复杂地基环境中自升式钻井平台基础

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自升式钻井平台需要有一个合适的基础，从根本上说，基础合适与

否取决于不同位置处的土壤特性。在准备期间，会对自升式平台进行临

时重量加载或者是预压载。这样做是为了模拟风暴作用荷载和钻井作业

产生的偏心荷载，借以使桩靴和桩腿插入海床形成一个容许地基。在最

终穿透时，土壤的承载力必须抵消钻井作业和风暴荷载所产生的最大平

台重量。一些位置具有十分危险的土壤重要条件，这对于能否安全组装

自升式钻井平台和完成桩腿穿透来形成容许地基都是一种挑战。当一个

土层，它没有足够的承载力来承载一个钻井平台，而它又位于承载力比

它更弱的土层上时，便会有上述危险产生。对这种危险不能正确认识和

缓解的话，将会导致一系列严重后果，如桩腿的不可控穿透或者是穿孔。

当一个较硬的地层位于软弱地层之上时，软弱地层屈服于桩靴荷载

并且在软弱层中发生不可控穿透的情况，这就是发生了穿孔。由于重力

偏移和倾斜不稳定性，不可控穿透的情况会随着桩腿穿透荷载的增加而

不断加重。因为平台变得不再水平，随着重心的改变，额外重量对插入

桩腿是很有用的。穿孔是荷载超过桩腿结构设计极限的典型结果，它可

以导致严重的构造破坏。

据工程实践知，“瑞士奶酪”式钻井法可以用来有效的削弱或是降低

薄而坚硬的粘土层的强度，从而使在这种环境中的可控制穿透得以实现。

虽然不是很普遍，“瑞士奶酪”法很典型地是由3040个直径为2636英

寸的孔组成的，在每一个计划的桩靴作用区内这此孔穿过坚硬的粘土层。

这此孔可以削弱坚硬上层的有效承载力，并且在实行预压载过程中允许

可控穿透力进入到位于下层的软弱土层中。“瑞士奶酪”法操作典型地完

全应用在自升式钻井平台的组装定位过程中。通常，这种种操作是在漂

浮模式中完成的，借助于一条延伸到离舰皈不远的螺旋桨处的悬臂。一

个四点系泊系统用来控制定位，并且在每一个拟定的桩靴位置处完成孔

的目标模型。接近结束时，平台固定在拟定的作用区内并施加最终穿透

的预压载。

Raya8和Tapis/两座平台位于马来西亚半岛的近海处，它们已

被指出具有关可控穿透或穿孔的危险。在这两个位置，对各自的作用区

实行“瑞士奶酪”式操作的决定，跟在这区域内已知的其它“瑞士奶酪”

