海洋坐底式钻井平台的素质与运行维护

海洋坐底式钻井平台的素质与运行维护

胜利海雕公司拥有三个底板平台。自施工以来，它在渤海湾浅水区进行了海上勘探和开发。施工期间发生了10多起盗窃案和滑移事故，造成施工中断、口误流、平台结构破坏和室内水泄漏等严重后果，这不仅影响到生产的时间和安全，而且造成了巨大的经济损失。为避免或最大限度减少此类事故的发生,本文从平台的结构性状出发,结合渤海湾海底地质特点,以及风、浪流特性,分析研究坐底式平台淘空、滑移的成因,为采取有针对性的预防措施提供有力的技术支持。一、坐底式钻井平台抗滑移能力对于坐底式钻井平台在钻井施工时,首先要考虑平台就位以后的坐底稳性,主要是抗滑移稳性。所谓抗滑移稳性,就是指当地基的剪切应力超过土壤的抗剪强度时,平台可能沿地基土壤的某一个面发生滑移破坏。平台抵抗这种滑移破坏的能力称为抗滑移稳性。目前通常按照美国石油协会(API)的规范和挪威船级社(DNV)的规范计算坐底式钻井平台的抗滑移稳性。为满足坐底式平台施工安全的需要,平台在建造设计和改造设计中,都要根据平台使用海域气候条件,海床特点,依据相关的规范,通过严格的设计计算,设计可靠的坐底式平台抗滑移系统,制定平台在不同工况的环境载核约束条件,但在实际施工中,由于特殊气象因素(风暴潮)的影响,平台所承受的环境载荷往往超过设计钻井工况的条件,如没有强有力的应对和预防措施,就不可避免的发生坐底式平台的淘空滑移事故,造成惨重的经济损失。坐底式钻井平台的防滑主要是靠平台坐底后平台底面与海底面产生的抗滑力和抗滑桩产生的水平抗力,平台底与海底抗滑阻力Rh=Rc+Rcf式中:Rh-抗滑阻力;Rc-沉垫底部土壤凝聚力,Rc=C.Amb如某井地质资料得知,沉垫底部土为粉土,CK=12Kpa,内摩擦角25度,则Rh=Rcc=CK×AmbkN;式中Amb=2948.962×0.8=2359.2m2则抗滑阻力Rh=28310kN。二、平台滑移现象案例一:2002年10月18日当胜利3号平台CB306井钻进至3403.75m时,海上风力加强,由6级升至8级,阵风达10级以上,强风浪使平台发生尾部下沉及整体向前滑移,封井器及套管头整体从133/8″套管母箍处脱落入海,5″钻杆落井,10月20日风力减弱,此次大风造成平台滑移50m多米,井口破会、钻具落井,直接经济损失2600多万元。案例二:2003年9月17日胜利2号平台施工桩海103井遇风暴潮袭击,海上风力求9—11级,平台正在进行钻井作业,起初平台出现晃动现象,然后平台出现下沉的现象,2003年9月19日风力减小到8级,平台强行起出井内钻具,此次大风造成平台偏移1.5米、下沉2.6米,井口拆除。直接经济损失500多万元。三、平台坐底式平台的成因坐底式平台在施工过程中出现淘空、滑移的事故,原因是多方面的,复杂的海底地形、多变的海底基质矿物组分、季风气象的影响、海浪的冲蚀、海流的运移、海底基质液化等都是影响平台坐底状态的重要原因,从成因机理分析,先造成平台周围海底基质的液化、分散,固体颗粒在水动力作用下运移,使平台周围海底基质逐步淘空,在风、浪、流等外载的作用下,平台沉垫底部支撑基质液化,就会发生坐底式平台淘空、滑移的事故。所以,坐底式平台在施工过程中出现淘空、滑移的现象,往往不是单一因素造成的,而是多种原因综合作用的结果。