自升式钻井平台拔桩阻力预测的数值计算方法

自升式钻井平台完成钻井作业后,需要进行拔桩操作。历史上发生的多起自升式平台拔桩事故都与在特定地质条件和入泥深度下平台的拔桩能力评价相关,而其中拔桩阻力预测的偏差是重要的因素。文中分析自升式平台拔桩阻力的影响因素,用通用有限元软件Abaqus对拔桩过程进行数值计算,实现对拔桩过程中桩土相互作用、孔隙水与桩周土体的流固耦合作用及桩周土体的重新回落、淤积、固结等的数值模拟,得到拔桩过程中桩周土体的变形、破坏等运动规律,进而得出平台在特定孔位、特定入泥深度下的拔桩阻力。数值分析与规范公式计算的结果对比发现,公式计算所得结果偏大,主要是因为公式计算将各部分阻力(桩靴底部吸附力、桩靴侧面摩擦阻力、桩靴上部覆土的重力和桩侧土体的剪切破坏力)取最大值相加所得,而实际过程中各部分拔桩阻力并非同时达到最大值。文中的数值计算方法弥补了现有公式计算的不足,为进一步评定平台拔桩能力及结构强度的设计提供一种较为准确的计算方法。

双层土中自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力计算新方法

基于CEL的桩靴拔桩过程有限元数值模拟分析,总结了双层土中自升式钻井平台拔桩时桩靴极限阻力的影响因素,拟合出一套新的双层土条件下自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力预测公式,该公式将桩靴极限拔桩阻力分解为由桩靴上表面极限拔桩阻力、桩靴下表面极限吸附力和桩靴侧面最大摩擦力等3部分相加得到。其中,桩靴上表面极限拔桩阻力计算公式考虑了桩靴面积、土层抗剪强度和硬土层厚度等关键因素,桩靴下表面极限吸附力计算公式考虑了土体固结时间、渗透系数和桩靴入泥深度等关键因素。本文所提出的双层土中自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力预测公式计算结果与离心机模型试验结果之间的相对误差为8.7%,验证了本文预测公式的正确性。本文研究成果可为自升式钻井平台在双层土复杂地层中拔桩时最大阻力预测提供参考。

自升式平台插/拔桩阻力影响因素数值分析

文中通过建立数值模型,模拟真实工况,研究并讨论了自升式平台插/拔桩阻力的影响因素及机理.首先以Hossian土工离心模型试验为基础,得出土壤实际参数;其次采用CEL分析法,建立ABAQUS插/拔桩数值模型;然后以数值解为依据,讨论插桩阻力与插桩速度、土层强度比、上土层相对厚度的关系;最后研究拔桩阻力与土体弹性模量、桩靴埋深、上拔速度的影响机制.结果表明:插桩阻力与插桩速度、上土层相对厚度呈正相关关系,与土层强度比呈负相关关系;拔桩阻力与土体弹性模量、桩靴埋深、上拔速度呈正相关关系.

自升式钻井平台冲桩对拔桩阻力影响研究

自升式钻井平台插桩较深,拔桩时出现周期长、拔桩困难等问题。为了提高拔桩效率,对拔桩系统尤其是桩靴底部喷嘴冲桩效率进行试验研究。以某深水钻井平台为原型设计桩腿、桩靴模型,选取渤海滨海原状土为试验场地,进行冲桩和拔桩试验,明确了不同冲桩条件和拔桩阻力大小的关系。结果表明,当冲桩孔面积达到桩靴面积1%时,拔桩阻力减小40%左右,因此冲桩对破坏桩靴底部吸附力作用明显,是应对拔桩困难的有效手段。

喷冲系统降低拔桩阻力有效性的试验研究

自升式作业平台是勘探开采海洋油气资源的重要装备。在其使用期内,需要多次移动位置。移动之前,自升式平台通过桩腿拔出桩靴。拔桩过程可能因地质条件复杂而费时费力。喷冲系统对降低拔桩阻力的功效明显。通过单喷嘴试验,本文研究不同地质条件下的喷冲参数变化规律,并探讨参数之间的相互影响。通过桩靴模型喷冲试验,验证喷冲系统降低拔桩阻力的有效性。试验结果将为进一步设计能够有效降低自升式平台拔桩阻力的喷冲系统提供技术支持。