式操作比起来是一个难题。

选址评估与可行性研究

选址可行性分析是要按照SNAME原则，检验自升式平台抵抗风暴荷

载的能力。进行分析需要选址环境资料，平台规格和通过压电锥体针入

度测试(PCPT)所得的土壤资料以及岩心样品。土壤资料的取得应该避免

忽略薄的岩层或者是对选址可行性分析的准确性有影响的微小变动。对

于每一份样品或者是每一个测试位置的土壤资料进行分析绘制不排水抗

剪强度-相对深度数据图表来进行详细阐述。不排水抗剪强度通过分析

桩靴的尺寸和土壤的特性可以转化为土体的抗剪承载力。从以上的分析

中可以得到一个穿透深度评估，表明桩靴荷载需要达到一个给定的穿透

深度，因此，对于特定的钻井平台需要有一个极限穿透深度的估计值。

由于曲线代表土壤承载力与桩靴穿透深度之比，所以当曲线出现间隙，

即土壤承载力随深度增加而逐渐降低时，便会有发生穿孔的危险。

RayaB土壤分析和穿透深度评估

Raya8穿孔危险是在一次迅速穿透事故中被首次发现的，当时是

2001年9月，正在给Friede&GoldmanL780ModII自升式钻井平台

(JU#1)实施预压裁。五个预压载周期过后，预压载已经达至打00%,然而

胴右桩穿入桩靴末端48英尺后便不再下沉。3小时静载测试开始后儿分

钟，舰右桩突然以一种无法控制的状态迅速穿入达10英尺，但并未达到

失重并且土壤的强度还可以承受桩靴荷载。在这次事故之后，JU#1平台

只能用作一个候补平台，在这次事故的根本问题得到解决之前，RayaB

项目将一直被推迟。

在最初的准备工作中，运用平台位置的一个岩心样品和PCPT数据

对JU#1平台进行穿透深度评估是十分重要的。根据原始土壤的数据资料

所进行的穿透深度评估没能明确指出土壤强度的降低以及穿孔危险，并

且低估了桩靴的最终穿透深度。在对原始自然土壤进行再次试验时，发

现土壤的剪切强度分布图在48到54英尺范围内做微小变动，如图1所

示。事故发生以后，在距原始岩心样品约160英尺处，取得了第二块岩心

样品并进行PCPT（图2）。这个新的土壤资料很清楚地表明：在海床面以

下，土壤的剪切强度低于4854英尺处的土壤剪切强度。修正后的穿透

深度估计值包含了两份土壤资料。图3表明了桩靴穿透深度从57到63英

尺变化时的土壤剪切强度下降值。这换算成包括桩靴末端的穿透深度大

约是海床面下4854英尺，桩靴末端比最大受剪区域还要深9.25英尺。

根据这些下降值算得的最大剪切强度值与JU#1平台的最大预压载值比

较接近，是9479Kps。这个新的穿透深度评估跟2001年穿孔事故发生时

的真实结果相一致。

Tapis/土壤分析与穿透深度评估

在两份能够反映平台和拟定桩腿位置的岩心样品以及在每一个拟定

的桩靴位置附近进行的三次PCPT的基础上，认真地完成了对

LeTourneauSuper116c自升式钻井平台（JU#2）每•一个拟定桩靴位置

的穿透深度评估（图4）o在RayaB穿孔事故发生之后，TapisF的土

壤资料要求全部校验以确保土壤资料的全面性且能够代表所有的拟定桩

靴位置处的土壤资料。图5所示的土壤强度分布图表明，位于一个弱土

层上的浅的强粘土层会具有相当大的强度。图5也表明了TopisF处三

个拟定桩靴位置之间的可估计的变化。薄的强粘土层的深度、强度和厚

度的不同是显而易见的。拟定的舰左桩和脑桩桩靴位置处的剪切强度分

布图表明有一个强粘土层大约在海床面下10英尺深度处，正在不断发展

其额外强度。大约在10到13英尺处存在一层薄冰，它表现出一个十分重

要的强度增加现象。薄冰层下面是一个很重要的低抗剪强度层。拟定的

右管脚钉的剪切强度分布图表明薄冰层存在于海床面以下1518英尺

处，伴随薄冰层的还有一个位于1015英尺处的强土层，但它不存在于

解左桩和脑桩桩腿位置处。正像艄桩和腥左桩位置的分布图，右边迅速

沉入薄冰层以下的那部分土层具有十分重要的低强度性质。穿过平台管

脚钉的薄冰层随着深度的变化同样也可以在地球测量学或者浅源地震资

料中看到。薄冰层是用超声波的能量探测到的，并且从解左桩和艄桩的

位置到舰右桩的位置，冰层的深度在不断增加。

Tapis尸处的土壤特性是一个重要问题。图6所示的穿透深度评估

