自升式海洋平臺(tái)樁靴噴沖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐增強(qiáng)

(勝利石油管理局鉆井工藝研究院 海洋工程裝備研究所，山東 東營257017)

自升式海洋平臺(tái)在其整個(gè)生命過程中需要頻繁拔樁移位作業(yè)。在每次拔樁之前，一般應(yīng)進(jìn)行樁靴噴沖作業(yè)，也就是“沖樁”，目的是克服一部分樁靴周圍泥土的吸附力和摩擦力。以往的自升式海洋平臺(tái)所采用的噴沖動(dòng)力源為消防水和壓縮空氣［1］，噴沖壓力較低，噴沖效果不很理想，沒有充分發(fā)揮樁靴噴沖系統(tǒng)的作用。為此，在自升式海洋平臺(tái)輪機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，引進(jìn)10 MPa高壓噴沖系統(tǒng)，并運(yùn)用于新建50 m作業(yè)水深自升式海洋平臺(tái)樁靴噴沖系統(tǒng)，作業(yè)水深自升式海洋平臺(tái)中。

1 樁靴噴沖基本原理

樁靴噴沖的水射流為淹沒射流，根據(jù)水射流理論［2］，射流的幾何結(jié)構(gòu)如圖1，整個(gè)過程可分為初始段、過渡段和基本段。

圖1 射流結(jié)構(gòu)示意

初始段:指由噴嘴至等速核端斷面之間的射流區(qū)域。該段的核心區(qū)內(nèi)的速度等于噴嘴出口速度u0，為有勢(shì)流，各點(diǎn)的速度大小、方向均相同。

過渡段:指從等速核消失的B至D斷面之間的區(qū)域。

基本段:指轉(zhuǎn)折斷面以后的區(qū)域。該段中射流的紊動(dòng)特性表現(xiàn)充分。

根據(jù)馬飛等人研究理論［3］，射流作用下土體表面壓力分布為

式中:Fb——r=b處的截面作用力，kN;

p0——噴嘴出口壓力，MPa;

R0——噴嘴出口半徑，m。

自升式平臺(tái)對(duì)地的最大壓力一般出現(xiàn)在預(yù)壓狀態(tài)。預(yù)壓狀態(tài)下重量約為平臺(tái)自重的1.5倍。預(yù)壓形成的樁靴對(duì)地比壓小于100 kPa［4］。假定樁靴對(duì)地比壓為100 kPa，則認(rèn)為土體內(nèi)部壓力近似是0.1 MPa，根據(jù)式(1)計(jì)算噴沖射流壓力下降到與土體壓力相等時(shí)的圓斷面半徑Rh。……