海底修復在埕島油田動平臺插樁就位的應用

摘要：為降低動平臺在埕島油田反復插拔樁地區的就位風險，對反復插拔樁形成的不均勻海床通過海底地形地貌調查、規劃治理范圍和深度并選擇合適機械進行定位施工、預后分析等海底修復措施，最后通過案例分析該海底修復方法在實際工程中的應用，該海底修復方法可以增加樁靴入泥深度，減少動平臺滑樁、穿刺風險。

關鍵詞：海底修復；埕島油田；動平臺；地形地貌調查；就位風險

中圖分類號： P 7 5 1 文獻標志碼： A 文章編號： 1 0 0 5-9 8 5 7（ 2 0 2 4） 1 0-0 1 5 5-0 8

基金項目：山東博士后科學基金資助（ S D B X 2 0 2 3 0 7 1）.

A p p l i c a t i o no fS e a b e dR e m e d i a t i o nT e c h n o l o g yt oP i l e P l a c e m e n t o nt h eJ a c k - U pi nC h e n g d a oO i l f i e l d

Z HAN GD a1，L YU M i n g x i2，Z HA IW e n q i2，L I NZ e n g y o n g3，ANT a o3

（ 1. Q i n g d a oH u a n h a iM a r i t i m eE n g i n e e r i n gP r o s p e c t i n gI n s t i t u t eC o . ，L t d，Q i n g d a o2 6 6 0 0 0，C h i n a； 2. S h e n g l iX i n k e（ S h a n d o n g）S u r v e ya n dM a p p i n gC o . ，L t d，D o n g y i n g2 5 7 0 0 0，C h i n a； 3. S i n o p e cS h e n g l iP e t r o l e u mE n g i n e e r i n gC o . ，L t d，D o n g y i n g2 5 7 0 0 0，C h i n a）

A b s t r a c t：I no r d e r t or e d u c e t h e r i s ko f t h em o v i n gp l a t f o r mb e i n g i np l a c e i nt h ea r e ao f r e p e a t -e dp i l e i n s e r t i o na n de x t r a c t i o n i nC h e n g d a oO i l f i e l d，t h eu n e v e ns e a b e d f o r m e db yr e p e a t e dp i l e i n s e r t i o na n de x t r a c t i o n i s r e p a i r e d t h r o u g hs e a b e d t o p o g r a p h ya n dg e o m o r p h o l o g y i n v e s t i g a t i o n，p l a n -n i n go f t r e a t m e n t s c o p ea n dd e p t h，s e l e c t i o no f s u i t a b l em a c h i n e r y f o r c o n s t r u c t i o n，p o s i t i o n i n g c o n s t r u c t i o n，p r o g n o s i sa n a l y s i s，e t c . T h r o u g hc a s e a n a l y s i s，t h i s s e a b e dr e p a i r c a n i n c r e a s e t h e d e p t ho f p i l e s h o e s e n t e r i n g t h em u d， r e d u c e t h e r i s ko f s l i d i n gp i l e s a n dp u n c t u r eo n t h em o v i n g p l a t f o r m.

K e y w o r d s：S e a b e dr e m e d i a t i o n，C h e n g d a oo i l f i e l d，J a c k - u p，T o p o g r a p h i ca n dg e o m o r p h o l o g i c s u r v e y，P o s i t i o nr i s k

0 引言

由于埕島油田反復插拔樁形成的擾動土區域回填較多粒狀土，動平臺在擾動土區域插樁越來越淺。非擾動土區域插樁深度較深，擾動土體和非擾動土體形成的不均勻海床已經逐漸覆蓋了埕島油田動平臺插樁主要區域[ 1]。反復插拔樁形成的不均勻海床會增加動平臺液化下沉、穿刺、滑樁風險。因此如何有效降低動平臺就位風險已經成為埕島油田動平臺多次就位面臨的主要問題[ 2]。