表明，最终穿透深度的估计值为：艄桩和胴左桩位置为12英尺，而解右

桩位置为14英尺。根据土壤资料中的变动、薄冰层的最小厚度以及下层

土层的承载力不足等情况可知，这种穿透深度存在发生穿孔事故的危险。

JU#2平台准备工作的成功是因为将易发生穿孔事故的土壤穿透了。按照

这•土层在原始未受扰动状态下的承载力估计值，大约需要JU#2平台预

压载值的200%的压力对能达到穿透。

“瑞士奶酪”方案的发展

风险评估已经完成，它指出在位置和轮廓方面都存在穿孔的危险。

这需要一些必要的措施以保证安全有效的平台准备工作。根据工程经验,

降低穿孔事故发生的风险需要采用修正后的“瑞士奶酪”操作方案。然

而，钻井平台的规格以及“瑞士奶酪”方案在降低土壤强度方面的测量

结果的不准确性等…系列难题，需要我们不断改进以达到工程实践水平。

钻进平台设备的选择

将一个为取岩心而设计的小钻井平台安装在一艘辅助船上，用这种

结构来控制“瑞士奶酪”式的钻探。JU#1平台的空间规格被应用在Raya

B处以防止发生平台尾部桩腿位置问题和平台悬臂干扰问题。仅管那个

安装在船上的平台能够到达全部的桩腿着陆点位置，但是设备规格的缩

缩减却给“瑞士奶酪”方案增加了操作上的约束。在通向平台循环系统

的一个在的斜坡上，增加了安装泵机用的滑轨和联合管道装置，这样便

可达到理想的泵排量要求。

安装在辅助船上的。〃沆sedFailing0Mx钻井平台需要以下这些

基本的规程：

•提升能力：501dps

•旋转扭矩：13230力-/加@43rpm/6300ft-lbs@Slrpm/

3360ft-lbs@161rpm

•泵容量：2x9.6bpm

•压力速率：1000psi

•钻杆：5"19.50p/^VC50

•厚壁钻杆：5”49.3p/例C50

由于在TapisF处JU#2钻井平台所采用的具体设备规格的早期影

响，UnitisedFailing0MX平台被选择用来完成HayaBTapisF

两处的“瑞士奶酪”式钻法。

“瑞士奶酪”法的部署

孔洞的大小、数量、深度和孔洞间的间隔实际上概括出了“瑞士奶

酪”法的过程步骤。一次详细的工程分析提出了最初的操作约束，以试

图发展出最优化的“瑞士奶酪”模型。这个最佳的模型在给定的操作约

束条件下可以提供最大的土壤强度降低值。

操作约束规定了最大孔洞尺寸和间距限制。最大孔洞尺寸受钻井设

备能力的限制。孔洞过大将全增加钻井荷载并且会降低环隙流速和井眼

净化能力。26T〃动的直径被选用做为最大孔洞的尺寸。最小的孔间距

规定为相邻孔洞边缘到边缘的最短距离。孔间距的规定是根据假设确定

的，因为没有实际资料可供使用。最小孔间距的选择是为了解释在海床

面上为新孔定位时产生的不确定性以及钻头向相邻孔洞发生侧移的趋

向。此外，在两个位置处的225英尺水深更增加了水平钻头在钻井船和

海床面之间移动的关系。合适的孔间距被认为是十分重要的，因为不能

成功地开钻一个新的孔洞将会使消除计划的土壤区域的强度变得更加复

杂。

采用最小的孔间距再加上最大的孔洞尺寸，这样做为清除桩靴着陆

点区域内的土壤强度提供了最高的可能机率，并且结果是土壤强度下降

值最大。Raya8处“瑞士奶酪”模型在孔间距方面没有非常严格的限

制，因为孔洞的密度不是十分重要。而对于Tapis尸来说，孔间距的限

制就十分重要。

在“瑞士奶酪”模型的基础上，完成了一系列的分析研究以力图测

量出土壤强度的实际降低值。通过下面这些保守的假设，这个问题的复

杂性得到简化：

•土壤的总体强度与它的承载能力是成比例的；

•侧向应力效应用有限元分析进行测量；

•已开钻的孔洞的周边未受扰动，井眼冲蚀问题通过增加孔洞的

有效直径来解决；

•在桩靴着陆范围外开钻孔洞是没有益处的。

经过修改的穿透深度分析方法在不断完善，通过在桩靴着陆范围内

清除土壤的百分比来降低土壤的承载能力。在有限元分析基础上的（图

7a-7c）附加减少量，如图8所示，被用来说明由于钻孔所引起的侧向应力

的损失。

RayaB

根据位置评估和2001年发生快速穿透期间的实际结果，我们可以确

定穿孔层的最大承载能力接近9480Kps或者说是JU#1平台的最大预压

载值。因此，只需要很少的孔洞来保证穿孔层的穿透。其目的就是有效

