体调平操作，来时刻保证船体水平，同时进行水下桩靴1位置监控，从而保证桩靴1与钻孔范围的土体均匀接触，具体地，顺着船体中心线以及垂直于船体中心线分别设置有水平仪，两个水平仪用来进行测斜；同时船体的船艏以及两个船艉位置处分别设置有升降装置，所述升降装置用于调节船体的水平度，所述升降装置上设置有报警装置，所述报警装置与水平仪无线连接，当船体水平度出现偏差时，报警装置能够报警；通过ROV水下机器人或者水下摄像探头进行水下桩靴1位置监控，用于实时摄像监督水下情况，确保自升式平台桩腿4下放以及升船过程中桩靴1水平力受力侧落在实际钻孔分布范围内。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面以自升式平台海洋石油XXX在BZ19-X平台的具体实施例，进一步说明本发明的一种降低自升式平台插桩滑移水平力的方法，包括以下步骤：

(1)自升式平台按照船艏向、纵向偏差、横向偏差等技术要求制定自升式平台就位方案，如图2所示，为自升式平台海洋石油XXX在BZ19-X平台就位方案，就位方案是进行钻孔设计的基础，从就位方案中可以看出新旧脚印相对位置关系、重叠比例，以及从哪一侧进行钻孔设计。就位方案是已有的基础，是海上钻井平台与生产平台对接作业实施的依据，是一项常规工作。如图2所示，以中间两列井口中心连线中点为中点与船体中心线对中，船艏向参数α为10.2°±1°，纵向距及偏差e为8.3-8.9米，横向偏差为±0.3米。图2中三个正六边形为桩靴1，三个不规则的图形为老脚印2。

(2)确定自升式平台桩腿4中心位置，由于桩靴1是同心设置在桩腿4下端，故以海洋石油XXX的桩靴1中心为中心，如图3所示，以正六边形的中心为中心做等效直径的外接圆，外接圆的圆周为钻孔的界线。

(3)钻孔位置设计、钻孔直径设计、钻孔深度设计、钻孔孔距设计以及钻孔数量设计。如图4-图5所示，根据就位方案中老脚印2和自升式平台桩靴1的相对位置，在新脚印3与老脚印2不重叠一侧的半圆圆周附近钻孔，新脚印3和老脚印2重叠比例(三组)在30％～40％之间；海洋石油XXX桩靴1(正六边形)外接圆等效直径d1为12.971米，钻孔直径d2为1.2米，钻孔直径约为桩靴1直径的0.0925倍，符合钻孔直径为桩靴1直径的0.085-0.095倍这一要求；老脚印2深度m为4米，钻孔深度设计为老脚印2蛇毒的1.5倍，故钻孔深度n为6米；钻孔孔距取值2.1米，2.1米＞1.2米，故孔中心距大于1倍设计的钻孔直径，有效保证钻孔不重叠；本次钻孔22个孔。

(4)钻孔船海洋石油XXX到达预定位置，在DP系统引导下，月池中心对准钻孔设计位置，月池指的是船体开个洞，通过开设的洞与海水建立通道。DP系统为动力定位系统，能够保证船体稳定在一个固定位置。按照具体实施例步骤(3)的钻孔设计方案确定钻孔的直径、深度、孔距和数量，然后进行钻孔；钻完第一个孔后，在DP系统引导下，月池移位到下一个设计孔位，继续钻孔作业，直至完成全部钻孔作业。

(5)在定位系统与抛锚设备的协助下，自升式平台海洋石油XXX按照就位方案进行精就位，抛锚设备为现有基础，确保船艏向偏差控制在±1°，纵向距控制在±0.3米，横向偏差控制在±0.3米，使得艏向、纵向偏差横向偏差与设计吻合，此时三个桩腿4与设计方案位置一致。

(6)桩腿4插桩，桩靴1与老脚印2接触，然后慢慢升船，升船过程中监测自升式平台船体水平度以及升降装置是否报警；同时进行水下桩靴1位置监控，确保自升式平台桩腿4下放以及升船过程中桩靴1水平力受力侧落在实际钻孔分布范围内，图6展示了插桩与升船图。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。