CN101581216A - 一种束状三井共用大尺寸导管入泥深度计算及控制方法 - Google Patents

一种束状三井共用大尺寸导管入泥深度计算及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种束状三井共用大尺寸导管入泥深度计算及控制方法，其中大尺寸导管入泥深度计算方法考虑了束状三井结构内部隔水导管与大尺寸导管共同受力的特点对大尺寸导管入泥深度的影响，通过大尺寸导管自身所受到的轴向载荷及内部隔水导管的轴向载荷与土体侧向摩擦力及端部土阻力的平衡关系确定大尺寸导管的合理入泥深度，既减少因大尺寸导管入泥深度不足引起的海上事故，又避免了经济的浪费，达到了既安全又经济的目的。同时利用在水面处加两个平面内相互垂直的斜支撑的工程方法来控制大尺寸导管的横向位移，解决大尺寸导管因横向承载力不足而导致海上作业无法继续等问题，并且该工程控制方法也易于现场施工。

Description

一种束状三井共用大尺寸导管入泥深度计算及控制方法
技术领域
本发明涉及一种海上石油勘探技术，特别是关于一种束状三井共用大尺寸导管入泥深度计算及控制方法。
背景技术
目前，在海上石油的勘探中，束状三井的技术属于较为前沿的新兴技术。如图1所示，束状三井结构指的是大尺寸导管1内部布置三个井口，井口内的三根隔水导管2与大尺寸导管1构成一个整体结构，此时外部大尺寸导管1与内部隔水导管2共同承受来自顶部防喷器及其他井口压载。因此，对于大尺寸导管1的入泥深度计算就要考虑内部隔水导管2的受力特点。由于束状三井共用大尺寸导管1的入泥深度对于整个石油的勘探、开采起着重要的作用，如果入泥深度过小，就会造成井口的失稳、下陷等海上复杂事故；如果入泥深度过大，就会造成经济上的浪费。以前，对于大尺寸导管1入泥深度选择一般根据作业海域前期已钻井的资料，凭经验进行选择确定。而有些海域的区域海底土性质变化很大，这样凭经验进行大尺寸导管1入泥深度选择会带来很大的风险。另外，随着水深的增加，大尺寸导管1承受巨大的横向载荷作用，会产生很大的横向位移，不能够满足海上作业的要求。因此，如何确定束状三井共用大尺寸导管1的合理入泥深度计算及控制方法成为海上石油勘探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束状三井共用大尺寸导管入泥深度计算及控制方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种束状三井共用大尺寸导管入泥深度计算方法，其包括以下步骤：
步骤100：计算每根内部隔水导管所能够承受的轴向载荷能力N，由下式确定：
N＝min(N1，N2)
其中，N1表示内部隔水导管由海底土确定的轴向承载能力，N1＝f·A+q·A1-G；
f为海底土侧向单位面积摩擦力，Mpa；
A为内部隔水导管侧面积，m^2；
q为海底土桩端单位面积阻力，Mpa；
A1为内部隔水导管横截面积，m^2；
G为内部隔水导管自重；
N2表示内部隔水导管的轴向临界失稳承载能力， N 2 = EI π 2 4 l 2 ;
EI为结构抗弯刚度；
l为内部隔水导管泥线以上长度；
步骤200：考虑内部隔水导管的轴向承载能力N时，确定大尺寸导管不发生失稳时的最小入泥深度Hmin，该最小入泥深度Hmin满足如下的公式：
Figure A20091008721500052
其中，m为大尺寸导管的外经，m；
δ为大尺寸导管的壁厚，m；
γ钢为大尺寸导管钢材的密度，t/m3；
f浮为大尺寸导管在海水中的浮力系数；
f为大尺寸导管的侧壁单位摩擦力，t/m2；
L为井口到海底泥面大尺寸导管的长度，m；
u为内部隔水导管承受载荷能力的缩减系数，取0.5~0.8；
A1为地区控制系数，根据现场试验取得；
N为每根内部隔水导管所能承受的轴向载荷，t。
在水面处加两个斜支撑来控制所述大尺寸导管的横向位移，两个所述斜支撑与所述大尺寸导管通过连接板及螺栓连接于水面处，所述螺栓强度大于所述斜支撑本体强度；两个所述斜支撑平面内相互垂直，与所述大尺寸导管成30°夹角，与海平面成60°夹角，两个所述支撑下部插入泥土稳定。