地降低土层强度，这样穿透深度便可以控制了。

建立了现个模型来评估土壤强度的下降值对于孔洞数量的敏感性。

腥左桩位置模型已设计完成，用来降低土壤承载能力以足够允许桩靴完

成穿透，用等于或者低于设备的升降能力的荷载(6777kips)。假定由于发

生冲蚀,孔洞的有效直径为28-加c为73个直径为26-山郎的孔洞，钻

进深度为54英尺，在胴左桩处需要这些孔洞以最大升降能力的预压载值

来完成坚硬地层的可控穿透。艄桩处的孔洞数量应该有所减少，这是通

过与实际结果的对比分析得出的结论。表格1提供了夫町。8处的“瑞

士奶酪”设计方案中计划开钻的直径为26-加的孔洞的总体情况。

TapisF

十分保守的假设被用来评估Tapis/的孔洞模型要求，原因是采用

了一个未证实的分析模型以及强度降低值能够保证穿透深度的要求。模

型要求包括：在胴左桩和躺桩桩靴着陆点范围内有大约168个孔洞，每个

孔洞的有效直径为26-山M；在舰右桩桩靴着陆点范围内有210个孔洞,

每个孔洞的有效直径为按照这样的密度，孔间距的要求被认

为是操作上不能达到的。

表格2提供了TapisF处“瑞士奶酪”设计方案中计划开钻的

26-比附孔洞的总体情况。这个方案提供了在操作限制范围内的最大区

域移除。

Tapis/应急计划

根据Tapis尸模型，可能需要超出由操作限制所确定的计划之外的

附加“瑞士奶酪”钻法。操作的预定计划允许将RayaB模型同先前的

实际钻井平台准备工作的结果进行比较，借此来完成Tapis/的“瑞士

奶酪”钻法，从而进行模型校正。Raya8的结果可以证明用于分析中

的假定过于保守，这为TapisE的基本计划提供了更高的确定性。

一个额外的测量结果指出，要比基本计划更进一步降低土壤的承载

能力就需要使用扩眼器将26c/7的孔洞扩大至36-山M的孔洞。孔间

距的限制已经不算是一个问题了，因为现有的26-i〃次孔洞可以作为定

位孔来阻止向相邻孔洞中滑入。然而，安装了钻井平台的辅助船是否有

能力承受钻井荷载以及扩孔到36-山”操作中的扭矩，还仍然是个不确

定的问题。

RayaB“瑞士奶酪”法的实施

“瑞士奶酪”法的实际结果在表格3中详细列出。

施工聚焦于“瑞士奶酪”方案的精密设备、精确数据的采集继续提

高之上，因为期待得到重要的知识。捕捉精确的数据资料在努力达到要

求而成功缓解Tapis尸问题的过程中是十分重要的。

“瑞士奶酪”钻法由一个测试模型来指导，这个模型与最早提倡在

最终拟定的桩靴着陆点处实施“瑞士奶酪”操作的舰左桩位置有着相同

的孔间距要求。工作队员们熟知这种钻法的定位和开钻过程，确定出最

合适的参数（例如钻压、流量和旋转速度等）并且确保达到孔间距要求。

全球定位系统（GPS）被用来对钻孔位置上的辅助船进行精确定位。

GPS系统提供的定位，其精度为20c〃?（按照2b规范的偏差标准，精确性

达95%）。对于辅助船的俯仰及盘旋偏差的修正，由一个装有倾角测量仪

（精度为0.05度）的系统来提供。其他的测量仪器还包括•个扇形扫描声呐

装置，它最初被用来证实GPS系统能够准确描绘出钻头在海床面上的位

置并且确定工作管柱上的流动效应是可以忽略的。

底部钻具组合（8朋4）是由一个26-i〃”的牙轮钻头，钻头短接、转

换接头和6个焊接在一起的5-山M厚壁钻杆组成。开眼钻头和钻井参数

在操作过程中不断设计完善，以便能使海底的扰动达到最小并且使井眼

净化能力和穿孔间隔的扰动达到最大。潮汐记录图被用来决定需要开钻

的深度以达到海底以下5.8英尺的一致孔洞。

“瑞士奶酪”模型按照计划方案得到实施。按照方案的最终孔洞位

置如图9所示。

Raya8平台的准备工作

在联合的钻井平台和辅助船完成“瑞士奶酪”操作之后，JU#1平台

被拖航到Ra”8处并顺利完成预压载。在实施预压载期间，对每个桩

腿位置的实际土壤承载强度进行观测的结果已经在图10中给出。躺桩的

最终穿透深度达67.5英尺，腥右桩达到69英尺，胴左桩为68.5英尺（见图

lla-llc）o

值得说明的是，在“瑞士奶酪”操作完成之后，定期观测结果表明

土壤的承载强度仍然有所降低。然而，最大强度值的大幅度下降可以使

平台用低于最大预压载值的荷载而很好地达到穿透深度要求。有了这种

