自升式钻井平台冲桩系统优化设计研究.pdf

石 油机械 C H I N A P E T R O I E U M M A C H I N E R Y 2 0 1 4年 第4 2巷第 1 2期 ●海洋石油装备 自升式钻 井平台冲桩 系统优化设计研 究 黎 剑 波 中海 油田服务股份有 限公 司 摘要为 了减小拔桩阻力， 自升式钻井平台都配备有冲桩系统，用于在拔桩过程中对桩靴上 、 下土体进行冲桩。提 出了一种 自升式钻井平台冲桩系统优化设计方法，给 出了桩靴底部吸附力计 算方法，以及渗透性较差和较好土体的冲桩分析方法，研究 了喷嘴数量和喷嘴布局形式对于冲桩 效果的影响，并 以某新式平 台为例，进行 了桩靴底部冲桩 系统的优化设计。研究结果表明，冲桩 喷嘴越 多，喷嘴布局越均匀，冲桩效果越好。优化后的冲桩 系统布局形 式比原设计布局形式在冲 桩效率上提高 了约 1 倍。 关键词 自升式钻井平 台；桩靴；冲桩 系统；优化设计 ；喷嘴 中图分 类号 T E 9 5 1 文献标 识 码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 4 ． 1 2 ． 0 1 2 Op t i mi z a t i o n o f J e t t i n g S y s t e m f o r J a c k - u p Un i t S p u d c a n Ex t r a c t i o n L i J i a n b o C h i n a O i e l d S e r v i c e L i mi t e d A b s t r a c t T o r e d u c e t h e s p u d c a n e x t r a c t i o n r e s i s t a n c e ，t h e j a c k u p d r i l l i n g r i g s a r e e q u i p p e d w i t h j e t t i n g s y s t e m t o j e t t h e s o i l u p o n a n d u n d e r t h e s p u d c a n ． A n o p t i m i z a t i o n d e s i g n me t h o d f o r j e t t i n g s y s t e m f o r s p u d c a n e x t r a c t i o n i s p r o p o s e d ． T h e c a l c u l a t i n g me t h o d o f t h e a d s o r p t i o n f o r c e o f t h e s p u d c a n ，a s w e l l a s t h e j e t t i n g a n a l y s i s me t h o d f o r s o i l wi t h g o o d a n d p o o r p e r me a b i l i t y i s d e t e r mi n e d． T he e f f e c t s o f t h e no z z l e nu mb e r a n d n o z z l e l a y o u t f o r m o n t h e j e t t i n g e f f e c t a r e s t u d i e d ． C a s e s t u d y o n t h e o p t i m i z a t i o n o f j e t t i n g s y s t e m o n t h e b o t t o m o f a l l e w p l a t for m ’ S s p u dc a n i S d e s c r i be d ． Th e s t u d y r e s u l t s s h o w t h a t t he mo r e n o z z l e s a nd mo r e u n i for me d n o z z l e l a y o u t a r e． t h e b e t t e r t h e j e t t i n g e f f e c t s a r e ． C o mp a r e d w i t h t h e o r i g i n a l j e t t i n g d e s i g n ，t h e j e t t i n g e ff i c i e n c y o f t h e o p t i mi z e d j e t t i n g s y s t e m i s i mp r o v e d b y a b o u t 1 t i m e s ． Ke y wo r d s j a c k u p d r i l l i n g r i g ；s p u d c a n ；j e t t i n g s y s t e m f o r s p u d c a n e x t r a c t i o n ；o p t i mi z a t i o n ；n o z z l e 0 引 言 自升式钻井平 台在每次完成钻井作业任务后 ， 都要进行漂浮拔桩并拖航至新的作业井位 。作为一 种高效、实用的移动钻井平台，它在服役期内需要 进行频繁的拔桩移位作业。每次作业时海底土质条 件不 同，平 台入泥深度也不 同。当海底土质较软 时，平台入泥较深 ，长时问作业后会导致平台拔桩 阻力过大及拔桩困难 | 1 j 。其原因主要有 2方 面 一 方面 ，插桩破坏的土体回流覆盖桩靴 ，上覆土长 期固结后形成一定强度 ，给平 台拔桩带来较大 阻 力 ；另一方面，长期作业后桩靴底部超孔隙水压力 逐渐消散 ，在拔桩 时桩 靴底 部产生较大 的吸附阻 力。历史上多次 出现过因人泥过深造成拔桩时间过 长 、平台受损 的事故 j 。因此 ，为 了减小拔 桩阻 力，自升式钻井平 台都配备有 冲桩系统 ，在拔桩过 程 中对桩靴上、下土体进行冲桩。 早在 1 9 8 7年 L i n _ 4 就通过试验对冲桩消除Ⅱ 及附 力和减小拔桩阻力的问题进行过初步研究 。