基于自升式海洋平台的插桩质量动态评估方法
【专利摘要】一种基于自升式平台的插桩质量动态评估方法，该方法为：首先通过海洋地质调查、实验室测试确定相应坐标相应地层的单位面积地层承载力，即地层刺穿压力[σp]，将该数据作为自升式平台插桩安全控制的标准参数。然后在平台插桩过程中实时测取及计算各桩腿桩靴端部所到达的地层深度及实际的单位面积压载力σf，计算相对刺穿安全系数n=[σp]/σf，即可确定自升式平台插桩层位的可靠程度。本发明的自升式海洋平台的插桩质量动态评估方法有效填补了现有技术在自升式海洋平台的就位插桩质量判断方面的空白，为海洋石油工程提供了技术支持，最大限度的保证了自升式平台作业的安全性和可靠性。
【专利说明】基于自升式海洋平台的插粧质量动态评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种动态评估方法，特别是一种基于自升式海洋平台的插桩质量动态评估方法。
【背景技术】
[0002]当前，海上油田是我国石油增储上产的主阵地。油田“十二五”规划建设明确要求强化海上油田重点地区和重点项目的运行。随着海上油田作为重点资源接替阵地，勘探开发工作量尤其是钻井工作量迅速攀升，海上钻井、作业等各类型平台进行插桩作业越来越频繁，提高平台插拔桩作业过程中的科学性、合理性、准确性变的越来越重要。
[0003]在海洋钻井平台移位作业中，海调部门先进行海洋地质调查，再经过计算分析确定平台插桩的合理入泥深度。平台人员以此为参考，控制钻井平台进行插桩作业。插桩过程中往往凭经验，插桩质量通常具有不确定性。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术的不足，本发明提供一种检测准确、安全稳定的用于对自升式海洋平台插桩质量进行动态评估的方法。
[0005]本发明提出的一种基于自升式海洋平台的插桩质量动态评估方法，包括以下步骤:
[0006]第一步，通过海洋地质调查及实验室检测的方式确定相应坐标、相应地层的桩脚的单位面积地层承载力[σ ρ]和单位面积侧摩阻力f，生成单位面积地层承载力与深度关系曲线及单位面积侧摩阻力与 深度关系曲线；
[0007]以下是针对不同类型的地层桩脚的单位面积极限承载力[σ p]和单位面积侧摩阻力f的计算方式:
[0008]a、当土层为不排水粘性土时，
[0009]al、桩脚的单位面积极限承载力[σ ρ]通过公式(3)获得；
[0010][ σ p] =SuNc(3)
[0011]Su-桩脚下Β/2深度以内平均不排水抗剪强度
[0012]Nc-不排水土的无量纲承载力系数，通过公式(4)获的；
[0013]Nc=6(l+0.2D/B) ^ 9(4)
[0014]D-桩脚最宽截面的入泥深度
[0015]B—桩脚最宽截面的直径
[0016]a2、单位面积侧摩阻力f=重塑土的抗剪强度
[0017]b、当土层为排水粒状土时，
[0018]bl、桩脚的单位面积极限承载力[σ ρ]通过公式(5)获得；
[0019][σρ]=0.3y2BNr+p0(Nq-1) (5)
[0020]P。一桩脚深度处的有效上覆压力[0021]Nq.Nr-排水粒状土的承载力系数承载力系数(在排水粒状土典型参数表中)
[0022]B—桩脚最宽截面的直径
[0023]y一水下重度
[0024]b2、单位面积侧摩阻力f通过公式(6)获得；
[0025]f=KP0tg δ ≤ fmax(6)
[0026]K—横向地压力系数，一般取1.0
[0027]δ - 土和桩侧面之间的摩擦角
[0028]P。一桩脚深度处的有效上覆压力
[0029]fmax—极限值，在较深贯入深度时应用
[0030]以上方案还进一步包括:
[0031]所述海洋平台就位点桩脚的单位面积地层承载力[σ ρ]通过各地层刺穿力的分析而得到，所述各地层刺穿力的分析通过现场测试、数值模拟或土样试验的方法来分析得到，刺穿分析中桩脚的单位面积地层承载力[σρ]的表达式为:
