自升式钻井平台新型拔桩挖泥器的研制.pdf

第 3 9卷第 6期 刘允杭等 『 J 升式钻井平台新型拔桩挖泥器 的研制 3 9 用挖泥船将桩靴顶部的泥土挖 出后才将桩靴拔 出 这说 明挖 出桩 靴上 部 泥土对 于平 台拔 桩而 言是 非常 有 利的I l l。 自升式 钻井平 台的拔桩 过程 是一 种 复杂且 涉及 因素广泛的海上作业 ，拔桩 阻力 由桩靴上覆土重 、 桩靴侧面摩擦阻力 、桩靴上部土体破坏剪切力 、桩 靴底 部 的 吸附力 等组成 ，如 图 1 所示 。拔 桩前 ．利 用桩 靴 底部 的冲桩 系统 进行 冲桩 能够 消 除部分 吸 附 力 但是 随着 桩靴 人 泥深度 的增 加 ．长 时间作 业后 桩 靴上 部土 体 回淤 同结 ．造 成拔 桩过 程 中桩靴 上覆 土重 占拔 桩 阻力 的 比例 增大 ，导 致平 台 冲桩后 仍然 出现 拔桩 困难 的情 ] 扩 散 角 土 体 重 力 图 1平 台拔 桩 阻力 示 意 为了解决平台在某些井位 因插桩人泥过深导致 拔桩困难的问题 ．除了采用冲桩消除吸附力的方法 以外 ．从减轻桩靴上部土重的角度出发 ．研制出新 型 的挖 泥器 ．用 于拔 桩前 挖 出桩靴 上部 土体 现 场 试 验表 明 ．通 过采用该设 备挖 出部分桩靴 上部 土体 ． 降低桩靴上部土重后 ．可显著改善平台的拔桩过程 1方 案设 计 挖泥器主要 由进水管道 、进气管道 、高压射流 包 、吸泥空气包及附件 、排泥管 、压缩空气管 、高 压水供应管道等组成 ．如图 2所示 空气吸泥器的 混合输送管采用直径 D 2 4 3 m m、厚度 1 0 m m的套 管 ；空 气 包 壁 上设 排 气 孔 ，孔 径 5 m i l l ，共 3 X 2 4 个 ；空气包选用 D 3 4 0 mm、高度 3 0 0 mm的套管 ， 进 气 管 道 采 用 一 根 D 5 0 mE 的 钢 管 高 压 射 流包 选用 D 3 4 0 mE、高度 4 0 0 mm 的套管 高压包 下 部焊接 1 1 个喷射管及多根泥浆搅动爪 进水管道 采 用 一根 D 5 0 m m 的钢管 接头 采 用 由壬 连接 圈 2挖 泥器 设 备 样 机 2挖 泥器 工作原 理 2 ． 1吸 泥 原 理 1 压缩空气沿进气管道进入空气包后 ．通过 内管壁上 的小孑 L 眼进入混合腔 套管 ，在套管内 与水混合 ．形成相对密度小于 1 的气水混合物 ．在 水压和连续压缩空气的共同作用下．泥水混合物沿 着排泥管路上升而排出管外 2 压缩空气沿进气管道进入空气包后 ．通过 内管壁上 的小孔眼进入混合腔 套管 ．并 以很高 的速度 由喷射孔喷出．喷出物带走喷射孑 L 以下套管 内的液体 ，喷嘴以下套管于是形成负压 ．泥水混合 物沿着排泥管路上升而排出管外 2 ． 2挖 泥原理 1 采用 高压 喷射 钻井 原理 ．利用 泥浆 泵打 出 的高压流体沿进水管道进入高压射流包 ．经喷嘴形 成高压射流冲刷破坏地层 2 采用机械搅动原理 ．利用高压射流包下焊 接的强度足够高的搅动爪 ．通过吊机往复式 回转套 管搅 动 破坏地 层 挖 泥器工 作 时 ．送入 的压缩空 气连 续并且 足够 充足，使被破坏的土层形成泥水混合物 ．被吸进套 管 ，并 由压缩 空气 沿着 套管 排 出管 外 ．完成 整个挖 泥过 程 综 上所述 ．首次设计 出的一种 新 型拔桩挖 泥器 较 彻 底 地 解 决 了 目前 白升式 钻 井 平 台插 桩 入 泥 过 深 ．拔桩 困难 的 问题 。采 用该 装置 挖 出桩 靴上 部土 体 ，减小 了拔 桩 阻力 。该 挖 泥器具 有结 构简单 、建 造和安装方便 、工作可靠性高等特点 ，满足了重复 使用 、工作寿命长等经济性要求 ．极大地提高了平 台拔 桩效 率 ．缩 短 了拔桩 时 间 3现场试 验 依据 上述设 计 方案制 造 了样机 ．并 开展现 场试 4 0 石 油l 程 建 设 验。需要的设备有 空压机 、泥浆泵和吊机 空压 机提供连续 的压缩空气 泥浆泵提供连续的高压射 流 ，以冲松海底 土层 吊机 吊装 挖泥 器并 随时调 整 角度 进行 来 回旋 转 ．搅 动海 底土层 3 ． 1试验 步骤 1 先进行冲桩试拔 ，如果没有效果 ．