所述斜支撑材质与所述大尺寸导管相同，直径不小于21in，壁厚不小于1.5in。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明根据不同海域海底地质及海况的具体条件，同时考虑束状三井结构内部隔水导管与大尺寸导管共同受力的特点对大尺寸导管入泥深度的影响，通过大尺寸导管自身所受到的轴向载荷及内部隔水导管的轴向载荷与土体侧向摩擦力及端部土阻力的平衡关系确定大尺寸导管的合理入泥深度，既减少因大尺寸导管入泥深度不足引起的海上事故，又避免了经济的浪费，达到了既安全又经济的目的。2、本发明利用在水面处加两个平面内相互垂直的斜支撑的工程方法来控制大尺寸导管的横向位移，解决大尺寸导管因横向承载力不足而导致海上作业无法继续等问题，并且该工程控制方法也易于现场施工。
附图说明
图1是束状三井结构断面示意图
图2是本发明的大尺寸导管入泥深度计算流程示意图
图3是本发明的工程控制方法斜支撑结构示意图
图4是本发明的斜支撑连接示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明的束状三井共用大尺寸导管入泥深度计算方法包括以下步骤：
步骤100：计算每根内部隔水导管2所能够承受的轴向载荷能力N，由下式确定：
N＝min(N1，N2)    (1)
其中，N1表示内部隔水导管1由海底土确定的轴向承载能力：
N1＝f·A+q·A1-G    (2)
f为海底土侧向单位面积摩擦力，Mpa；
A为内部隔水导管2侧面积，m^2；
q为海底土桩端单位面积阻力，Mpa；
A1为内部隔水导管2横截面积，m^2；
G为内部隔水导管2自重；
N2表示内部隔水导管2的轴向临界失稳承载能力：
N 2 = EI π 2 4 l 2 - - - ( 3 )
EI为结构抗弯刚度；
l为内部隔水导管2泥线以上长度。
步骤200：当束状三井外部大尺寸导管1作为主要持力结构的同时，内部隔水导管2同外部大尺寸导管1共同承受顶部载荷作用，考虑内部隔水导管2的轴向承载能力N时，确定大尺寸导管1不发生失稳时的最小入泥深度Hmin，该最小入泥深度Hmin满足如下的公式：
Figure A20091008721500062
其中，m为大尺寸导管1的外经，m；
δ为大尺寸导管1的壁厚，m；
γ钢为大尺寸导管1钢材的密度，t/m3；
f浮为大尺寸导管1在海水中的浮力系数；
f为大尺寸导管1的侧壁单位摩擦力，t/m2；
L为井口到海底泥面大尺寸导管1的长度，m；
u为内部隔水导管2承受载荷能力的缩减系数，取0.5~0.8；
A1为地区控制系数，根据现场试验取得；
N为每根内部隔水导管2所能承受的轴向载荷，t。
本发明的束状三井共用大尺寸导管控制方法包括以下内容：
如图3、图4所示，当水深超过20m时，利用在水面处加两个平面内相互垂直的斜支撑3的工程方法来控制大尺寸导管1的横向位移，使其满足海上作业要求。两个斜支撑3与大尺寸导管1通过连接板4及螺栓连接于水面处，螺栓强度大于斜支撑3本体强度。两个斜支撑3平面内相互垂直，与大尺寸导管1成30°夹角，与海平面成60°夹角，两个斜支撑3下部插入泥土稳定。两个斜支撑3材质与大尺寸导管1相同，直径不小于21in，壁厚不小于1.5in。
下面以涠洲6-1油田束状三井大尺寸结构导管入泥深度及控制方法为例来说明本发明的具体应用过程，该束状三井的内部隔水导管2尺寸规格为外径13.3in，壁厚10mm；大尺寸导管1外径60in，壁厚60mm；水深30m，泥线以上大尺寸导管1长度40m；上部载荷总共为200吨。
1、如图2所示，本实施例的大尺寸导管1入泥深度计算方法包括以下步骤：
步骤1：进行海洋工程地质调查，得到以下轴向桩设计参数：f为海底土轴向桩侧向单位面积摩擦力，Mpa；q为海底土轴向桩端单位面积阻力，Mpa。
步骤2：根据式(2)计算得到内部隔水导管2由海底土确定的轴向承载能力N1＝320KN。
步骤3：根据式(3)计算得到内部隔水导管2的轴向临界失稳承载能力N2＝54KN。
步骤4：通过比较，可知N2＜N1，因此根据式(1)得到内部隔水导管2的轴向载荷能力N＝N2＝54KN.
