張福

(中海油田服務股份有限公司鉆井事業(yè)部，天津 300452）

1 基本背景介紹

海洋石油92 系列鉆井平臺每次在渤海灣不同區(qū)域作業(yè)前，由于作業(yè)區(qū)塊的不同和海床地層結構的差別等因素，平臺在不同作業(yè)區(qū)塊就位的樁靴入泥情況也難以準確判定。在遇到地層結構特殊導致平臺樁靴入泥深度比較深的情況下，受限于平臺原始設計的沖樁系統(tǒng)等原因，平臺在作業(yè)結束離開區(qū)塊前，由于沖樁效率難以保證，拔樁作業(yè)一般較為困難，且在整個拔樁作業(yè)過程中，平臺始終處在高風險作業(yè)的過程中，平臺只有通過高效快速將樁靴拔出淤泥，平臺才能減少所面臨環(huán)境風險的時間，往往一但遇到惡劣海況情況下，平臺受海浪及風力綜合因素影響明顯，平臺將劇烈晃動，因樁靴的入泥深度較深導致短時間內(nèi)不能離場，給平臺樁腿結構及平臺升降系統(tǒng)造成較大隱患，同時拔樁作業(yè)時間過長，平臺整個拖航作業(yè)的進度難以預測，就會給甲方作業(yè)者的作業(yè)計劃帶來逾期，也會產(chǎn)生一定的經(jīng)濟損失。為解決這一問題，平臺研究制定了專門的應對改造方案。

2 改造方案研究

平臺根據(jù)歷次拔樁作業(yè)的經(jīng)驗總結，結合在樁靴入泥深度超過10 米后，平臺沖樁效率較低的實際情況，研究設計增加了高壓分級沖樁系統(tǒng)布置進行現(xiàn)場應用，見圖1。

圖1 單個樁靴入泥深度與拔樁時間對比

2.1 基本原理分析

通過對平臺拔樁原理分析，拔樁作業(yè)中，樁靴受到4 個作用力，見圖2。

圖2 拔樁受力分析示意圖

作用力1（向上）：加大平臺吃水所增加浮力（可變）

作用力2（向下）：樁腿重量（固定）

作用力3（向下）：樁靴與淤泥吸附力（可變）

作業(yè)力4（向下）：樁靴頂部淤泥重量（可變）

拔樁條件：

增加的浮力（可變）＞樁腿重力（固定）+樁靴與淤泥吸附力（可變）+ 樁靴頂部淤泥重量（可變）

根據(jù)以上分析得出拔樁作業(yè)效率是通過三方面來實現(xiàn)：

一是通過增大平臺單個樁腿位置的吃水深度來增大平臺浮力作用，二是通過對樁靴附近淤泥進行高壓大排量沖刷，減少吸附阻力的情況，三是通過減少樁靴頂部淤泥重量，通過這三個作業(yè)力同時作用來提高拔樁效率。

首先按照平臺出廠的操船手冊要求，平臺在拔樁作業(yè)時的最大吃水深度是有極限要求的，最大吃水深度的考慮是基于兩點：一是由于平臺出廠設計計算要求這個深度為極限安全深度，二是來根據(jù)每次實際情況，一旦接近極限吃水時，平臺單樁偏斜較大過大造成升降裝置負荷也接近極限負荷，在繼續(xù)提高吃水深度，升降系統(tǒng)將會過載停機。所以無限增加吃水深度來改變作用力1-加大平臺吃水所增加最大浮力的方案不可行。

其次通過改變樁靴與淤泥吸附力來提高沖樁效率是否可行，原有系統(tǒng)對克服樁靴與淤泥的吸附力作用較為明顯，而且隨著樁靴入泥量的增加，樁靴與淤泥的吸附力并沒有增加，改善作用力3-樁靴與淤泥的吸附力也無法實現(xiàn)。

最后平臺經(jīng)過討論分析，隨著樁靴入泥深度的增加，樁靴壓坑側(cè)壁上淤泥垮塌，樁靴上部的淤泥重量相應增加，成為拔樁阻力的一個重要組成部分，樁靴入泥深時，拔樁效率降低最主要的阻力因素為樁靴頂部淤泥重量的增加導致的，通過改變作用力4 樁靴頂部淤泥重量方案可以實現(xiàn)，且可以提高沖樁效率。

2.2 沖樁系統(tǒng)改造方案

根據(jù)平臺拔樁作業(yè)原理的分析，平臺計劃設計改進樁靴沖樁系統(tǒng)結構的方案。由于原沖樁系統(tǒng)噴淋裝置噴射范圍的局限性，如在原樁靴結構基礎上進行改造，投入成本巨大且效果不佳，平臺決定在原沖樁系統(tǒng)外部增加一套多級分層噴淋系統(tǒng)，針對樁靴入泥較深的情況下，通過對樁靴頂部過多淤泥量的沖刷，來減少樁靴頂部淤泥阻力，同時減少樁靴入泥的相對深度的方法來提高沖樁效率。且在不同入泥情況下，拔樁作業(yè)方案實現(xiàn)了可選擇性，見表1。

