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带桩靴自升式平台拔桩问题探讨

作者:来源:日期:2019-10-31 8:09:07人气:773
      1、引言

      自升式钻井平台是可移动式平台中造价较低,作业灵活强,安全性高,操作简便的一种平台。拖航作业是自升式平台迁动的方式,完整的一个拖航过程包括原地降船和拔桩。途中牵引拖带、新位置播桩升举和压载五个环节。对于帝桩靴的自升式平台来说,这其中难度大,危险性高,且作业时间相对较长的环节之一即是拔桩作业。只有充分了解拔桩时各种力的分布与组成,结合地层、海况等诸多因素,才能用最有效的手段与方法来加快拔桩的速度,同时也提高作业的安全性。.

      钻井事业部共有平台十座,其中可移动式9座,自升式7座,带桩靴自升式6座。带桩靴的平台在拔桩时出现问题较多,例如拔桩时间曾超过一周的;又如为增大吃水而一味倾斜平台,造成倾斜过大,损坏升降系统的电器控制机构的;还有因下喷冲堵塞而尝试用高压水冲下喷冲;再有因无法拔活桩腿而用油管从船侧进行喷冲的。错误的方法会损坏.平台结构,威胁人员安全;不完善的手段会错过拔桩潮位,延长拔桩的.时间,浪费人力物力及财力。

      2.拔桩作业理论依据21拔桩力构成

      平台降入水中后,当吃水达到拖航吃水,继续增加平台吃水,即进入拔桩过程.拔桩力主要来源于平台自身的浮力,当平台浮力大于拔桩.阻力,则桩腿拔活。阻力的构成主要有桩侧力、桩靴上部覆土重力和桩靴下部粘吸力。以五号平台在海东2井拔桩为例,假设桩腿入泥11米来估算最大拔桩力:

      桩靴底面积:7012M↑桩靴上部面积*62 J07M“桩靴周长:30.5米

      五号平台桩靴下部设计了下部喷冲,我们假设其非常好用,所以暂将桩靴下部粘吸力忽略不计。

      (])潮汐表营口区8-10月份

      最高潮:8月11日463米 最低潮 10月8日 033米潮差1米时 间约为2小时。

      (2)拔桩力(预计插桩11米,排除吸附力)

      覆土重力(1.5x0.75+4.1x0.9+5.2x0.98+0.2x0.98)x62.07= 62734吨

      桩侧力(参照海东2井地调资料,地调剪切强度不全,按2层粉砂以上按05计算,以下按09计算)

      (56x05+54x09)x 30 5=233 63吨拔桩力= 62734+23363= 86097

      (3)拔桩能力(按平台在该区域内的最大吃水45米计算)查静水力曲线表

      平台吃水45米时浮力9707587吨(查静水力曲线表)剩余浮力=9707587- 6704=3003587吨单桩拔桩力=3003 587/ 3=1001吨桩腿浮力= (11+45) x8 244= 127吨桩靴浮力=1127吨

      单桩总拔桩力= 1001+127+112 7=12415吨

      拔桩能力余量=12415-860 97=3815吨

      备注:为避免平台座滩后造成船体变形,预计拔桩时平台吃水控制在4米,重复上部计算,拔桩能力余量不足20吨。.

      通过以上计算可以证明,在平台吃水不足4米时,即可克服桩侧力与覆土重力。但很多平台在拔桩时,单桩吃水超过5米,平台依然无法拔活。由此可见,平台下部喷冲系统并未发挥作用,桩靴下部粘吸力成为平台拔桩的主要阻力。

      22桩靴喷冲系统结构原理

      五号平台桩靴上下喷冲所用管系均为76X8无缝钢管,焊接工艺相同,上喷冲试验耐压12M DA,下喷冲未作耐压试验.上喷冲为4口,下喷冲共8个口。(如图一所示)


      上喷冲设计为高压,实现用泥浆泵泵出的高压水流来清除桩靴上部覆土及侧面部分阻力的目的。下喷冲设计为低压,使消防泵泵出的低压水渗入桩靴与地层粘土间的孔隙中,以破坏粘土对桩靴下表面的粘吸力,实现拔活桩腿的目的。


      每个噴冲孔处都有-直径219X16的半圆钢管覆盖保护(如图二所示),这种保护对上下喷冲喷头的防堵防损作用很.明显。在实际应用中,由于五号平台未配备锚机,在定位时会使用桩靴来咸速或作为平台角度调整的旋转轴心,且由于海底表面淤泥较软,极易在定位时灌入喷冲管系内。这些淤泥如未及时排出,直接开始降桩升船压载,则会造成喷头堵塞,增加下次拔桩时的难度。


      3、拔桩作业中存在的误区及正确操作31平台倾斜越大拔桩力越多

      操船手册上要求,拔桩时要将平台降至比预计拖航吃水多出12米的位置,保持干舷0.6米的高度,利用升降系统对某一桩腿单独拔桩,应.遵循先拔入泥深的桩腿,后拔入泥浅的桩腿。

      通过计算,以五号平台为例,平台横向左右舷吃水差lm时,平台倾斜23度,纵向吃水差1米,平台倾斜21度。如果一味增大单桩吃水,哪怕甲板上水,待拔桩腿的拔桩力增加量并不大,且会造成平台严重倾斜。当平台倾斜超过11度时控制系统发出警报,当超过22度系统报警停机并锁定控制台,如不用专用钥匙解除警报,则无法进行进行任何操作。