步骤5：将所得到的N值代入式(4)，计算得到大尺寸隔水导管1的入泥深度Hmin＝43.7m，对应的土质为粘土。
2、本实施例的大尺寸导管1控制方法包括以下内容：
本地区海域水深30m，60in的大尺寸导管1的横向承载能力不足，因此采用在水面处加两根平面内相互垂直的斜支撑3。斜支撑3的尺寸规格为直径241in，壁厚1.5in，两个斜支撑3平面内相互垂直，与大尺寸导管1成30°夹角，与海平面成60°夹角。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1、一种束状三井共用大尺寸导管入泥深度计算方法，其包括以下步骤：
步骤100：计算每根内部隔水导管所能够承受的轴向载荷能力N，由下式确定：
N＝min(N1，N2)
其中，N1表示内部隔水导管由海底土确定的轴向承载能力，N1＝f·A+q·A1-G；
f为海底土侧向单位面积摩擦力，Mpa；
A为内部隔水导管侧面积，m^2；
q为海底土桩端单位面积阻力，Mpa；
A1为内部隔水导管横截面积，m^2；
G为内部隔水导管自重；
N2表示内部隔水导管的轴向临界失稳承载能力， N 2 = EI π 2 4 l 2 ;
EI为结构抗弯刚度；
l为内部隔水导管泥线以上长度；
步骤200：考虑内部隔水导管的轴向承载能力N时，确定大尺寸导管不发生失稳时的最小入泥深度Hmin，该最小入泥深度Hmin满足如下的公式：
Figure A2009100872150002C2
其中，m为大尺寸导管的外经，m；
δ为大尺寸导管的壁厚，m；
γ钢为大尺寸导管钢材的密度，t/m3；
f浮为大尺寸导管在海水中的浮力系数；
f为大尺寸导管的侧壁单位摩擦力，t/m2；
L为井口到海底泥面大尺寸导管的长度，m；
u为内部隔水导管承受载荷能力的缩减系数，取0.5~0.8；
A1为地区控制系数，根据现场试验取得；
N为每根内部隔水导管所能承受的轴向载荷，t。
2、一种束状三井共用大尺寸导管控制方法，其包括以下内容：在水面处加两个斜支撑来控制所述大尺寸导管的横向位移，两个所述斜支撑与所述大尺寸导管通过连接板及螺栓连接于水面处，所述螺栓强度大于所述斜支撑本体强度；两个所述斜支撑平面内相互垂直，与所述大尺寸导管成30°夹角，与海平面成60°夹角，两个所述支撑下部插入泥土稳定。
3、如权利要求2所述的一种束状三井共用大尺寸导管控制方法，其特征在于：所述斜支撑材质与所述大尺寸导管相同，直径不小于21in，壁厚不小于1.5in。
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