强度降低，预压载便可以顺利实施并达到穿透深度要求而不会显露出任

何一个不必要的空隙，这样允许浮力在较弱土层的继续穿透中迅速抵消

平台荷载。此外，在穿透过程中，浮力包含在小齿轮荷载的计算中。当

平台下沉时允许上升，这种下沉可以使吃水深度提供足够的浮力在上升

限制范围内来降低小齿轮荷载。艇左桩达到从58英尺到64英尺的穿透深

度是通过顶起船身使吃水深度由6.5英尺到5.5英尺。这个吃水深度相当

于桩靴最大承载区域穿入从49英尺到55英尺。

对实际现场穿透深度按照模型预测进行评估，结果并不十分令人信

服并且这个结果也不能表明在模型中应用的保守假设是不合理的。对由

实际结果计算出来的承载强度进行观测，发现腥左桩和脑桩位置在土壤

特性上有一些偏差。考虑到解左桩位置在“瑞士奶酪”操作中的额外移

除区域，要求用较低的预压载来达到最大强度层段的穿透深度是符合逻

辑的，设每个位置处的土壤条件基本相同。这些结果证实了每个拟定的

桩靴位置之间存在相当大的偏差，这种情况在这种高危险区域是并不罕

见的。

最后值得说明的重要一条是，JU#1平台的最终位置与2001年确认

的最初桩靴着陆点有关。平台横梁的最终位置大约距平台边缘15英尺，

或者说是接近实际“瑞士奶酪”部分的中心处。如果遇到钻机试图移动

或者向平台靠近而滑入现有的桩靴作用区的情况，是不会出现问题的。

TapisF“瑞士奶酪”法的实施

“瑞士奶酪”法的实际结果在表格4中详细列出。

尽管计划的4.56英尺的中心到中心孔间距与RayaB达到的4.87英

尺孔间距是很接近的，但在Tapis/处要达到计划的孔间距要求是十分

困难的。“瑞士奶酪”操作最初是在艄桩着陆点范围内开始实施的。前6

个孔洞中的后3个由于滑入相邻的孔中而没能成功，两个七孔的测试模

型分别开钻在两个相距较远的位置，借此来判断适合的孔间距。第•个

模型将中心到中心孔间距修改到5英尺，这样7个孔洞中有6个是成功

的。针对Tapis/的不同土壤条件调整了钻头开钻的步骤后，第一个模

型是成功的，按照最初拟定的孔间距为4.56英尺，第二个模型的7个孔

洞中有6个是成功的。在艄桩着陆点处继续实施的“瑞士奶酪”操作以

4.56英尺的孔间距勉强达到成功。没有成功的孔洞需要承原始模型的外

部重新定位，因为在原始模型内的多次试验仍然继续向相邻孔洞中滑入。

结果，在桩靴直径范围内的区域移除有所降低。在试图形成一个均匀模

型的努力中，孔间距被调整为中心到中心孔间距为5英尺或者边缘到边

缘孔间距为2.83英尺，并且将着陆点的直径调整为55英尺来适应每个模

型105个孔洞的要求。

根据钻井参数，包括钻压和钻进速度等，绘制了从腥左桩位置到解

右桩位置的剖面图，如图12所示。这个剖面图提供了原始土壤强度与穿

透深度的合理关系以及浅源地震资料”胴右桩桩靴位置的坚硬层比解左

桩桩靴位置的坚硬层深且略厚一些。此外，位于坚硬层之上的硬粘土层

出现在解右桩桩靴位置并迅速发展。

在完成了每一个拟定的桩靴作用点处的105个孔洞模型后（图13）,-

套36-讥”的扩眼设备被用来移除附加的区域，这是/?分。8准备工作

结论和计算机模型预测的结果。对于每个桩腿作用范围，选择一个模型,

这个模型用来研究将一定数量的加深至海床面下20英尺的问

题。一个测试孔在钻机作用区范围内完成并且成功地进行扩孔。扩孔时

需要弘ips的钻压并伴随有明显的扭矩增加。在钻机上没有合适的扭矩仪

来测量实际的扭矩输出。测试孔的扩孔速度为7分钟。

扩孔操作是从舰右桩的作用区开始的，因为考虑到与穿孔层有关的

附加强度和土层厚度。舰右桩作用区内的第一个26-i〃c〃孔洞耗时U4分

钟扩深到20英尺。在操作过程中，钻压为弘ips时转盘停止了儿次。完

成舰右桩作用区内的第一个孔洞用了一个小时的时间，因为操作过程中

需要不断冷却过热的套管。第二个孔扩深到海床面下15英尺处，当钻压

为22.5kips时，第一个齿轮上的转盘停止了四次。结果，由于钻机功

率不足而导致此次操作中途失败。

Tapis/平台准备工作的结果

在完成“瑞士奶酪”操作后大约3个月，JU#2平台被拖航到F

处，拖航使用的是装有钻机的辅助船。首先移动到最终的“瑞士奶酪”