國際上，針對動平臺海底修復方法如回填處理、反復踩踏等， I S O1 9 9 0 5-1規范[ 3]在附錄A 9.4. 3中提出了反復插拔樁形成的樁坑對后期就位平臺樁靴帶來較大偏心力和滑移風險，建議采用調整樁腿、反復踩踏、海底修復等措施。S NAME規范[ 4]提出當動平臺就位在舊樁坑區域無法避免時，可以采取舊樁坑回填的海底修復措施，回填物的可去除能力、抗沖刷能力以及和周邊海床的土體強度匹配性是選擇的重點。KONG V W[ 5]提出了回填舊樁坑需要考慮較高的偏心彎矩，動平臺二次就位回填材料選擇需要進一步的試驗研究。

國內方面，針對動平臺就位的海底修復技術較少，采用措施和國際上類似，降低海床不均勻性的措施如樁坑回填、踩踏舊樁坑等，《海洋生態修復技術指南第1部分：總則》[ 6]針對生態修復工程方案應符合國土空間生態修復規范、海洋生態環境保護規劃等相關規定，符合“兩空間內部一紅線”的相關管控要求，充分利用現用地形、水文、生物等環境和資源條件；最大限度減少對自然生態空間的占用，避免產生不利影響；優先選擇節能環保材料、工藝和技術。王家棟[ 7]提出了一種在南海海域“雞蛋殼”地層中采用牙輪鉆頭外加擴眼器在樁靴下鉆孔，以鉆孔主動穿刺方式鉆松表層地層、破壞硬地層的海底修復方法，降低動平臺就位傾覆風險。戴霖[ 8]為解決滑樁問題提出了在舊樁坑區域采用反復踩踏將舊樁坑周圍隆起的材料擠壓向舊樁坑的海底修復方法。黃忠平[ 9]在尼日利亞D P - J井位動平臺就位項目中為滿足水深和導管架高限制要求，提出了動平臺就位的一種回填袋裝碎石或粗砂墩置換處理措施。

以上方法在埕島油田動平臺就位中依然存在一些不足。由于埕島油田動平臺移位頻繁，在同一井口多次就位，樁坑回填處理方法在選取合適材料以及回填后清理及后續平臺就位等依然存在較多問題，如在埕島油田為保護樁靴前期回填砂袋后期清理難度較高；埕島油田海域水動力較強，水下探摸或R OV攝像視野小，踩踏舊樁坑方法在現場拖航過程中實施難度較高；主動穿刺技術鉆孔數量多、成本較高以及在埕島油田導管架平臺存在作業受限等問題[ 1 0]。

本文介紹了一種適合埕島油田的海底修復方法，首先通過對就位區域進行工程地質分析如動平臺穩定持力層選取、工程地質鉆孔分析和工程物探調查如多波束、淺剖、聲吶調查等，初步對海底修復區域進行調查；針對不同動平臺規劃修復范圍和深度，選擇合適機械進行施工，施工完成后進行二次海底修復區預后調查并結合實際動平臺就位情況分析就位穩定性[ 1 1]。

1 工程地質分析

海底修復在工程地質分析中需要確定穩定持力層位。埕島油田位于現代黃河三角洲的水下三角洲平原上，地勢西南高，東北低，地層特征以黏性土和粒狀土交互沉積。通過已有動平臺就位附近固定平臺、歷史就位動平臺工程地質鉆孔坐標和位置、已有動平臺就位歷史入泥資料和就位位置資料初步確定動平臺就位穩定持力層位[ 1 2]。埕島油田動平臺穩定持力層主要位于末次冰期時形成的陸相沉積層（圖1） ，主要位于地層界面間聲波阻抗的T 2反射界面，該層沉積物以中密到密實的粉土或粉砂、可塑到硬塑的粉質黏土為主。根據2 0 2 1年3月至2 0 2 3年2月鉆孔資料統計，埕島油田持力層層頂埋深2.5 0～1 7. 8m，平均埋深1 1. 1 4 m，揭露厚度2.2 0～1 7.5 0m，平均厚度8.8 2m。

海底修復工作中通過確定穩定持力層層位后，初步確定海底縱向上海底修復深度，再清除穩定持力層層位上存在的插樁阻力增大層如鐵板砂層、擾動層，增加動平臺插樁深度、減小動平臺插樁過淺引起的穿刺風險、液化下沉風險、滑樁風險等。