再将平 台升至拖航吃水深度，用挖泥器按照计算的最小挖 泥 深度进 行挖 泥 ．减小桩 靴上 面 的覆 土重 力 2 根据 事先 计算 出的重 心 ．合 理布 置平 台 的 载 荷分 布并 加 以固定 3 在升降系统允许的情况下尽量加大平台的 整体吃水 ．先拔首桩 此时应随时关注单桩升降载 荷 ，使之不超过平台允许值 ．而后迅速将低压充 气 阀门打开 4 在 打 开 充气 阀 门不 久 ．船 首 吃水 逐 渐 变 小 ，说 明首 桩正 在拔 起 ，之 后 再 降平 台增 加 吃 水 ， 直 到把首桩 拔 出泥面 5 在拔 首桩 的过程 中 ．随时关 注空压 机气 瓶 压力变化及平台倾斜状况 ．在桩靴被拔活至离开泥面 前，应关注平台倾斜程度 ，随时准备关闭充气阀门 中油海 8平 台在 滨海 7井作业 时 ．地层 土体 太 软 ．桩腿 入泥 达到 2 0 ． 4 m．远远超 过操 船手册 规 定 的入泥深度 计算分析表明 ．仅靠平台 自身浮力和 高低压冲桩系统是不能把桩腿从泥里拔出来 的．因 此选取该井位作为挖泥器的现场试验对象 拔桩阻 力 计算 表明 ，要把桩 腿拔 出至 少需要 挖 出桩靴 上部 2 ． 1 6 I I l 深 的泥 土 现 场试 验时各 桩腿 的挖 泥深 度均 不小 于计算 所得 的最 小挖泥 深度 图 3为现 场试验 照片 ．现场 试验结 果 表 明 ，该 挖 泥器能 够解决 因平 台桩 腿入 泥过深 而 出现 的拔 桩 困难 问题 图 3挖 泥器 现 场 试 验 3 ． 2 试验 注意 事项 1 在拔 桩过 程 中 ，单桩 最大 负载不 应超 过平 台允许值 2 在单桩拔桩作业时要控制平台的倾斜度 ． 防止平 台主体结 构和升 降装 置遭受 破坏 ．同时平 台 主 甲板 不能 入水 3 在 拔桩 过程 中 ，降低 平 台 增加 吃水 和 高 低压 冲桩 两 个 过 程 应 同 时进 行 ．应 根 据 环 境 条 件 、气象条件和天气变化趋势．保证平台足够的安 全干舷高度 ．防止波浪拍击到甲板 4 为 了保 证桩 腿 的顺 利拔 出 ．应 确保 3个桩 腿 周 围的泥土 达到设 定 的最小挖 泥深 度 ．并 尽可 能 向深挖 ．向 四周 挖 5 在用气喷冲过程中．在桩靴没有完全拔出 泥面前 ，中问不允许断气 ．防止产生倒吸现象 ．导 致 平 台产生大 的倾斜 6 在利用压缩空气拔桩时要特别注意安全 ． 同时也 应该 注意在 桩靴拔 出瞬问 ．因空气 瞬 问膨 胀 而产生 向上 的高 压水流沿 围阱区缝 隙窜上 甲板 的 问 题 ．平 台会 因此 而产生 晃动 ．此 时在船 舷周 围和桩 腿 附近T作 的人 员要更 加注 意安全 4结束语 】 该装 置的使用 拓宽 了平 台适用地层 的范 围 ．在某些 软地 层井位 ，即使插桩 人泥 过深 ．使用 该挖泥器也能够保证平台J p I ． N拔桩 2 该 装置 拓宽 了平 台作业海 域范 围 ，当水深 不够时 ，为了防止坐滩拔桩情况发生 ．可先使用该 挖 泥器挖 去平 台 以下泥层 ．使之 达 到拔 桩 时所需 的 水 深 ，而后再 行拔 桩 。这 样省 去 了雇 佣挖 泥船所 需 的费用 。拓 宽 了平 台作业 区的最小 水深极 限 3 为了增大 真空度 ．下 一步 拟采用 真空 喷射 泵原理进行设计 ．拟将单一喷射孔改成焊接足够数 量 的喷嘴 ，并沿套 管 向上方倾 斜一 定角度 参考文 献 [ 1 】李海瀛， 石民惠． 滞 留海上二年之久的胜利六号钻井平台解 脱移 位[ J 1． 中国海洋平 台， 1 9 9 2 ， 5 2 2 8 ． [ 2 ]张爱霞 ， 段 梦兰 ， 胡知辉． 海床土体 固结效应对平 台拔桩 吸附力 的影n NJ ] ． 石油机械， 2 0 1 2 ， 4 O 4 5 4 5 7 ． [ 3 ]陈建强 ， 王建会 ， 李明海 ， 等． 自升式钻 井平台拔桩机 理探析l J l _ 海岸1 程． 2 0 1 2 ． 3 1 f 2 1 - 6 ． 作者 简介 刘允杭 1 9 6 4 一 ，男，山 东滕 州人 ，高级工程 师 ，1 9 8 9年毕业于中国石油大学 华东 ，现从 事海 洋石 油 工程 管 理 工 作 收稿 It 期 2 0 1 3 - 0 3 0 9