表1 高壓分級沖樁系統(tǒng)使用方案

平臺重點針對克服影響拔樁效率的主要因素——樁靴頂部增加的淤泥重量來設計了如下分級沖樁改造方案（圖3）。噴嘴設計位置根據(jù)樁腿結構的實際距離及噴淋最佳位置的考慮，正好在樁腿中間兩層環(huán)形支撐分別距離樁靴底面7 和12.6 米位置布置，至少可以滿足平臺入泥在20 米情況下，將樁靴頂部淤泥沖刷至平臺快速達到漂浮狀態(tài)。噴嘴的位置確定后，噴嘴布局方式選擇了環(huán)形布置，同向角度分布，使多個噴嘴在使用中形成環(huán)流，起到最大程度上沖刷淤泥的作用。

圖3：上圖中1、2 新增兩路分級噴淋管線，3 是原三路噴淋管線（出口為底部全部紅色箭頭示意噴嘴），4 是樁靴，藍色橢圓為原樁靴噴淋有效區(qū)域

本次改造方案創(chuàng)新思路如下（圖4）：

圖4 改造前后噴淋有效區(qū)域?qū)Ρ葓D

創(chuàng)新思路1：本次改造，沒有通過對大型主體樁靴結構進行改造，通過對增加輔助分級裝置，既更好的處理了平臺以往拔樁困難的問題，同時節(jié)省了大量資金投入。

創(chuàng)新思路2：通過對平臺沖樁管匯的高壓分級布置，使平臺在不同區(qū)域作業(yè)情況下，選用更有效沖拔樁方式，提高了機動能力，原系統(tǒng)在任何區(qū)域作業(yè)下，都只能選用固有的沖拔樁方式，功能比較單一，在特殊地層困境下沒有有效方案選擇。

創(chuàng)新思路3：通過對沖樁系統(tǒng)噴淋裝置高度的增加，擴大了沖拔樁擴散噴淋范圍，實現(xiàn)了樁靴在深入泥情況下，同樣可以將阻力淤泥進行有效沖刷，來提高沖拔樁效率。同時兩套系統(tǒng)獨立設計，相互協(xié)作，又互不干涉。

創(chuàng)新思路4：以往平臺樁靴入泥較深時，提升樁靴高度到一個截距中間位置，由于噴淋裝置方向不合理導致管線與二層走道干涉需中途拆卸的情況，管線拆卸浪費大量時間，人員站在懸空位置，操作很不安全，通過對新系統(tǒng)接口由壬角度的調(diào)整，確保沖拔樁過程中，一個截距范圍內(nèi)無需倒換管線，節(jié)省大量管線拆卸時間，保障人員操作安全，同時提高沖拔樁時效。

創(chuàng)新思路5：新增高壓多級分層沖樁管匯，維護方便，在作業(yè)條件允許條件下，也可以正常檢查維護，維護周期最短可為1 個月，維護方便，原系統(tǒng)只有在進船塢時，才能進行檢查，檢查周期為2-3 年。

3 系統(tǒng)改造使用效果

高壓分級沖樁系統(tǒng)改造后，在渤海灣曹妃甸2-2-16 區(qū)塊入泥13 米時，拔樁至單個樁恢復漂浮狀態(tài)時間平均為8小時，改造前，入泥在10 米左右時，沖拔樁時間就會有8 小時，平臺高壓分級沖樁系統(tǒng)加裝后，沖拔樁提效明顯。

平臺利用曹妃甸2-2-16 區(qū)塊入泥深度平均為13 米的情況下，對三個樁使用了分級沖樁方案，進行對比測試實用效果，此次沖樁過程中使用分級沖樁系統(tǒng)，在3 個樁入泥較為平均的情況下，對2#、3#樁使用了分級沖樁方案，1#樁仍使用原設計沖樁方案，通過對比，分級沖樁方案使單個樁靴拔樁平均時間縮短了5 個小時，對比效果較明顯，見表2。

表2 不同方案的拔樁時間對比表

通過沖樁系統(tǒng)的分級布置，大大提升了平臺的沖樁效率，提高了平臺拖航作業(yè)的安全保障。

4 實踐總結

通過對海洋石油92 系列自升式鉆井平臺沖樁管線系統(tǒng)的改造，充分解決了在渤海灣區(qū)域樁靴入泥超過10 米后沖樁效率不能夠得到保障的問題。平臺在樁靴入泥較深的情況下，該方案不僅縮短了拔樁作業(yè)的時間，也避免了在拖航作業(yè)中出現(xiàn)拔樁困難，造成平臺作業(yè)逾期，影響平臺拖航作業(yè)時效等一系列問題。通過改進沖樁系統(tǒng)性能，對平臺后期作業(yè)前景提供了有利條件，將產(chǎn)生較為長遠的效益，同時得到了甲方作業(yè)者的高度認可，該方案目前在同類型的92 系列平臺已全部進行推廣使用。