自升式钻井平台插桩等候时间与拔桩阻力相互影响研究

自升式钻井平台现场作业时可能会出现拔桩困难、周期长等问题,为了提高拔桩效率,对拔桩阻力与插桩等候时间之间的相互影响关系进行了试验研究。以"海洋石油941"平台桩腿和桩靴为原型,选取渤海湾天津海边原状土为试验场地,进行了相关试验。结果表明,拔桩阻力随等候时间的增加而增加,且增加的幅度越来越小,最终趋于稳定;在不考虑拔桩前用高压海水对桩靴上下表面土体冲桩的情况下,当拔桩阻力稳定时,拔桩阻力约为桩腿自重的2倍。

自升式平台拔桩阻力分析及校核

拔桩能力是海上自升式平台的重要性能指标之一,对平台的运营安全有着重大影响。本文分析了海底土壤与浸没结构物间的作用机理,以及影响结构物提升出泥阻力的主要因素,并提出阻力值的估算方法海上平台拔桩能力校核的方法,为平台拔桩能力的校核和升降系统的设计提供参考。

基于不同区域土体变形特性的自升式平台拔桩阻力计算方法研究

为了研究自升式平台在饱和软黏土拔桩过程中所受拔桩阻力的大小及变化规律,基于不同区域土体的变形特性,应用ABAQUS软件分别采用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)数值分析方法与基于小应变理论的有限元(SSFE)计算方法建立了桩靴上部阻力与底部吸附力的数值计算模型;提出了自升式平台拔桩阻力计算方法,并与已有的离心机试验结果进行比较。根据不同固结条件,开展了土体不排水抗剪强度、贯入深度以及桩靴直径对桩靴拔桩阻力的敏感性分析。研究结果表明:该计算方法能有效预测桩靴在软黏土中所受的拔桩阻力,其中上部阻力、底部吸附力预测误差分别为14.48%和-7.25%~4.23%,峰值拔桩阻力预测值误差为15%左右;桩靴所受的上部阻力主要来自于上覆土体对桩靴的反作用力,而底部吸附力则由桩靴底部土体中负超孔隙水压力引起;上部阻力受上述3项因素影响较大,而底部吸附力则随着固结时间增加而显著增大。研究成果可为桩靴拔桩作业过程中的受力分析提供借鉴与参考。

自升式钻井平台插拔桩技术发展现状及趋势

针对自升式钻井平台在插桩和拔桩过程中面临的土工问题,系统地梳理插桩和拔桩涉及的关键技术。分析插桩过程中的土工试验技术、土体破坏机理、上硬下软地层承载力和桩脚滑移问题;阐述拔桩过程中的拔桩阻力计算方法和减小拔桩阻力方法的研究进展情况。在此基础上,根据目前面临的新挑战,提出今后自升式钻井平台插拔桩技术研究的重点,并预测其发展趋势。

海床土体固结效应对平台拔桩吸附力的影响

针对自升式钻井平台插桩完成后,随着平台作业时间的推移,插桩扰动土体固结,造成在拔桩过程中吸附力随固结时间推移而增大的现象,对准确预测平台拔桩阻力带来很大难度,根据吸附力产生机理,设计了一套试验装置。通过试验和ABAQUS研究土体固结过程中拔桩阻力与吸附力两者之间的关系,明确拔桩过程中吸附力的大小以及所占比例。研究结果表明,海床土体固结后,吸附力占到平台总拔桩阻力的以上,是平台拔桩阻力的重要组成部分,因此拔桩吸附力的科学计算对保证平台作业安全至关重要。

