海洋自升式钻井平台插桩风险分析

董凯

摘 要：目前渤海湾自升式钻井平台就位频繁，拖航就位作业日趋常规化。同时采油平台就位侧均经历过多次插桩，桩腿坑越来越多，就位安全风险加大。对钻井平台插桩作业过程中的相关风险进行分析，为现场作业者提供参考，提高对风险的认知程度和防范措施。

关键词：自升式钻井平台;插桩;刺穿;滑移

1 引言

中国大规模海上油气勘探开发活动中，关于钻井平台事故已多有报道，其中以自升式钻井平台的插桩就位过程中事故为多。通过对现场实例进行分析，重点提出了作业面对各类风险时的应对措施，并提供参考。

2 插桩主要存在的风险分析

按照海洋石油行业的通用作业流程，钻井平台就位作业前，都会对作业区域进行物探及地质钻孔取样工作。在掌握充分的海底地貌及地质状况的情况下，钻井平台的插桩作业有了相对大的安全保障。但是仍然存在各种风险，主要分为刺穿、滑移、掏空等三种。

2.1 刺穿

2010年9月7日，中国石油化工集团公司胜利石油管理局井下作业公司作业三号（简称胜利三号平台）在渤海埕岛油田作业期间，发生一起倾斜事故，导致36人遇难，其中2人溺水死亡，直接经济损失592万元。分析其事故主要原因，为平台在未进行插桩分析及极限承载力分析的前提下进行作业。冷空气和台风造成的波浪流的作用下，导致桩腿刺穿地层，桩腿下滑从而艏部甲板入泥的重大事故。

刺穿风险防范：在存在刺穿风险的区域就位时，现场人员应及时调整压载程序，逐级进行压载，保证插桩作业中平稳安全。而一旦发生刺穿情况，应尽快评估现场情况，如平台倾斜角度过大及齿轮齒条咬断严重的情况下，应立即组织进行弃平台。如倾斜角度较小的情况下，平台操作人员应遵循“降平台调平”的原则（使刺穿桩腿持续贯入的同时，其余桩腿同步下降），保持平台水平下降，并使平台尽快接触水面。在平台下降的过程中，可以同时进行诸如淡水、海水等可变载荷的卸载工作。

同时，根据桩腿的压载情况和桩靴所处位置的土质特征及载荷与入泥关系的资料，分析判断降平台到水面是达到漂浮吃水状态还是站立漂浮吃水状态。确定站立漂浮吃水状态时，要根据情况排掉部分压载水，增加平台的漂浮性，减少桩靴地基对平台的承载力，避免风、浪、流环境载荷对平台一侧产生的推压力，使另一侧桩靴地基承受压载而沉降，造成平台的倾斜。

2.2 滑移

自升式钻井平台要在以前插过的位置及其附近重新插桩，即平台重复就位时，由于初次就位对土层的扰动和旧桩穴（通常被扰动土回填或部分回填）的存在，不可避免地要对重复就位时的桩基础产生影响。

自升式钻井平台发生滑移的根本原因就是重复就位时，由于桩靴偏心受阻，受力不平衡，桩靴受水平力作用而滑移。

滑移问题是平台重复就位面临的技术难题，处理不当就会造成严重的工程事故和经济损失。如墨西哥湾有一平台，桩靴外径46英尺，重复就位时曾多次向旧桩穴滑移，先后采取了多种措施，经济损失达250万美元。我国渤海8号钻井平台在重返井口作业时，也曾发生桩腿弯曲变形和平台整体滑移。

滑移风险防范：随着渤海湾修井作业的不断增多，钻井平台就位同一采油平台的次数增多。采油平台的就位侧海底土层多已“千疮百孔”，滑移风险已经成为钻井平台拖航就位作业的主要风险。因此从就位设计阶段到现场插桩作业时，都应提前规避，保证安全作业。如不能完全避免，也应尽量减少可能发生滑移的桩腿数量。

钻井平台到达预定井位之后，在就位作业前，应分析就位设计方案可能存在的滑移方向，桩靴入泥位置距最终就位位置应有部分余量，防止由于桩靴滑移而造成的就位失败。

同时，插桩作业过程中，应优先插不滑移或者滑移风险小的桩腿，再对其余桩腿进行插桩作业。对于滑移风险大的井位插桩时，桩腿每入泥约0.5米时，应暂时停止放桩，静载观察一段时间，确保不出现大的滑移现象，直至平台插桩完毕。如果发生滑桩现象，自升式平台与对接平台的相对距离会发生变化，因此插桩后进行压载作业时，也应注意观察，确保安全。

2.3 冲刷掏空

自升式钻井平台在正常作业期间，如果桩靴入泥较浅或者不完全入泥时，桩靴处海水流会发生局部变化，或是水流加强，或者是出现漩涡，这些都会加强泥沙的运动情况，从而引起桩腿插桩处泥沙的冲刷坑。如果冲刷发生在桩靴底面以下，就可能造成钻井平台单桩或者群桩下沉，存在极大的安全隐患。

2000年，渤海十号在东海某井位就位钻井作业。现场水深4.9米，桩腿入泥4-4.5米。作业周期约1个月时间内，平台倾斜角度2次超出警戒范围内，平台组织了卸载调平后，恢复正常作业。后经现场检查，发现桩靴处出现了少量掏空，导致了平台下沉。

2007年，渤海7号在曹妃甸河滩冀东油田某井位就位钻井作业。现场水深7.8米，桩腿入泥0.4-0.7米。作业进行约一星期时间时，平台倾斜角度约1°，平台紧急组织卸载、调平工作。潜水员对桩靴在海底插桩情况进行检查，结果发现四个桩靴均出现不同程度的冲刷掏空现象，最深处已达约2-3米。经讨论决定后，采用沙袋、鹅卵石等对掏空区域进行填充后，重新恢复作业。

冲刷风险防范：分析冲刷掏空出现的原因，主要是以下两个方面：（1）水深的影响。由于水深较浅，或者就位水域靠近陆地，受潮汐影响大，水域表层流与底层流流速都比较快，对桩靴处冲刷较大。（2）插桩深度较浅，或者为砂质表层土质，受到海水冲刷后，由于缺少足够的吸附力，较容易出现冲刷掏空的现象。

在作业前需详细分析插桩深度入泥曲线及海底土质特点，提前做好预防。在插桩深度过浅或出现不明原因桩腿沉降的情况下，应评估需进行海底探摸的必要性。如现场出现冲刷现象，应在降低载荷的情况下，将平台降至水面附近，对掏空处进行填充。并重新评估作业安全性，确定下一步作业计划。

3 总结

自升式钻井平台插桩属于高风险作业，在海洋石油发展高速期，平台拖航及插桩就位越来越频繁。加深对自升式钻井平台插桩风险的认识和理解尤为重要。

参考文献：

[1]刑延.自升式钻井船重返井口作业的地基问题[G].第五届全国近海工程学术讨论会论文集（上），1989.

[2]叶洪东等.海洋移动式桩基钻井平台重复就位时滑移的计算与分析[J].中国海洋平台，1993（03）.