操作位置，对平台施加920（Rips的预压载，大约距最终位置有300英尺的

距离，这样处于待命状态等待合适的天气。在较远位置上的穿透深度分

别为：艄桩25英尺，腥左桩30英尺，解右桩15英尺。艄桩和胴左桩的

穿透深度表明，相比于在最终位置附近完成的土壤分析所预测出的强度,

浅土层的强度明显很弱。

天气转好之后，平台被定位在已有的“瑞士奶酪”作用区内，并且

在最大升降荷载（相当于每根桩腿7620kips的桩靴荷载）的作用下达到了

1416英尺的最终穿透深度。对每根桩腿进行相对独立的桩腿预压载。

躺桩和胴左桩穿透了穿孔层；然而，胴右桩在桩靴顶端穿透深度为16英

尺的时候就达到了100%预压载，并且进行了三个小时的静态测试。在穿

透穿孔层的预压载过程中，观察每个位置所得的土壤承载能力下降值在

图14中有所说明。

制订出了一个应急措施，那就是如果出现任何一根桩腿不能成功地

穿透浅而硬的粘土层的情况，就利用钻机来指导额外的“瑞士奶酪”钻

进。根据选址可行性研究的估算，在最大环境条件限制下，要指导“瑞

士奶酪”操作在一个1217英尺的空隙中进行所需要的桩靴荷载为

9800^^5o悬梁的规格应该允许通过50英尺x30英尺的区域，或者说大

约是“瑞士奶酪”孔扩孔操作的桩靴模型的70%o

将自升式平台复位，这样可以在右侧桩腿位置上提供一个可以到达

现有''瑞士奶酪”模型上方的悬梁。计划明确提出，以5英尺的孔间距

开钻或是扩大86个孔洞使其达到36-i〃M直径。91个孔洞中大约有70

个，它们的钻井参数表明海床面下40英尺处的未受扰动土壤的分离。在

开钻穿过浅而硬土层的孔洞时，前22英尺的钻井参数为30Qgpm,

6lOkips的钻压，456Qrpm,扭矩变化范围为600010000#-/加。

达到22英尺以下时，流量则上升到1500gp机而扭矩降低到

40005000/"/加。

由于恶劣的天气，尽管附加“瑞士奶酪”钻进已经完成但仍不能将

平台移回最终位置。在最初的模型中间安放了带有36-山M孔洞的第二

个模型并且已经完成。在60个附加孔洞中，有13个孔洞表明了海床面下

40英尺处的未被扰动土壤的清除。在由于天气恶劣而误工的期间，一套

52-i〃c力扩孔设备已经准备好并且用于海床面下30英尺处的土壤弱化。

等待开钻的65个孔洞中，有24个需要钻压提供明确的未受扰动土壤移除

的指标。在52-而扩孔器操作过程中，钻井参数为15001700gpm,

1030rpm,26日ps的钻压和40009000#—/加的扭矩。

在完成附加“瑞士奶酪”钻进之后，平台定位到最终位置，并且腥

右桩在最大升降荷载（相当于7620Kps桩靴荷载）的作用下达到34英尺的

最终穿透深度。相对独立桩靴的预压载继续进行以达到最终穿透深度，

平台非常成功地定位在Tapis尸处，地基完全可以满足完成钻井工作的

要求。最终达到的穿透深度分别为：解左桩56,解右桩42英尺，月首桩59

英尺。

