基于拔桩能力的自升式平台海外作业优选

针对某海外项目中可能遇到的钻井平台压载后入泥深度过大和拔桩困难的问题,开展平台优选计算。首先搜集了预定作业井位周围井位的地质勘查资料,利用二次插值法进行作业井位地质勘察数据计算,据此计算了桩脚入泥深度,并根据作业平台结构参数计算了平台的拔桩阻力。为解决平台极限拔桩能力小于拔桩阻力的问题,设计了可控冲桩阀和冲桩系统以消除或减小桩靴底部的吸附力、桩靴侧部土体剪切力和桩靴上部土重。最后将平台拔桩能力与最终拔桩阻力进行对比,给出平台推荐结果。     

双层土中自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力计算新方法

基于CEL的桩靴拔桩过程有限元数值模拟分析,总结了双层土中自升式钻井平台拔桩时桩靴极限阻力的影响因素,拟合出一套新的双层土条件下自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力预测公式,该公式将桩靴极限拔桩阻力分解为由桩靴上表面极限拔桩阻力、桩靴下表面极限吸附力和桩靴侧面最大摩擦力等3部分相加得到。其中,桩靴上表面极限拔桩阻力计算公式考虑了桩靴面积、土层抗剪强度和硬土层厚度等关键因素,桩靴下表面极限吸附力计算公式考虑了土体固结时间、渗透系数和桩靴入泥深度等关键因素。本文所提出的双层土中自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力预测公式计算结果与离心机模型试验结果之间的相对误差为8.7%,验证了本文预测公式的正确性。本文研究成果可为自升式钻井平台在双层土复杂地层中拔桩时最大阻力预测提供参考。     

海上自升式钻井平台插桩阶段桩靴承载力计算

为了准确预测海上自升式钻井平台插桩阶段贯入深度,引入流-固耦合理论,建立了饱和黏土条件下土-桩靴系统的有限元模型,利用该模型对桩靴贯入均质与非均质黏土时的桩靴承载力系数进行了数值计算。结果表明,桩靴承载力系数的大小主要取决于土体强度和桩靴贯入深度：对土体强度非均匀系数较低的土体,桩靴承载力系数与桩靴贯入深度正相关,而土体强度非均匀系数较大的土体桩靴承载力系数与桩靴贯入深度呈负相关;当桩靴贯入深度为20 m左右时,桩靴的极限承载力系数为10.30（不考虑土体回流作用）和12.25（考虑土体回流作用）。给出了插桩过程中桩靴承载力的计算方法,并利用此方法计算了渤海5号平台在特定土质条件下桩靴的贯入深度,提出的计算方法由于考虑了整个插桩过程中土-桩靴相互作用、土体的非线性特性、桩靴底面的端阻力和桩靴侧面阻力等影响,预测的桩靴贯入深度更为合理,与传统计算方法的结果相差20%左右。图9表2参25     

ALE方法评估黏土场地的自升式平台桩靴承载力

为研究自升式平台桩靴在黏土场地中的极限承载力，建立Abaqus桩靴-土模型，采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)方法对桩靴的贯入过程进行模拟，提出大值法、中值法、小值法等3种数据处理方法，并拟合桩靴承载力估算公式。将模拟计算结果与SNAME规范公式计算结果进行对比分析，对比结果证明ALE方法模拟桩靴贯入的可行性。为提高工程的安全性，提出对SNAME公式计算结果进行折减的具体公式，以使其与ALE小值法处理结果更吻合。     

自升式钻井平台桩腿入泥深度计算研究

开展了桩腿与海底土相互作用分析,提出了自升式钻井平台桩腿承载力计算模型,该模型考虑了插桩速度、桩靴上覆土压力、群桩效应等因素的影响.现场应用表明,本文提出的自升式钻井平台桩腿承载力计算模型在预测桩腿入泥深度时具有非常高的准确度,相对误差在10％以内.     

自升式平台桩靴承载力研究

自升式平台应用日益广泛,如何预估地基土的承载力以使平台安全作业,是需要解决的关键问题。研究了ABAQUS中土的弹塑性模型及进行数值模拟的条件等内容,应用土力学理论和有限元数值模拟两种方法,对自升式平台桩靴所受的垂向作用力进行对比分析。采用ABAQUS软件研究桩靴入泥深度和贯入阻力之间的变化规律,讨论了土体参数对桩靴贯入阻力的影响规律,得出具有一定意义的结论。     