[0032][op]=6Su(l+0.2D/ /B' )AP/ /Ap ≤[ο p]硬层(7)
[0033]其中:
[0034]Ap1 —等效基础面积
[0035]=Ap (1+2H/3B) 2
[0036]B'—等效基础深度
[0037]=B+ (2/3) H
[0038]D'—等效基础深度
[0039]=D+H
[0040]H—实际基础面之下硬土层的厚度
[0041]B—实际基础直径
[0042]D—实际基础深度
[0043]Su-桩脚下B/2深度以内平均不排水抗剪强度
[0044][ σ p]硬层一假设硬土层无限厚时的承载力。
[0045]第二步，测取平台各桩腿桩靴端部所到达的地层深度及各桩腿实际的压载力F，结合平台桩靴参数，并通过公式(I)获得单位面积桩脚实际压载力，并生成单桩实测压载力与深度关系曲线；其中各桩腿实际压载力的总和等于平台总重，通过在一定范围内调节作用于平台单桩腿的载荷调整压载力大小，所述现场采集各桩腿实际的压载力F为实时数据；所述各桩腿桩端部所达到的土层深度也为实时数据，由现场实时采集；
[0046]of= (F-r^-fAj,) /A (I)
[0047]f—单位面积侧摩阻力
[0048]rr-由桩脚排出土的平均有效重度
[0049]Α—桩脚的最大平均面积
[0050]V—桩脚的体积
[0051]As-桩脚的侧面积
[0052]第三步，将所述实测压载力曲线与地层承载力曲线进行对比，确定平台插桩实际状态，并通过公式(2)计算相对刺穿安全系数η，通过比对相对刺穿安全系数η与预定安全系数来确定插桩质量；
[0053]n=[op]/of (2)。
[0054]所述的公式(2)中，参数[σ p]的取值可根据地层状况分别选择硬土层桩脚的单位面积极限承载力、软下卧层桩脚的单位面积极限承载力或者施加的最大预压载荷下的桩脚的单位面积极限承载力。
[0055]一种基于自升式海洋平台的插桩质量动态评估方法有效结合海调报告结果和现场实时监测数据，对平台升降、插桩、预压载、钻井等施工状态的桩腿入泥深度与桩基负载之间的关系进行分析，辅助指导整个平台作业，提高平台作业效率，缩短平台就位时间。该方法可以提升平台作业的安全性，有效减少了平台插桩过浅或过深给平台带来的安全隐患，对于保障海上平台及作业人员的安全，提升海洋钻井企业经济效益具有深远意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0056]图1为本发明所述评估方法的流程图；
[0057]图2为平台单桩桩脚的单位面积地层承载力与深度关系曲线及单位面积侧摩阻力与深度关系曲线。
【具体实施方式】
[0058]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0059]如图1所示，本发明提出的一种基于自升式海洋平台的插桩质量动态评估方法，包括以下步骤:
[0060]第一步，通过海洋地质调查及实验室检测的方式确定相应坐标、相应地层的桩脚的单位面积地层承载力[σ ρ]和单位面积侧摩阻力f，生成单位面积地层承载力与深度关系曲线及单位面积侧摩阻力与深度关系曲线，如图2所示；
[0061]以下是针对不同类型的地层桩脚的单位面积极限承载力[σ p]和单位面积侧摩阻力f的计算方式:
[0062]a、当土层为不排水粘性土时，
[0063]al、桩脚的单位面积极限承载力[σ ρ]通过公式(3)获得；
[0064][ σ p] =SuNc (3)
[0065]a2、单位面积侧摩阻力f=重塑土的抗剪强度
[0066]b、当土层为排水粒状土时，
[0067]bl、桩脚的单位面积极限承载力[σ ρ]通过公式(5)获得；
[0068][σρ]=0.3y 2BNr+p0 (Nq-1) (5 )
[0069]b2、单位面积侧摩阻力f通过公式(6)获得；
[0070]f=KP0tg δ Sfniax(6)