P u r w a n a 、B i e n e n和 G a u d i n等人 对拔 桩吸 附力 产生 机理 、冲桩机理及其效果进行了进一步研究 ，论证 了冲桩减阻 的可行 性与可靠性。然而 ，在 G a Mi n 等_ 5 对于冲桩机 理及效 果的试验研究 中，采用控 制位移的方式进行加载 ，与拔桩作业的工程实际相 去甚远 ，其试验结论对于拔桩前的冲桩过程并不具 一 5 6一 石 油机械 2 0 1 4年第4 2卷第 1 2期 冲桩压力最大 。对于表 1所示 的土体参数 ，在 1 h 内完全消除 8 0 MN的吸附力 ，仅外 圈全开 时需要 0 ． 5 3 MP a的冲桩压力 ，如图 1 2所示 。而从 图 8可 以看出，以原设计的喷嘴布局形式进行 冲桩 时，1 h内消除 8 0 MN的吸附力需要喷嘴全开 ，冲桩压力 约 0 ． 5 0 MP a 。因此，与原喷嘴设计相 比，优化后 的喷嘴布局形式可使效率提高约 1 倍 。 Z 茎 ＼ 删 篮 惩 R 莲 螫 喷 嘴数量 后的喷嘴布局形式具有更好的冲桩效果 。 4 对某新式平 台冲桩 系统 的优 化设 计能有 效提高平台的冲桩效果 ，冲桩效率提高约 1倍。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 图 1 l 相 同喷嘴数 量下和不 同布局形 式对 冲桩 效果 的影 响 F i g ． 1 1 T h e j e t t i n g e ri e c t s w i t h t h e s a m e n 。 z z 1 e E 5 ] n u mb e r b u t d i f f e r e n t n o z z l e l a y o u t Z 盏 ＼ 咖 颦 莲 冲桩 压力／ M P a 图1 2 冲桩 1 h后冲桩效果 外圈喷嘴开 F i g ． 1 2 T h e j e r ri n g e f f e c t s a f t e r 1 h j e t t i n g w i t h o u t e r n o z z l e o p e n e d 3 结 论 提 出了一种 自升式平 台冲桩 系统优化设计 方 法 ，并对某新式平台冲桩系统的优化设计进行 了研 究 ，得到以下结论。 1 提出的优化设计方法能够有效地分析 冲 桩过程中桩靴底部的孔隙水压力变化。 2 喷嘴数量对冲桩效果的影响显著，喷嘴 数量越多，冲桩效果越好 。 3 喷嘴布局越均匀 ，冲桩效果 越好 ，优化 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] 参考文献 隋吉林 ，张 日向 ，韩 丽华 ．基于 A N S Y S模拟潜坐结 构吸附力 [ J ]．中国水运，2 0 0 9 ，9 6 1 9 3 1 9 5． 韩丽华，蒋萌，张日向 ．海洋结构物沉箱吸附力的 试验模拟 [ J ]．港工技术，1 9 9 8 ，8 4 3 4 9 5 3． 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 ]．中国海洋平 台，1 9 9 2 ，7 5 2 2 8 ． L i n S S ． A u n i v e r s a l f o o t i n g w i t h j e t t i n g [ R]． O T C一 5 3 9 1一MS． 1 9 8 7 ． Ga u d i n C， B i e n e n B， C a s s i d y M J ． I n v e s t i g a t i o n o f t h e p o t e n t i a l o f b o t t o m w a t e r j e t t i n g t o e a s e s p u d e a n e x t r a c t i o n i n s o f t c l a y[ J ]． G e o t e c h n i q u e ，2 0 1 l ，6 1 1 2 1 0 4 31 0 5 4 ． B i e n e n B，G a u d i n C，Ca s s i d y M J ． F h e i n fl u e n c e o f p u l l o u t l o a d o n t h e e ffic i e n c y o f j e t t i n g d u r i n g s p u d c a n e x t r a c t i o n[ J ]． A p p l i e d O c e a n R e s e a r c h ，2 0 0 9，3 1 3 2 0 2 2 1 1 ． Pu r wa na 0 A， L e un g C F， Cho w Y K， e t a 1 ．I n flu e nc e o f b a s e s u c t i o n o n e x t r a c t i o n o f j a c k u p s p u d c a n s[ J ]． G e o t e c h n i q u e ，2 0 0 5 ，5 5 1 0 7 4 1 7 5 3 ． 胡知辉，段梦兰，赵军，等 ．自升式钻井平台新型 高效冲桩系统的研制 [ J ]．中国机械工程，2 0 1 2 ， 2 3 4 4 0 24 0 6 ． 高 占峰 ．坐底 结 构物 吸 附力 计算 模 型 和方 法 研究 [ D]． 大连 大连理工大学，2 0 0 5 ． D S S I MU L I A ． A b a q u s a n a l y s i s u s e r ’ S m a n u a l[ K]． 2 011 ． 作者简介 黎剑波 ，工程师 ，生于 1 9 7 6年 ，1 9 9 8年毕 业于天津 大学 船舶 工程专业 ，现从事移 动式海 洋钻 井平 台 管理工作 。地 址 0 6 5 2 0 1 河 北 省 三河 市 。电 话 0 3 1 6 3 3 6 6 6 7 0 。Em a i l l i j b 8 c o s 1 ． c o n ． o n 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 61 3 本文编辑谢守平