[发明专利]自升式钻井船插桩对临近导管架平台桩基影响的评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海上石油开发领域中的评估方法，特别是关于一种应用于海上石油开发过程中的自升式钻井船插桩对临近导管架平台桩基影响的评估方法。

背景技术

自升式钻井船是用于海上石油开发中钻完井作业的一种特殊海洋工程装备，适用于水深可达120m的海域中。在百米水深的油气田开发中，与新建平台上设置模块钻机或修井机方案、采用半潜式钻井船进行钻井作业方案相比，采用自升式钻井船的方案一般具有较好的经济效益。因此，近年来自升式钻井船越来越多地应用于我国近海油气开发的工程方案中。

自升式钻井船一般支撑于3个独立桩腿上，每个桩腿固定在较大尺寸的锥形基础上即桩靴，例如HYSY941其桩靴直径达18m。自升式钻井船在海上就位，采用液压或者机械的方法进行预压载，将桩靴插入海床一定深度，以承受钻完井作业荷载和外界环境荷载而保持船体稳定不倾覆。受自升式钻井船悬臂能力及定位精度的限制，桩靴通常与导管架平台的桩基距离较近。海上平台通常采用钢质圆管桩基作为结构基础，圆管桩基通常插入海床数十米甚至上百米以充分保证固定平台安全可靠。当大直径的桩靴挤压入泥到一定深度时，会引起大体积的土体重塑和流动。若桩靴距离导管架的桩基较近，则土体的运动会对桩基产生显著的侧向挤压影响，严重时会危及平台的安全。自升式钻井船进行钻完井作业通常需要一年甚至更长时间，当作业期间遭遇极端风暴条件时，钻井船无足够时间完成撤离操作，因此需要考虑钻井船插桩挤土效应与极端环境荷载效应的耦合作用对桩基的影响。

国内外多针对钻井船插桩的挤土效应进行研究，但未考虑插桩挤土效应和环境荷载效应的耦合作用影响，因此不能应用到工程实践中。如何评估自升式钻井船插桩挤土效应和环境荷载效应的耦合作用影响，并对其危害进行控制，成为海上石油开发技术中的一个亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种自升式钻井船插桩对临近导管架平台桩基影响的评估方法，解决了桩靴深入泥时土体大变形可能导致的导管架桩基严重扭曲的问题，可用于指导工程实践中平台桩基的设计。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种自升式钻井船插桩对临近导管架平台桩基影响的评估方法，其包括以下步骤：1）确定导管架桩侧土层的均一等效弹性模量；2）建立三维结构分析模型和三维弹塑性有限元CEL模型，并根据步骤1）计算结果设置模型中土体的弹性模量；①根据环境参数、假定的导管架桩基参数、与桩径相应的土体参数，建立平台-导管架桩基-土体相互作用的三维结构分析模型；②根据土体参数、假定的导管架桩基参数、桩靴参数，建立桩靴-土体-导管架桩基相互作用的三维弹塑性有限元CEL模型；3）根据步骤2）中建立的三维结构分析模型和三维弹塑性有限元CEL模型，确定环境参数的角度；4）根据步骤3）确定的环境参数角度，采用三维结构分析模型模拟与该角度对应的环境荷载效应，求解得到环境荷载效应下桩身的UC值分布、桩头力及桩头位移数据；5）根据步骤4）得到的桩头力和桩头位移数据，计算得到桩头刚度，并根据桩头刚度设置三维弹塑性有限元CEL模型中桩头刚度，模拟钻井船的桩靴插桩入泥过程，求解得到插桩挤土效应下导管架桩基的桩身位移；6）建立分析桩土相互作用的桩土非线性地基梁模型，根据步骤5）结果设置桩头刚度，将步骤5）中得到的桩身挤土位移以荷载形式施加到桩土非线性地基梁模型上，计算得到与此位移相对应的桩身弯矩以及剪力的桩身内力；7）根据海洋工程中的设计规范API RP2A-WSD在MS EXCEL下编程，输入步骤6）计算得到的桩身内力，求解得到挤土效应作用下桩身的UC值分布；8）根据步骤4）求得的环境荷载效应的桩身UC值和步骤7）求得的桩靴挤土效应的桩身UC值，求解得到环境荷载效应与挤土效应耦合作用下桩身UC值；9）根据步骤7）中的设计规范，对步骤8）求得的耦合条件下桩身UC值进行校核；若耦合UC值＜1.0，则进行步骤10）；若耦合UC值≥1.0，则需要调整导管架桩基参数，重复步骤1）～步骤8），直至步骤8）求得的耦合UC值＜1.0为止；10）根据步骤9）确定的导管架桩基参数，进行导管架桩基的承载力分析、起吊分析、自由站立分析、打桩分析、疲劳分析和桩腿连接分析；11）根据步骤7）中的设计规范，对步骤10）分析结果进行校核，判断是否满足设计要求；若满足设计要求，则结束；反之，则需调整导管架桩基参数，重复步骤1）～步骤10），反复迭代直至满足要求。