基于ALE法分析桩靴插桩对邻近基桩承载力的影响

大型自升钻井船通常在距采油平台较近的区域内工作,因此桩靴的贯入过程对邻近基桩的变形及承载能力可能会造成一定程度的影响。首先研究了利用动力算法计算基桩承载力的可行性,并将结果与静力算法和API规范计算方法进行比较;之后采用了ALE方法模拟了桩靴的贯入过程,揭示了土体强度、ALE模型边界尺寸、网格尺寸和土体弹性模量对桩靴最大贯入深度的影响,并确定出最优的计算方案。结合上述分析,采用最优计算方案研究了桩靴贯入对基桩承载力的影响程度,分析桩靴贯入对不同间距邻近基桩承载力的影响。分析认为,桩的径向网格数量取8、桩四分之一周方向网格数量取4、加荷速度控制在0.1 m/s时可以在准确计算基桩竖向承载力的同时最大限度节省计算资源;桩靴贯入后,基桩承载力会在一定程度上上升,上升程度随桩靴和基桩间距的增加而降低。     

Spudcan基础贯入对固定平台基础影响

针对临时工作平台桩靴基础(Spudcan)压入土层对固定海洋平台桩基础的影响,进行了实验研究.研究发现,Spudcan压入对土层的扰动区域为距离桩靴边缘一倍半径的环形区域.固定平台桩基础顶端位移随Spudcan基础压入深度的增加而增加.砂土地基密度越小,桩靴基础压入引起的桩顶位移越大.压入到一定深度后,Spudcan半径和压入速度对桩顶总位移量影响不大,但影响位移发展过程.Spudcan半径和压入速度越大,桩顶在压入初期位移越大.柱顶位移随桩与桩靴之间距离增大而增大.     

国际规范中桩靴简化处理的合理性有限元验证

现存规范对自升式钻井平台贯入阻力进行计算时,将桩靴等效为与其最大横截面面积相等的扁平圆薄板,转而对扁平薄板进行计算分析。这种方法忽略了桩靴实际外形对贯入阻力的影响,需对此简化方法的合理性进行验证。取4种不同外形的桩靴(其最大横截面积相等),运用ABAQUS有限元分析软件对4种桩靴进行实形建模,并在不同地质条件下采用耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian,CEL)法对其进行插桩模拟。计算结果表明:在相同地质条件下,不同外形桩靴的贯入阻力存在差异,但差值都在10%以内,验证了规范对桩靴简化处理的合理性。     

西非海上自升式钻井平台提高拔桩效率的方法与措施

西非几内亚湾OML-12X区块内自升式钻井平台插桩入泥深度过大,在钻井作业之后平台拔桩十分困难,有时甚至会出现拔桩过程中破坏平台主体结构而造成巨大的经济损失的问题。通过分析,将自升式钻井平台的拔桩过程分为克服桩靴吸附力和克服上行阻力2个阶段,利用吸盘效应理论对桩靴吸附力的产生机理进行了分析,同时对减小桩靴上行阻力的有效途径进行了探讨,提出了2种提高拔桩效率的方法,即对桩靴下部地层充分水化分散和灌注表面活性剂促进内外压力的联通。现场实践表明,本文提出的方法比较符合实际情况,能够有效指导海上自升式钻井平台拔桩实践,提高拔桩效率和安全性。     

自升式平台独立桩靴结构强度分析方法

自升式平台的桩靴对平台的稳定就位起着关键作用。以自升式平台桩靴为研究对象,基于大型有限元软件SESAM,研究平台在各种载荷作用下的桩靴承受载荷的特点和桩靴强度失效形式,分析CCS和ABS两种规范计算桩靴强度的方法和基本原理,并分别按照两种规范计算其不同工况下的结构强度。对比两种规范的应力分析结果,供工程技术人员设计参考。     

钻井船插桩对海洋平台桩基影响的数值研究

运用耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Euler-Lagrange, CEL)方法对钻井船就位插桩过程引起的土体响应进行分析,得到钻井船插桩过程引起的土体响应规律。在此基础上,研究钻井船桩靴对邻近海洋平台桩基的影响,结果表明:距桩靴最近的桩基受到的影响最大;随着钻井船桩靴贯入深度增大,桩基应力逐渐增大,桩基最大应力位置逐渐下移;桩靴对其斜下方处桩基应力和水平位移影响最大。钻井船插桩过程对邻近海洋平台桩基周围土体影响深度为桩靴插入深度,桩靴对桩基承载力和轴向位移影响较小。     

带桩靴自升式桩基钻井平台插桩深度的计算方法

针对目前带桩靴的自升式桩基钻井平台插桩深度计算中存在的问题,提出了考虑桩靴实际形状和土层参数变化的地基承载力计算方法。同时编制了相应的计算机程序。     

带桩靴自升式桩基钻井平台插桩深度的计算方法

针对目前带桩靴的自升式桩基钻井平台插桩深度计算中存在的问题，提出了考虑桩靴实际形状和土层参数变化的地基承载力计算方法，同时编制了相应的计算机程序。     

自升式海洋平台桩腿桩靴有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS、Workbench,对自升式海洋平台桩腿桩靴进行在极端工况下的静力、模态、波流耦合等分析。利用理论基础对桩腿桩靴受到的各种海洋环境载荷进行计算分析,并结合中海油能源发展股份有限公司采油服务公司及中国船级社《海上移动平台入级与建造规范》的实际数据,对其数值解和理论值进行比较分析,以验证有限元方法求解的可靠性。研究结果对于提高自升式海洋平台桩腿桩靴质量有显著意义,并可为现场应用提供借鉴。     