实际的现场穿透深度与根据“瑞士奶酪”模型预测出来的穿透深度

曲线进行比较，如图15a,15%和15c所示。根据图15b,在指导附加“瑞

士奶酪”钻法的预压载达到100%时，对胴右桩的穿透深度的预测儿乎接

近下界曲线精确的英尺数。这提供了最精确的现场数据，因为这个预压

载和穿透深度一直保持了三个小时而仅出现极小的一点空隙。舰左桩和

躺桩穿过穿孔层的实际现场穿透深度曲线好象有一个小小的百分误差，

因为预压载是由一个一英尺的吃水深度进行指导的。因此，预压载计算

需要精确的吃水深度和潮汐读数以保证准确预测桩靴荷载与穿透深度的

关系。潮汐和吃水深度的现场测量都是很困难的，原因是海况的不稳定

性。每个桩靴的实际穿透深度与穿透浅而硬的粘土层时的下界曲线有很

好的相关性。穿透下伏软弱层的实际穿透深度曲线可以用下界曲线与上

界曲线的百分比来阐述。总的来说，所观测到的每根桩腿处的实际土壤

承载能力降低值与在三个桩靴位置估测出的曲线有相当好的相关性。

结论与建议

RayaB和Tapis尸处自升式钻井平台的成功动员，是充分理解了

穿孔危险与每个桩腿位置有关以及采取综合的解决办法来缓和危险的结

果。根据从这两项工程中所获得的知识，对已知存在重大穿孔危险的范

围或区域上的自升式钻井平台动员工作，可以做出以下结论和建议：

1.土壤中的重要的偏差可能会发生在自升式平台的桩靴着陆点范围

内。拟定的作用区其相反两端位置的最小值是为了鉴定土壤的均匀性而

获得的最初的土壤资料。如果鉴定出存在穿孔危险的位置，那么就应该

考虑对每一个拟定的桩靴位置进行典型的土壤资料分析。

2.如果存在的穿孔危险是不可避免的，那么采用工程实践中的“瑞

士奶酪”钻法便能够成功地缓和危险并且促进预压载其间的可控穿透。

3.“瑞士奶酪”钻法可以在平台动员之前利用已有的工作管柱有效

地将不必要的干扰减到最小。

4.存在穿孔危险的土层或者地壳可能会具有相当高的强度，如果没

有适当的分析，计划和设备选择，“瑞士奶酪”钻法很可能会起不到它应

起的作用。

5.通过计算在拟定的桩靴直径范围内移除土壤的百分比，可以得出

原始承载能力的降低值，这样便可以从已完成的“瑞士奶酪”操作中得

出一个大概的且比较保守的承载能力降低值。

6.当有障碍物存在，例如一个平台或者是管线，而使自升式钻井平

台的可及性受到限制时，采用安装好钻机的辅助船便可以完成“瑞士奶

酪”钻法。在较小的钻机组上，“瑞士奶酪”操作的功率会受到限制，因

此应该在选择设备之前考虑操作的需求。

7.在实施预压载期间，选择适当的船身位置能够大大地降低发生不

可控穿透的风险。给平台实施预压载时，船身在水平线上或者在水平线

下（即0英尺的空隙或者是1英尺的吃水深度）的微小浮动将会立即影响到

浮力的变化，浮力可以补偿不稳定的荷载并且可以将迅速穿透的值降到

最低。

表格1RayaB处“瑞士奶酪”孔洞模型的设计

移除区域的百分比

深度密度⑴孔间距⑶边缘到边缘孔间距

(2)