2 工程物探調查

通過工程物探調查對海底修復區域進行水深地形、海底地貌測量、淺地層剖面測量（圖2）。

2.1 水深地形測量

水深地下測量[ 1 3]作為海底修復工作的關鍵技術，分為單波束和多波束測量技術，單波束是利用聲波在均勻介質中將勻速直線傳播和在不同介質界面上將產生反射的原理。多波束是利用發射換能器基陣向海底發射寬扇區覆蓋的聲波，并由接收換能器基陣對海底回波進行窄波束接收。

通過水深地形測量確定水下目標物可分為自然形成和人工形成。自然形成的水下目標物如海底修復區域自然形成的水深和海底高低變化。人工形成的水下目標物，如，先前動平臺就位過程中形成的樁坑、樁靴防護投放的砂袋、動平臺鉆井或修井作業過程中產生的巖屑、海底電纜管道位置、海底沖溝和海底壓塊等。

2.2 海底地貌測量

海底地貌測量[ 1 4]主要利用側掃聲吶技術，通過電纜為水下拖魚供電，控制單元通過軟件將命令傳送至拖魚換能器上，產生的聲脈沖通過水體傳送出去，海底的瞬時回波被拖魚換能器接收，按照時變增益曲線放大、再通過電纜發送到控制軟件中，后期通過信號處理提供直觀海底形態聲成像圖（圖3）。

2.3 淺地層剖面測量

淺地層剖面測量[ 1 5]主要基于水聲學原理的連續走航式探測海底淺部地層結構和構造的地球物理方法，它利用聲波在海水和海底沉積物中的傳播和反射特性及規律對海底沉積物結構和構造進行連續探測，從而獲得較為直觀的海底淺部地層結構剖面。淺地層剖面的基本原理是聲學原理。聲波是物質運動的一種形式，由物質的機械運動而產生，通過質點間的相互作用將振動由近及遠地傳播。聲波在不同類型的介質中具有不同的傳播特征，當巖土介質的成分、結構和密度等因素發生變化時，聲波的傳播速度、能量衰減及頻譜成分等亦將發生相應變化，在彈性性質不同的介質分界面上還會發生波的反射和投射。

3 規劃修復范圍和深度

通過查明海底地形地貌、海底表面狀況、海底障礙物、投砂區分布狀況。結合物探調查資料，對作業平臺就位區域的海底砂堆、砂坑、固體廢棄物等分布情況進行調查分析，并將有礙平臺后續施工的海底障礙物通過海底修復船進行清除，再利用海底修復船的抓斗作業，把樁腿預就位區域的泥面（ 1 2.0m×1 2.0m范圍）向下挖深1.0～2.5m，從而保障作業平臺就位施工的安全（圖4）。

4 修復施工流程

為保障作業平臺在井位順利就位和施工作業安全，首先要對作業平臺就位區域使用導航定位、多波束等物探設備進行海底調查，通過海底調查資料分析，查明作業海區的水深地形、海底地貌、砂袋及障礙物分布情況；然后通過海底修復、樁腿位置挖泥處理（挖深約1.0～2.5m）、潛水探摸等作業，使得就位區域的砂袋、作業平臺預就位樁腿處地層得到有效清除，從而保障作業平臺施工安全。

平整修復過程中，每天對修復進度及效果進行導航定位、多波束等物探設備進行物探調查、潮汐觀測、潛水探摸等工作。

修復后，再次使用導航定位、多波束等物探設備進行物探調查，根據調查成果，判斷修復和挖泥作業效果，對殘留障礙物再進行修復和潛水探摸、強磁打撈等工作，直至達到作業要求，并出具技術報告。

5 預后分析

根據后期工程地質調查和工程物探調查及實際插樁結果進行預后分析平臺插樁就位安全性。

6 案例分析

埕島油田A井位位于埕島海域（圖5） ，為海底修復的重點區域。A井場水動力以受侵蝕為主，水深1 0～1 5m之間，位于埕島油田水下斜坡區，反復插拔樁樁坑內易堆填粉土，表層沉積物是現代淺海沉積物與前黃河水下三角洲沉積物侵蝕、搬運、改造的混合堆積。