硬土-软土插桩过程数值分析及验证

基于Hossain M S的土工离心模型试验,建立了自升式平台插桩过程的数值模型,根据数值计算结果分析了插桩过程中土壤流动特性以及插桩深度与插桩阻力的关系,并首次对桩靴底部压力分布规律进行研究。利用Hossain M S的试验结果对数值模型进行了验证,数值解与试验值吻合程度较好,说明模型可靠。数值计算结果表明：插桩过程中发生了硬土表面局部隆起、硬土-软土界面变形、空腔形成、土壤回流等现象;硬土、软土的强度比越小,桩靴下方硬土块体积越小,桩靴上方硬土分布越连续、均匀,空腔深度越大;土壤重度越大,桩靴上方硬土回流量越大,空腔深度越小,土壤重度对桩靴下方硬土块形状和体积几乎没有影响;硬土软土的强度比越大、有效重度比越小,发生“刺穿”的可能性越高。桩靴底部压力由内向外先增大、后减小、再增大,证明《海上移动平台入级与建造规范》中桩靴底部压力的线性分布假设与实际不符。图7参12     

欧拉-拉格朗日法模拟桩靴插拔对邻近桩基承载力的影响

海上自升式钻井平台插拔桩作业一般靠近固定平台,这就不可避免对固定平台桩腿产生一定影响。研究了欧拉-拉格朗日法模拟桩靴插拔与邻近桩基竖向承载力的可行性,并且分析了数值模拟中参数选取对桩基竖向承载力的影响。研究表明:当网格划分尺寸为0.25 d (d为桩基直径)、桩基加载速率为5 cm/s、桩长的30%嵌固在拉格朗日体中时,桩基竖向承载力计算结果与API规范计算结果吻合较好;桩靴贯入速度为8 m/s时,桩身弯矩的数值模拟结果与现有离心模型试验结果吻合较好;桩靴插拔后,邻近桩基竖向承载力降低率随着桩靴与桩间距的增大而减小。     

埕岛油田海上自升式平台反复插拔桩对地层的影响

为提高埕岛油田海上自升式平台插桩稳定性,通过试验模拟了平台的插桩、作业和拔桩三个过程,以明确反复插拔桩造成的粉土和粉质黏土等地基土破坏形式、状态、强度丧失与恢复过程。反复插拔桩对地层的影响为:在平面距离桩靴中心1.6D(D为桩靴直径)范围内,扰动程度最高可达40%;沿深度方向土体的扰动程度在1.8D深度范围内基本不变,桩坑底部中心土体被压密,强度提升约40%。试验研究获取了贯入力和起拔力在初次和二次插拔桩全过程中的整体变化规律,为海上自升式移动平台稳定性计算提供依据,保障了平台插桩就位安全。     

基于标贯数的自升式平台桩腿贯入深度预测方法研究

准确预测自升式平台插桩深度是保障平台安全作业的前提。结合海洋岩土工程调查方法,探讨一种新的基于标贯数的平台桩腿/桩靴贯入深度计算方法。在简要介绍了现有自升式平台桩腿/桩靴基础承载力计算方法的基础上,详细论述了标贯数的确定、承载力计算方法、标准锤击数与现场锤击数的关系等基于标贯数的平台桩腿/桩靴基础承载力计算方法。而后结合自升式平台在冀东油田多个井位的井场勘察数据,采用本方法对其多个井位、多种不同形式的平台进行了计算。结果表明,大部分井位的计算精度较高,但仍旧存在一些离散性,主要原因在于不同的海洋工程地质条件与本方法中所推荐的标贯锤击数影响系数不一样。同时还发现,在砂性土中计算结果较为准确,而黏性土计算结果相对离散,这主要是因为标贯试验对于饱和黏土的测试精度较差。该方法可作为传统计算方法的一种参考,可大大节约时间和费用。     

自升式平台压载量准静态计算方法应用研究

目前自升式平台压载量是按照极限环境条件设定的,一般远大于平台作业工况条件需要的压载量,有时会影响到平台的作业适用性,因此研究了根据作业井位环境条件确定平台压载量的方法。以海洋石油941平台为例,探讨了利用准静态法计算平台在各种海况下实际需要压载量的流程,并将该方法用于海外某作业平台的压载量分析。分析结果表明,在一定的环境条件下,利用准静态法计算结果确定平台压载量可以减小平台桩靴入泥深度,从而降低拔桩难度,提高平台的作业适用性。