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害性地質特征，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。渤海某油田開發項目在工程物探調查中發現在預定平臺位置處有埋藏古河道。為保證油田順利開發，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項目中遇到埋藏古河道的解決思路。該災害性地質特征的成功論證，既保證了該項目的順利進行，又探索出了油田開發項目中遇到該問題的解決思路，對我國海洋石油的開發有借鑒意義。

關鍵詞：埋藏古河道；油田開發；災害性地質特征

渤海海峽是黃渤海物質交換的通道，地質條件復雜，存在多種災害性地質特征［1］，具體包括潮流沙脊、淺層氣、埋藏古河道、活動斷層、不規則基巖等，這些災害性地質特征都可能對海洋資源開發和海上工程設施建設帶來嚴重威脅［1－2］。伴隨著渤海油氣資源的不斷開發，尤其在邊際油田數目不斷增多的情況下，更加安全、高效、經濟地完成海洋工程建設顯得尤為重要［3］。埋藏古河道作為一種災害性地質特征，其沉積物多具有復雜性、多變性，其物理和力學性質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研究內容概況

某渤海油田開發項目作為渤海邊際油田開發過程中具探索意義的項目，擬在平臺預定位置處新建一座獨腿三樁的簡易井口平臺。勘查過程中，在預定平臺位置發現了埋藏古河道，針對該災害性地質條件，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方案是協調油藏和鉆完井等進行海洋平臺移位。第1方案是優先方案，它需要全面地分析該災害性地質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推進油田開發，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投資的投資成本，而且可能會對油藏產量造成不利影響。本研究優先選擇了第1方案，根據工程物探資料對該場址內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果對今后我國海洋石油的開發具有參考意義，特別是對渤海邊際油田的開發具有探索價值。

2埋藏古河道現象根據工程物探調查資

料對該場址內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查區域解釋深度范圍內（海底至海底以下約100m）的地層中發現2處埋藏古河道C1和C2。埋藏古河道C1位于調查區域中部，頂部埋深約2m，底部埋深在2～10m變化，預定平臺中心位置位于埋藏古河道內部，距離埋藏古河道C1邊緣最近約85m。埋藏古河道C2位于調查區域西南部，頂部埋深約2m，底部埋深在2～10m變化，預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物探解釋資料，該項目平臺中心位置位于埋藏古河道內部，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特征可能存在不均勻性，導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，其樁靴式基礎的最寬部分面積為156．3m2，等效直徑為14．1m。預壓載時，每只樁靴的最大預壓載為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（硅質土）的承載力系數（Nq和Nr）的典型值使用的是APIRP2A中關于淺基礎的推薦值。通過對工程地質土質資料進行分析，結果表明在42．2MN的最大預壓載下，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。預定鉆井平臺在有埋藏古河道的地質情況下，鉆井平臺樁靴尖在最大預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條件，我們對就位作業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，存在側滑的可能，建議對鉆井平臺橫向穩定性進行校核，請鉆井平臺操作者做好相關的預防措施；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特性可能存在不均勻性，導致各樁腿入泥深度變化。3）鉆井平臺在就位時應隨時保持接近水面，盡量緩慢加載，在壓載結束后，平臺應保持低氣隙觀察一段時間，待穩定后，再繼續作業。

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。土壤參數來自工程地質勘查資料（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。根據樁身尺寸，液壓錘選定為IHCS－280型錘，錘的參數包括錘效和恢復系數等。在分析中，假設液壓錘IHCS－280型錘的錘效為90％，并以此來評價錘的適用性。恢復系數根據以往對監測樁的資料進行分析選擇。土的阻尼及彈性變形參數選用Roussel［7］推薦的數值。波動方程分析結果見表3。波動方程分析結果以可克服的打入阻力與錘擊數關系曲線形式為圖4。樁的可打入性分析結果表明：在正常作業連續打樁情況下，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的設計入泥深度。滿足要求，在預定深度內未拒錘。為了減少安裝問題，建議在打樁期間對樁的安裝進行監測，以便獲得錘的性能參數，以及評價樁的可接受性或在萬一出現未預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管架海洋平臺樁基礎是結構的重要組成部分，該項目擬在預定平臺位置處新建一座獨腿三樁的簡易井口平臺。上部結構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，導管架設計入泥深度為45m。通過樁基承載力曲線可知，40～50m范圍內為良好的持力層。設計樁結構在45m處的極限樁基承載力為17660kN，本研究需要通過結構設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是否滿足要求［8－10］。根據平臺場址軸向樁承載力設計參數表（表2）和樁基承協力安全系數評估結果（表4），可知極端工況和操作工況最大樁頭力均出現在冰工況下的3號樁腿。在操作工況下最大樁頭力為OIH7（是270°冰工況環境組合）工況下的2851．9kN，在設計入泥深度45m處安全系數為5．14，滿足API規范要求；在極端工況下最大樁頭力為EIH7（是270°冰工況環境組合）工況下的4574．3kN，在設計入泥深度45m處安全系數為3．43，滿足API規范要求。

4結論

項目在發現預定平臺位置處有埋藏古河道（災害性地質特征）后，結合該埋藏古河道位置處的詳細地質和物探資料，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，鉆井平臺就位作業時，操作者需要隨時密切關注各樁腿入泥深度，在海洋石油921鉆井平臺最大預壓載下，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險；3）由于埋藏古河道埋藏深度相對較淺，且樁基設計入泥深度處為良好的持力層，本項目樁基承載力滿足規范要求。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過程中類似的問題提供了工程借鑒實例。

作者：薄昭1；佘穩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．中海油田服務股份有限公司