鉆井平臺和作業平臺多次就位本井位，平臺插拔樁后形成的擾動區在縱向和橫向上土質不均勻性極強。2 0 1 4年8月B 2平臺就位A井位，如表1所示，插樁深度0.4 7～0.9 4m。2 0 1 4年8月為應對B 2平臺就位過淺引起的滑樁風險，前期進行投砂防護B 2平臺樁靴。如圖6所示， 2 0 2 2年9月多波束和聲吶效果圖中砂堆依然存在，砂堆比周圍平坦海底高出0.6～1.0m。

動平臺參數見表2，根據2 0 1 4年8月B 2平臺就位A井位工程地質調查成果顯示，如表3至表4所示， A井位海床存在3 .7 ～6 .1m厚粉質黏土層，黏性土設計抗剪強度1 0 0 .2～1 2 2 .6k P a，該層非常硬的粉質黏土在插樁過程中會形成較大阻力，如表1所示，實際入泥0 .4 7 ～ 0 .9 4m，并為了保護樁靴不受海底水動力作用發生掏空現象進行投砂防護，如圖7聲吶顯示拋砂效果圖。投砂防護優點是有利于已就位平臺樁靴不受海底掏空引起的液化下沉、滑樁等風險，缺點是不利于下次動平臺就位該井口。為了實現A井位二次就位，采用海底修復船對A井位進行修復。

2 0 2 2年1 1月至1 2月進行海底修復，工作主要通過船舶作業完成，首先船舶拋錨定位完成，通過船上重力式抓泥裝置進行海底修復作業，抓斗將海底砂袋、表層硬土層等從海底表面運送至運輸船，并及時清理散落海面的雜物，清障船拋錨定位完成后，通過船上抓斗入水至海底進行清障作業，抓斗將海底砂袋抓起打撈出水后，放置于運輸船上，對于散落海面的砂袋及雜物使用沖鋒舟進行清理，反復進行此流程直至完成全部工作。砂袋清理完成后，再通過抓斗把樁腿預就位區域內的海底泥面向下挖深1.0～2.5m。平整清障過程中，每天對清障進度及效果進行導航定位、多波束等物探設備進行物探調查、潮汐觀測、潛水探摸等工作，根據調查成果，判斷清障和挖泥作業效果，對殘留障礙物再進行清障和潛水探摸等工作，直至達到作業要求。使得就位區域的砂袋、作業平臺預就位樁腿處地層得到有效清除，從而保障作業平臺施工安全。多波束效果如圖8所示，通過海底修復，樁靴就位區域砂堆明顯清除，且下挖深度滿足沒過樁靴要求。

2 0 2 2年1 2月針對B 1平臺進行工程地質調查，鉆孔位置分別位于B 1平臺設計就位艏樁、左艉樁、右艉樁樁靴下，工程地質調查參數見表5至表7，根據《海上平臺場址工程地質勘察規范》（ G B/T1 7 5 0 3-2 0 0 9）和《海洋井場調查規范》（ S Y/T6 7 0 7 - 2 0 1 6） ，插樁理論深度艏樁1 .7m，左艉樁理論計算深度1 .7m，右艉樁理論計算深度1 .7m；綜合樁坑土體的不均勻性及海底修復后的高度差，推薦艏樁入泥深度1.0～ 3.8m；推薦左艉樁入泥深度1.0～3.8m；推薦右艉樁入泥深度1.2～4.0m。

2 0 2 3年1月B 1平臺就位A井口，最終艏樁入泥1.3 5m，左艉樁入泥2.3 1m，右艉樁入泥2.2 6m，實際入泥和預計入泥相符，滿足規范及就位安全性。

7 總結

海洋工程的特殊性決定了海底修復工作的難度，埕島油田動平臺反復插拔樁的海底修復工作作為一項綜合性技術，融合工程物探調查、工程地質調查、海洋工程施工等技術，在解決埕島油田動平臺反復插拔樁形成的擾動土層的不均勻問題中具有較強的指導意義，有效降低穿刺風險、滑樁風險、液化下沉風險，增加動平臺插樁深度，提高動平臺就位穩定性。

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