基于拔桩能力的自升式平台海外作业优选

针对某海外项目中可能遇到的钻井平台压载后入泥深度过大和拔桩困难的问题,开展平台优选计算。首先搜集了预定作业井位周围井位的地质勘查资料,利用二次插值法进行作业井位地质勘察数据计算,据此计算了桩脚入泥深度,并根据作业平台结构参数计算了平台的拔桩阻力。为解决平台极限拔桩能力小于拔桩阻力的问题,设计了可控冲桩阀和冲桩系统以消除或减小桩靴底部的吸附力、桩靴侧部土体剪切力和桩靴上部土重。最后将平台拔桩能力与最终拔桩阻力进行对比,给出平台推荐结果。

部分粘接预应力抗拔桩静荷载实验下的桩身受力分析

传统的抗拔桩在承受抗拔荷载时,桩身混凝土受到拉伸,这样导致抗拔桩在没有承受多大的抗拔力的情况下,桩身混凝土已经发生拉伸破坏而产生裂隙,随后桩身钢筋结构锈蚀破坏。预应力抗拔桩有效改善了普通抗拔桩的桩身结构,能充分发挥抗拔桩的承载力,解决了普通抗拔桩所不能解决的问题。部分粘接是解决抗拔桩上施加预应力的一种方法和手段。通过现场实际的部分粘接预应力抗拔桩荷载试验,了解部分粘接预应力抗拔桩的桩身受力情况,为进一步完善预应力抗拔桩的受力机理分析提供了可靠的试验依据。

自升式钻井平台拔桩机理探析

海上自升式钻井平台完成预定工作后,将收起桩靴迁航到下一个目的地,桩靴的拔出是由支撑状态向漂浮状态过渡的重要过程,是自升式钻井平台正常作业不可缺少的重要组成部分。在这个过程中,拔桩阻力的预测对于桩靴上拔安全至关重要。笔者通过对平台拔桩阻力进行分析,并结合中油海平台近几年的拔桩作业经验,提出了施工中的注意事项,具有一定的指导意义。

自升式钻井平台新型高效冲桩系统的研制

针对自升式钻井平台现有冲桩系统存在的问题,提出了一种冲桩系统改造方案,利用液压机构控制冲桩系统,能将所有冲桩喷嘴打开后同时冲桩。研究结果表明,该系统的冲桩能力明显得到提升,减小了拔桩阻力,从而达到提高拔桩效率和进一步保证平台结构安全性的目的。

多种自升式海洋平台桩靴上拔过程仿真分析

本文以自升式海洋平台桩靴为主要研究对象,运用Ansys Workbench中的Design Modeler建立桩靴与土的模型,通过LS-DYNA来模拟桩靴上拔过程,并计算了3种桩靴形式的拔桩力和研究了3种桩靴的上拔过程土体的变形,并将桩靴上拔阻力的理论计算值与数值模拟计算的结果进行比较分析。本文对未来海洋平台的发展有一定的工程意义。

水下桩基清除方法研究

桩基清除是港口、海洋工程的重要组成部分,影响桩基清除的因素主要有桩基类型、土的工程性质、桩基尺寸、成桩工艺等。目前为止已经形成了震动拔桩、高压旋喷震动拔桩、震动沉管高压水射流拔桩和爆破拔桩等多种方法。其中以震动拔桩和震动沉管高压水射流拔桩应用最为广泛。随着海洋工程的快速发展,需要新的拔桩方法和工艺以满足工程需求。

自升式钻井平台升桩方案研究

自升式钻井平台适用于水深小于150m的油田。为尽可能在坞内建造完整、保证码头升桩试验的安全,介绍了几种升桩方案。首先在坞内升桩时,设计了桩靴砂箱结构,并利用有限元方法分析内摩擦角、弹性模量等参数对砂箱载荷传递效果的影响。其次基于码头条件介绍了直接插桩方案,对承载能力、拔桩能力以及刺穿安全系数进行了分析。最后对两类新型水下承台升桩方案进行了研究,运用数值模拟方法对不同的承台型式在正常使用极限状态和承载能力状态下的受力和沉降进行分析,设计结构合理的水下承台。