海洋自升式鉆井平臺插樁風險分析

董凱

摘 要：目前渤海灣自升式鉆井平臺就位頻繁，拖航就位作業日趨常規化。同時采油平臺就位側均經歷過多次插樁，樁腿坑越來越多，就位安全風險加大。對鉆井平臺插樁作業過程中的相關風險進行分析，為現場作業者提供參考，提高對風險的認知程度和防范措施。

關鍵詞：自升式鉆井平臺;插樁;刺穿;滑移

1 引言

中國大規模海上油氣勘探開發活動中，關于鉆井平臺事故已多有報道，其中以自升式鉆井平臺的插樁就位過程中事故為多。通過對現場實例進行分析，重點提出了作業面對各類風險時的應對措施，并提供參考。

2 插樁主要存在的風險分析

按照海洋石油行業的通用作業流程，鉆井平臺就位作業前，都會對作業區域進行物探及地質鉆孔取樣工作。在掌握充分的海底地貌及地質狀況的情況下，鉆井平臺的插樁作業有了相對大的安全保障。但是仍然存在各種風險，主要分為刺穿、滑移、掏空等三種。

2.1 刺穿

2010年9月7日，中國石油化工集團公司勝利石油管理局井下作業公司作業三號（簡稱勝利三號平臺）在渤海埕島油田作業期間，發生一起傾斜事故，導致36人遇難，其中2人溺水死亡，直接經濟損失592萬元。分析其事故主要原因，為平臺在未進行插樁分析及極限承載力分析的前提下進行作業。冷空氣和臺風造成的波浪流的作用下，導致樁腿刺穿地層，樁腿下滑從而艏部甲板入泥的重大事故。

刺穿風險防范：在存在刺穿風險的區域就位時，現場人員應及時調整壓載程序，逐級進行壓載，保證插樁作業中平穩安全。而一旦發生刺穿情況，應盡快評估現場情況，如平臺傾斜角度過大及齒輪齒條咬斷嚴重的情況下，應立即組織進行棄平臺。如傾斜角度較小的情況下，平臺操作人員應遵循“降平臺調平”的原則（使刺穿樁腿持續貫入的同時，其余樁腿同步下降），保持平臺水平下降，并使平臺盡快接觸水面。在平臺下降的過程中，可以同時進行諸如淡水、海水等可變載荷的卸載工作。

同時，根據樁腿的壓載情況和樁靴所處位置的土質特征及載荷與入泥關系的資料，分析判斷降平臺到水面是達到漂浮吃水狀態還是站立漂浮吃水狀態。確定站立漂浮吃水狀態時，要根據情況排掉部分壓載水，增加平臺的漂浮性，減少樁靴地基對平臺的承載力，避免風、浪、流環境載荷對平臺一側產生的推壓力，使另一側樁靴地基承受壓載而沉降，造成平臺的傾斜。

2.2 滑移

自升式鉆井平臺要在以前插過的位置及其附近重新插樁，即平臺重復就位時，由于初次就位對土層的擾動和舊樁穴（通常被擾動土回填或部分回填）的存在，不可避免地要對重復就位時的樁基礎產生影響。

自升式鉆井平臺發生滑移的根本原因就是重復就位時，由于樁靴偏心受阻，受力不平衡，樁靴受水平力作用而滑移。

滑移問題是平臺重復就位面臨的技術難題，處理不當就會造成嚴重的工程事故和經濟損失。如墨西哥灣有一平臺，樁靴外徑46英尺，重復就位時曾多次向舊樁穴滑移，先后采取了多種措施，經濟損失達250萬美元。我國渤海8號鉆井平臺在重返井口作業時，也曾發生樁腿彎曲變形和平臺整體滑移。

滑移風險防范：隨著渤海灣修井作業的不斷增多，鉆井平臺就位同一采油平臺的次數增多。采油平臺的就位側海底土層多已“千瘡百孔”，滑移風險已經成為鉆井平臺拖航就位作業的主要風險。因此從就位設計階段到現場插樁作業時，都應提前規避，保證安全作業。如不能完全避免，也應盡量減少可能發生滑移的樁腿數量。

鉆井平臺到達預定井位之后，在就位作業前，應分析就位設計方案可能存在的滑移方向，樁靴入泥位置距最終就位位置應有部分余量，防止由于樁靴滑移而造成的就位失敗。

同時，插樁作業過程中，應優先插不滑移或者滑移風險小的樁腿，再對其余樁腿進行插樁作業。對于滑移風險大的井位插樁時，樁腿每入泥約0.5米時，應暫時停止放樁，靜載觀察一段時間，確保不出現大的滑移現象，直至平臺插樁完畢。如果發生滑樁現象，自升式平臺與對接平臺的相對距離會發生變化，因此插樁后進行壓載作業時，也應注意觀察，確保安全。

2.3 沖刷掏空

自升式鉆井平臺在正常作業期間，如果樁靴入泥較淺或者不完全入泥時，樁靴處海水流會發生局部變化，或是水流加強，或者是出現漩渦，這些都會加強泥沙的運動情況，從而引起樁腿插樁處泥沙的沖刷坑。如果沖刷發生在樁靴底面以下，就可能造成鉆井平臺單樁或者群樁下沉，存在極大的安全隱患。

2000年，渤海十號在東海某井位就位鉆井作業?，F場水深4.9米，樁腿入泥4-4.5米。作業周期約1個月時間內，平臺傾斜角度2次超出警戒范圍內，平臺組織了卸載調平后，恢復正常作業。后經現場檢查，發現樁靴處出現了少量掏空，導致了平臺下沉。

2007年，渤海7號在曹妃甸河灘冀東油田某井位就位鉆井作業?，F場水深7.8米，樁腿入泥0.4-0.7米。作業進行約一星期時間時，平臺傾斜角度約1°，平臺緊急組織卸載、調平工作。潛水員對樁靴在海底插樁情況進行檢查，結果發現四個樁靴均出現不同程度的沖刷掏空現象，最深處已達約2-3米。經討論決定后，采用沙袋、鵝卵石等對掏空區域進行填充后，重新恢復作業。

沖刷風險防范：分析沖刷掏空出現的原因，主要是以下兩個方面：（1）水深的影響。由于水深較淺，或者就位水域靠近陸地，受潮汐影響大，水域表層流與底層流流速都比較快，對樁靴處沖刷較大。（2）插樁深度較淺，或者為砂質表層土質，受到海水沖刷后，由于缺少足夠的吸附力，較容易出現沖刷掏空的現象。

在作業前需詳細分析插樁深度入泥曲線及海底土質特點，提前做好預防。在插樁深度過淺或出現不明原因樁腿沉降的情況下，應評估需進行海底探摸的必要性。如現場出現沖刷現象，應在降低載荷的情況下，將平臺降至水面附近，對掏空處進行填充。并重新評估作業安全性，確定下一步作業計劃。

3 總結

自升式鉆井平臺插樁屬于高風險作業，在海洋石油發展高速期，平臺拖航及插樁就位越來越頻繁。加深對自升式鉆井平臺插樁風險的認識和理解尤為重要。

參考文獻：

[1]刑延.自升式鉆井船重返井口作業的地基問題[G].第五屆全國近海工程學術討論會論文集（上），1989.

[2]葉洪東等.海洋移動式樁基鉆井平臺重復就位時滑移的計算與分析[J].中國海洋平臺，1993（03）.