1、海底成果的绘制和网络覆盖由于复杂的海洋环境和海洋流场,形成了复杂、多变的海底地形地貌,为此,在井位坐标确定后,要对井位周围进行超声波扫描,绘制海底地貌图,同时要进行24h验潮,绘制水深图,从资料分析,有些井位周围坡度大、局部海底不平、有海沟或局部凹凸,对平台就位方案的选择非常困难,平台的就位后出现倾斜、局部悬空,很难达到理想状态,为后续施工留下安全隐患。2、湾、冀海域平台渤海海底表层沉积物的特点是四周海湾颗粒较细,如渤海湾以粉砂淤泥为主,莱州湾则以粉砂质沉积物占优势,辽东湾、冀东海域分布着粉砂和砂,其中尤以广布的细砂为特征。没有胶结或胶结强度非常底,易水化、分散、运移,平台坐底后,由于平台阻挡,水动力环境发生变化,平台周围海底表层沉积物的水化、分散、运移速度快。实践证明,以粉砂淤泥为主的海底表层最容易发生水化、分散、运移。所以,平台的淘空滑移事故是与其海底沉积物特性密切相关的。3、坐底式平台风阻渤海湾主要的季风气象的影响在2、3、4月份和平9、10、11月份,由于季节的变化,冷暖空气的交汇,形成强对流天气,风力达8级以上,持续时间长,一般持续2至3天,长的达到1周,由于坐底式平台风阻面积大,在8级以上的大风作用,平台的水平风阻增大,也就是平台承受很大的环境载荷(水平风载),同时持续的大风,还会引起大浪。4、波浪影响区的划分钻井平台坐底后沉垫和立柱成为海底上一个挡浪的障碍物,破坏了原来稳定的浅海流场和波浪场,波浪受阻反射。其影响区可能宽达四分之一波长(如波高3米,波长40米,其影响区可能宽达10米)。波浪在本平台受阻产生水平方向的冲击栽荷。同时,波浪冲击,使海底沉积物松动、水化,由于重复不断的波浪受阻形成紊流扰动,这种波浪的影响能激动砂粒,使砂粒悬浮起来。流速0.3m/s时0.08mm直径的粉砂颗粒就可起动。5、平台海底基质冲刷率高一般情况下的涨潮、落潮海流,对平台的坐底稳性比较小,在特殊海域,海流比较急,在经过坐底平台时,由于平台阻挡分流,流速突然向两侧加快,对平台海底基质的冲刷比较明显。当波浪的影响使砂粒激动悬浮起来,海流就会将其运移到更远的地方,加剧了波浪对平台的淘空影响。6、平台的作用力坐底式平台就位坐底以后,四周吃水部分被水包围,海水在静态时,平台所受的静水力是对称的,当海水在流动时,由于平台对海水流速的阻挡,流动的海水对平台产生冲击力,冲击力的大小与流速成正比,与流速垂直方向的平台水线下面积成正比,而水线下面积与吃水深度成正比,也就是说,在海流速度一定的情况下,对同一平台,吃水越大,受海流速度的影响越大,同时,在同一水深、同一平台的情况下,流速越大,平台所受的冲击力越大,所以,在出现风暴潮时,平台周围水深增加,增加了水线下面积,海水由于波浪的影响,使其接触平台的流速更快,对平台产生的冲击力更大,这也充分说明了在出现风暴潮期间更容易出现做底式平台的淘空、滑移。7、沉垫下海底基质平台非均匀滑移的影响坐底式平台就位坐底,要经过预压载和压载程序,平台完全坐底后,在压载水和工作载荷的作用下,平台沉淀完全与海底接触,沉垫下海底基质被压实,与海水体系隔离。但是由于浪和流的淘空作用,再加上浪的冲击载荷作用,平台出现震动或晃动,使沉垫下海底基质与海水接触的外围部分疏松、水化,并由外向内扩展,直到沉垫下海底基质完全液化,平台处于半漂浮状态,甚至出现平台快速沉降,如果平台载荷分布不均,会出现非均匀沉降,使平台出现倾斜滑移。在风、浪、流的横向载荷作用下平台发生滑移的可能性更大。四、大风是影响平台因果报应的风从以上坐底式平台淘空、滑移影