船首桩腿58英尺43个孔12%5.91英3.74英尺

洞尺

左侧桩腿58英尺73个孔18%4.87英2.70英尺

洞尺

右侧桩腿⑷58英尺43个孔12%5.91英3.74英尺

洞尺

(1)密度是指在•个直径为45英尺的圈内孔洞的数量，这个直径要大于桩靴的直径39.67英尺。

实际计划在左侧桩靴区域内只提供了大约60个孔洞，这少于分析得出的73个孔洞。

(2)移除区域的百分比不包括在45英尺直径的圈内而在桩靴范围之外的孔洞。

(3)孔间距是相邻孔洞中心到中心的距离。每•个孔洞与6个孔洞相邻。

(4)在2001年的穿孔事故期间右侧桩腿明显地穿入到-59英尺处。

表格2Tapis尸处“瑞士奶酪”孔洞模型的设计

移除区域的百分比边缘到边缘的孔间

深度⑴密度⑵孔间距⑷

(3)距

船首桩腿40英尺105个孔洞20%4.56英2.40英尺

尺

左侧桩腿20英尺105个孔洞20%4.56英2.40英尺

尺

右侧桩腿40英尺105个孔洞20%4.56英2.40英尺

尺

(1)钻孔所要达到的海床面下的深度是为了保证土壤退化在承载能力减退期间能够达到穿透曲

线中所表示出来的地层之下而设计的。

(2)密度是指在50英尺直径范围内的孔洞数量，这个直径大于桩靴的直径46英尺。

(3)移除区域的百分比不包括在50英尺直径的圈内而在桩靴范围之外的孔洞。

(4)孔间距是相邻孔洞中心到中心的距离。每一个孔洞与6个孔洞相邻。

表格3Raya8处已钻孔洞模型

深度密度⑴移除区域的百分比⑵重定位的孔洞比例

(3)

船首桩腿58英尺43个孔洞12%0%

左侧桩腿58英尺73个孔洞18%0%

右侧桩腿58英尺43个孔洞11%0%

(1)45英尺直径圆圈范围内的孔洞数。

(2)移除区域的百分比不包括位于桩靴的39.67英尺直径之外的孔洞。

(3)重定位的孔洞是指由于相邻孔洞的影响作用而不能在计划的位置上开钻新孔、不得不移动到

原模型参数之外的孔洞。

表格4Tapis尸处已钻孔洞模型

深度密度⑴移除区域的百分比⑵重定位的孔洞比例⑶

船首桩腿40英尺105个孔洞14%(64/105)32%(34个孔洞)

左侧桩腿20英尺105个孔洞15%(69/105)11%(12个孔洞)

右侧桩腿40英尺105个孔洞16%(70/105)6%(6个孔洞)

(1)55英尺直径圆圈范围内的孔洞数。

(2)移除区域的百分比不包括位于桩靴的46英尺直径之外的孔洞。

(3)重定位的孔洞是指由于相邻孔洞的影响作用而不能在计划的位置上开钻新孔、不得不移动到

原模型参数之外的孔洞。

0

5

10

15

20

25

30

35

：40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

图1Raya8处土壤剪切强度与深度关系图

2001年的事故之后

图2RayaB处地上凿孔位置与桩靴作用区的关系图

承载能力(kips)

04,0008,00012,00016,00020,00024,00028,000

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

图3Raya8处预压载能力与穿透深度相关图

*r

.

图4Tapis尸处地上凿孔位置与桩靴作用区的关系图

不排水抗剪强度，Cu,(psi)

0

10

20

30

深©

同'50

60

70

80

90

100

图5Tapis厂处土壤剪切强度与深度关系图

承载能力(kips)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

图6TopisF处预压载能力与穿透深度相关图

a）细筛孔区域剖面图

b）四分之一模型

骞

-.131217

S■K■7ZOD

■(I

日LO32

L59O

■80

日31

二M7

31

>aeso

c）VonMises应力等值线

图7典型的细筛孔模型与应力分布图

100%

预

压

载

的

真

伟

80%-I----------------------------------------------------------------------------------

020406080100120140160180200

孔洞的数量

图8TapisF处土壤承载能力的降低值与孔洞数量的关系曲线

yoo°ooV>

/oooooo\

Oo°o°OS

y°ooooQ

\oooo0/6

^ooX

船首桩腿位置（与右侧桩腿位置相似）

OO

cyoOoo°X°

o/oOOQOOAO

pOoOo<^OO|

(pooooooob

\poo°oooy

c\°Ooo009/0

o\^00°。3°

OO

左侧桩腿位置

图9Raya5处的最终孔洞位置图

s)

(kip

荷载

桩靴

信

一

深

度

(

f

t

)

能力

壤承投

实际土

aB

Ray

图10

承载能力(kips)

4,0005,0006,0007.0008,0009,00010,000

0

10

2o

3o

毒

4o

深

度5o

(

if

)6o

7o

8o

♦—离手临外值

—■—低于临界馆

9o

-O—况场聂值

0O

图IlaRayaB处船首桩腿位置的实际穿透深度与预测的穿透深度比较曲线

承载能力(kips)

4,0005,0006,0007,0008,0009,00010,000

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

图HbRaya8处右侧桩腿位置的实际穿透深度与预测的穿透深度比较曲线

承载能力(kips)

4,0005,0006,0007,0008,0009,00010,000

0

10

20

30

40

50

60

70

80