[0071]fmax—极限 值，在较深贯入深度时应用
[0072]所述海洋平台就位点桩脚的单位面积地层承载力[σ ρ]通过各地层刺穿力的分析而得到，所述各地层刺穿力的分析通过现场测试、数值模拟或土样试验的方法来分析得到，刺穿分析中桩脚的单位面积地层承载力[σρ]的表达式为:
[0073][op]=6Su(l+0.2D/ /B' )AP/ /Ap ≤[ο p]硬层(7)[0074]第二步，测取平台各桩腿桩靴端部所到达的地层深度及各桩腿实际的压载力F，结合平台桩靴参数，并通过公式(I)获得单位面积桩脚实际压载力，并生成单桩实测压载力与深度关系曲线；其中各桩腿实际压载力的总和等于平台总重，通过在一定范围内调节作用于平台单桩腿的载荷调整压载力大小，现场实时采集各桩腿实际压载力F ;所述各桩腿端部所达到的土层深度也为实时数据，由现场实时采集；
[0075]Qf= (F-rJ-fA,)/A (I)
[0076]第三步，将所述实测压载力曲线与地层承载力曲线进行对比，确定平台插桩实际状态，并通过公式(2)计算相对刺穿安全系数n，通过比对相对刺穿安全系数η与预定安全系数来确定插桩质量；
[0077]n=[op]/of(2)
[0078]所述的公式(2)中，参数[σ p]的取值可根据地层状况分别选择硬土层桩脚的单位面积极限承载力、软下卧层桩脚的单位面积极限承载力或者施加的最大预压载荷下的桩脚的单位面积极限承载力。
[0079]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则以内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种基于自升式海洋平台的插桩质量动态评估方法，其特征在于，该评估方法包括以下步骤: 第一步，通过海洋地质调查及实验室检测的方式确定相应坐标、相应地层桩脚的单位面积地层承载力[σ ρ]和单位面积侧摩阻力f，生成单位面积地层承载力与深度关系曲线及单位面积侧摩阻力与深度关系曲线； 第二步，测取平台各桩腿桩靴端部所到达的地层深度及各桩腿实际的压载力F，结合平台桩靴参数，并通过公式(I)获得单位面积桩脚实际压载力，并生成单桩实测压载力与深度关系曲线；其中各桩腿实际压载力的总和等于平台总重，通过在一定范围内调节作用于平台单桩腿的载荷调整压载力大小，所述现场采集各桩腿实际的压载力F为实时数据；所述各桩腿桩端部所达到的土层深度也为实时数据，由现场实时采集；of= (F-riV-fAs) /A (I) f-单位面积侧摩阻力 rr-由桩脚排出土的平均有效重度 A-桩脚的最大平均面积 V—桩脚的体积 As —桩脚的侧面积 第三步，将所述实测压载力曲线与地层承载力曲线进行对比，确定平台插桩实际状态，并通过公式(2)计算相对刺穿安全系数n，通过比对相对刺穿安全系数η与预定安全系数来确定插桩质量； η=[ σ ρ] / σ f(2)。
2.根据权利要求1所述的基于自升式海洋平台的插桩质量动态评估方法，其特征在于:所述评估方法还包括各地层刺穿力的分析，所述各地层刺穿力的分析通过现场测试、数值模拟或土样试验的方法确定海洋平台就位点的单位面积地层承载力[σ p]。
3.根据权利要求1-2任一所述的基于自升式海洋平台的插桩质量动态评估方法，其特征在于:所述的公式(2)中，参数[σρ]的取值可根据地层状况分别选择硬土层桩脚的单位面积极限承载力、软下卧层桩脚的单位面积极限承载力或者施加的最大预压载荷下的桩脚的单位面积极限承载力。
【文档编号】E02D33/00GK103556659SQ201310542573
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】安长武, 杨玉精, 彭吉友, 安有杰, 张跃, 隋迎光, 吕国升, 李成军, 马安彪, 任华, 杨兵兵, 蒋鹏 申请人:东营市胜软石油技术开发有限公司