      过大的倾斜会使平台主结构受力不均,容易损坏桩腿及船体结构,还会造成人员工作及行动上的不便,增加作业风险。

      倾斜过大出现在两种情况中,一是拔入泥最深的桩腿,另一是拔最后一个桩腿。在这两种情况中,应该避循一个宗旨,即是在保持平台整体有足够浮力的前提下,尽量避免平台过度倾斜。操船手册上要求,平台在拔桩作业中应先拔入泥最深的,最后拔入泥较浅的。这样的目的是为了保证最难拔的桩腿能有足够大的拔桩力。所以在以上两种情况中,我们应该采取如下措施,来保证拔桩力,避免平台过倾。

      第一种情况,应该逐步增加平台整体吃水,保证有干舷的前提下,渐次的增大入泥深的桩腿部位吃水。要注意的是,不能一次性增加过多平台整体吃水,防止入泥浅的桩腿被提前拔活。因此要循序渐进,且延长观察时间,详细对比待拔桩腿升降机构受力情况,一旦吨位有减小趋势,可继续增大吃水,当升降机构受力迅速降低,表示该桩被拔活。

      第二种情况,当剩余最后一个桩腿未拔活时,平台处于半漂浮状态,平台整体浮力减小,此时最易发生过倾现象。操船手册中建议我们可以将待拔桩腿的对角压载舱压水,以减轻平台倾斜,增大待拔桩腿的浮力。一般采用打开海底门,通过总管灌水的方法实现。选择对角靠舷边压载舱打水,比较容易调整平台水平,同时也可以减小因海水排不净,残留海水对稳性的影响。

      所以说,并不是平台倾斜越大,拔桩力越大,而是要结合平台整体及单桩的吃水,交替进行拔桩,这样才能保证足够的单桩拔桩力,并避免过倾现象的发生。

      32下喷冲压力越高越容易拔活桩腿

      桩靴下部之所以会沾吸在地层粘土上,主要原因是因为其内部水分被完全挤出,与海水产生压差,桩靴被海水“压”在了海底。所以,只要将其压力平衡或减小压差,就可以拔活桩腿。而实现这个目的就要靠桩靴下部的8个喷冲孔。

      下喷冲孔堵塞,是不能完全避免的。但即便是局部堵塞,利用海水的渗透性,低压08~0 9M pA持续喷冲,海水会逐渐渗入桩靴与粘土之间的孔隙,下噴冲仍然是可以发挥作用的,这也是下喷冲设计为低压的原因。如果用高压水进行下喷冲,那么堵塞在喷冲孔部位的稀松粘土会被瞬间压缩,孔隙被完全填死,海水无法渗出,最终使下喷冲丧失功.效。拔活桩腿自然更加困难。

      了解了下噴冲的作用原理,我们还可以用压缩空气来作为下喷冲的介质。空气对比海水有很强的压缩性,能量聚集更大,一旦平衡了桩靴下部压力,桩腿可迅速被拔活。但使用空气的前提是下喷冲孔要相对畅通,否则不如用海水效果好。

      下喷冲的通畅与否是拔桩的关键因素之一,只有了解下喷冲的作用机理,才能合理的应用它,使其在拔桩过程中发挥最大功效。但是下喷冲一旦被堵,我们也不能東手无策,而是应该想办法去解决或者用其他方式来代替它,为拖航作业争取有利的时间。.

      4.下喷冲堵塞后的拔桩方法及处理措施41下喷冲堵塞后的拔桩方法

      一旦下喷冲孔被彻底堵死,丧失功效,那么仅靠平台自身浮力来拔活桩腿是很困难的。由此我们平台设计了二次喷冲系统,从船舷边下油管至桩靴下侧部,用泥浆泵高压喷冲,掏空桩靴下部泥沙,减小桩靴粘吸力,实现拔活桩腿的目的。

      五号平台在海东二井作业完毕拖航前夕,面临高潮水深不足5米,下喷冲孔堵塞的现状,采用二次油管噴冲系统,艏桩在吃水仅4米的情况下即拔活桩腿,用时半小时,实践效果非常理想。


      42下喷冲堵塞的处理方法

      用油管喷冲虽然能取得很好的效果,但浪费的材料及人力比较多,准备工作很繁琐,这只是没有办法的办法,远不如桩靴下喷冲系统使用起来简便快捷。

      堵塞的下部噴冲孔要想通畅,除了进船厂修复外,还可以用其自身功能进行通畅处理。选择远距离拖航期间,将桩腿下放半米,使下喷冲孔露出船体,用流动的海水冲刷喷冲孔最外沿。先用消防泵低压进行噴冲,待压力有所下降,再用泥浆泵高压(不超过6M Da)进行喷冲。这个过程相对较长,也许需要几十个小时。通过六号平台的验证,该方法还是切实可行并有一定效果的。

      5.结语

      快速而安全的拔桩方案,可以使平台争取时间,提早完成挂拖,节约成本,降低风险;正确的操作方法,可以延长升降机构及平台的使用寿命。根据不同的地层、海况等因素,用最有效最合理的方法进行拔桩作业是我们每位机械师必须经过深思熟虑才能去实施的。

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