導管架平臺隔水導管打樁優化設計研究

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(1.中國石油大學(北京) 石油工程學院,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。油田開發采用8腿導管架鉆采平臺，設置16個井槽(4×4)，6層導向槽，隔水導管打樁作業可一次性錘入直徑609.6 mm(24 in)的隔水導管。由于井槽間距僅有2.286 m，并且平臺所處位置水深較深，設置導向槽層數較多，上部地層較軟，這些都會使得隔水導管打樁作業防斜、整體作業過程更加難以控制。

1 陸豐13-2井位土質分層及特性

在該平臺場址完成1個直徑140 m取樣孔，獲得土層地質情況見表1。

海底調查結果表明,陸豐13-2平臺區各平臺場址海底淺層土質狀況對比較好，土層分布基本一致，局部層厚和粘性土設計不排水抗剪強度稍有變化，為打樁作業提供了一個較好的場地。

2 打樁設備選用與作業順序優化

2.1 打樁設備選用

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

表1 各層土土質參數表

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，機架輕，移動便利，打樁快等優點，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；D62-22型需要到4檔才能完成打樁作業。由于檔位越高，打樁錘能量控制難度越大，通過優化設計研究最終推薦陸豐13-2油田的9口井槽609.6 mm(24 in)隔水導管均采用D80-32打樁錘進行打樁作業。

所有的打樁作業過程均采用Pile driving monitor監視器進行數據采集。該監視器主要記錄每次打樁平均能量、當前深度和打樁時間、當前打樁次數等。并且采用監視器可隨時監控錘擊能量，防止高值反彈應力，從而避免損壞套管和絲扣。

2.2 打樁作業順序優化

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

同時考慮到現場打樁設備的移動，為進一步提高打樁效率，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 現場打樁數據分析與評價

通過對監視器數據進行分析處理，整理出隔水導管每貫入0.25 m所需錘擊數與入泥深度的關系，并對比由中國石油大學(北京)研發的海上打樁貫入度計算軟件所分析的預測結果，見圖2。其它打樁作業參數統計見表2。

圖1 打樁作業順序示意

圖2 隔水導管每入泥0.25 m所需錘擊數與入泥深度關系

表2 打樁作業參數統計

分析數據可得出，9口井槽隔水導管入泥深度在76.8～78.0 m之間，隔水導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，錘擊數瞬時增加。綜合分析土質資料，在入泥超過75.5 m后，隔水導管進入到非常密實的細到中砂和粉質細到中砂層。隔水導管在密實的砂層中樁側摩擦力急劇增加，因而使得打相同貫入量所需要的擊錘數大大增加，這就是隔水導管在入泥75.5 m后錘擊數增加的原因。現場打樁作業貫入度曲線與隔水導管打樁優化設計中的預測曲線基本一致，說明海上打樁貫入度計算軟件具有較準確的預測能力。

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

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

根據群樁效應理論分析，井槽S11、S7、S15隔水導管打樁作業應該受到影響最大。分析現場打樁數據，這三口井槽隔水導管打樁作業總錘擊數都相比其它6口井槽隔水導管打樁作業增加較多，從而驗證了隔水導管打樁作業考慮群樁效應的必要性。從打樁整體作業上看，打樁作業時間從2.3 h逐漸降低到2.0 h，說明打樁作業磨合較好，打樁作業整個過程較為順利，也間接說明了隔水導管打樁作業順序設計合理。

4 結論

1)對于導管架平臺隔水導管的打樁作業，開展隔水導管打樁優化設計研究很有必要，可以較好地指導現場打樁作業，同時也為打樁作業順利進行提供保障。

2)考慮群樁效應和現場打樁設備移動，推薦陸豐13-2油田打樁作業順序，現場作業實際打樁結果表明推薦的打樁順序十分合理。

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

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