一种自升式钻井平台桩靴底部承载力液压测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及石油勘探领域，尤其涉及一种自升式钻井平台桩靴底部承载力液压测试装置。


背景技术：

2.自升式平台带有能够自由升降的桩腿，作业时桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用桩腿托起平台，并使平台底部离开海面一定的距离，从而避免海上浪流对平台的影响，可在平台上进行作业。为了确保自升式平台稳定可靠的站立，需提前对各个桩腿进行预压载，以保障各桩腿压载贯入到能够可靠承受住设计最大的预压载的土层中该土层就是平台基础的持力层，确保整个作业期间平台基础稳定。
3.因自升式平台特有的桩靴入泥方式，依靠具有一定面积的桩靴结构“踩”在海底浅部土层之中，是一种依靠底部端面提供承载力的端承桩结构型式，所以在平台就位过程中也具有特定的风险，根据海底土分层强度差异，桩靴在压载贯入海底土过程中不可避免的会存在桩靴入泥过深带来桩腿长度不够、拔桩撤离困难等风险，此外，由于海底土沉积条件导致不同深度海底土性质及承载力与稳定性存在差异，对于自升式钻井平台端承桩结构特点，在某一相对较硬的土层中短暂站立，当超过该深度土层临界承载力时，桩腿会突然下沉，导致出现刺穿风险。
[0004]“穿刺”是指在自升式钻井平台预压载或正常作业过程中，因为海底土层支撑的桩基础持力层在巨大的桩腿施加的载荷下突然发生破坏(剪切滑动或冲剪破裂)，桩腿失去平衡的支撑力而快速下沉现象。桩腿穿刺会导致平台倾斜，结构部件损坏，甚至平台倾覆沉没。穿刺是自升式钻井平台最大的安全威胁，而且易发生。
[0005]
解决所述问题的现有的方式是在将自升式钻井平台拖航至预定的目标平台场址插桩压载作业前，通过勘察工程船在平台场址插桩位置钻孔，进行单点取样，在室内开展土力学试验获取单层土的设计抗剪强度等承载力设计参数。但是该方式存在问题是获得的参数为非原位承载力，取样、保存与运输过程存在土壤扰动或失水，样品无法代表真正原位土层力学属性。而且通常只在一个桩腿站立位置取1至2个孔样，取样点稀少，面积小，难以代表面积达数百平米桩靴站立位置的土体整体承载力，不能反映土层横向非均质性。
[0006]
或者，现有在桩靴本体结构上进行改进，常见的改进方式是通过增加桩靴承载力面积来使桩靴本体具有更高的承载能力，同等海水压载量下，桩靴面积越大，桩靴对海底土的压强越小，在桩靴接触到硬质地层时，硬质地层会依靠自身强度承托住面积更大的桩靴，从而达到不刺穿硬质地层的目的。若硬质地层下方为非常软泥层，硬质地层非常薄，稳定性很差，增大桩靴承载力面积，虽然能够降低桩靴底部对土体的压强，但是会不利于桩靴在比较小的压载量下突破薄硬质地层，而一旦压载量增大到极限压载量，由薄硬质地层和下面的软土层构成的“鸡蛋壳”地层，会发生严重穿刺，穿刺后，桩靴在较大的压载量下，具有很高的风险性。此类桩靴并不适用于所有可能发生穿刺的硬质地层，当硬质地层达不到其桩靴需要的承载能力强度时，桩靴同样会产生穿刺现象，在某种类型结构的分层土中，增大桩
靴面积反而会带来桩靴在小压载量下对薄硬质地层的压强不足以突破薄硬层，而一旦压载到最大压载量又有可能突破薄硬质地层承载能力，此时一旦发生穿刺，其后果会更加严重，穿刺时的冲量会更大。因此，增大桩靴面积在薄硬质层和厚软土层构成的“鸡蛋壳”地层中，穿刺风险与穿刺后的危害会更大。


技术实现要素：

[0007]
针对上述问题，本实用新型的提供一种自升式钻井平台桩靴底部承载力液压测试装置，能够在自升式平台预压载至最大设计载荷的整个过程中，实现主动预探桩靴底部土体的承载能力，以判断压载过程中桩靴底部海底土所能承受的压强，进而避免发生穿刺的风险。
[0008]
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：
[0009]
本实用新型提供一种自升式钻井平台桩靴底部承载力液压测试装置，包括：
[0010]
若干个液压顶升机构，若干个所述液压顶升机构沿着所述桩靴的周向方向间隔设置，每个所述液压顶升机构上均设有压力检测机构，所述压力检测机构用于检测桩靴的下入深度以及受力情况；
[0011]
数据采集计算机，其与所述压力检测机构电连接，用于接收并显示所述压力检测机构检测的信息，并根据所述检测的信息控制所述液压顶升机构动作。
[0012]
进一步地，若干个所述液压顶升机构沿着桩靴的周向方向阵列设置。
[0013]
进一步地，所述液压顶升机构为液压千斤顶。
[0014]
进一步地，所述压力检测机构为压力传感器。
[0015]
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0016]
本实用新型中提供的所述自升式钻井平台桩靴底部承载力液压测试装置通过在桩靴周围边部布置一圈均匀分布的多点或单点液压测试装置，在桩靴被压载贯入承载力不确定的海底土层之前，启动桩靴周围液压测试装置主动预探土体承载力，即桩靴所“踩”的土层能够承受的最大压强，获取土体可承载的压强大小，以及识别是否存在“鸡蛋壳”式地层，由此来提前识别桩靴继续压载贯入的风险，避免桩靴贯入过深或穿刺风险。本实用新型可以使桩靴刺穿硬质地层时不会因地层性质原因造成突然下沉，能够有效解决“鸡蛋壳”地层带来的穿刺风险，提前做好应对措施。
[0017]
本实用新型采用多点分布的液压测试装置，具备破除“鸡蛋壳”地层的功能，即通过桩靴周围多点分布的液压刺探装置，在探测桩靴所“踩”薄的硬质地层极限承载力的同时将薄的硬质地层沿着桩靴一周形成刺探孔，薄硬质地层结构完整性被提前破环后，其地层结构承载能力降低，使得薄硬质地层承载能力与下部的软地层承载能力相当，此时，自升式钻井平台桩腿连接着桩靴能够在小压载量甚至在轻载条件下，以相对平稳的状态贯入至薄硬质地层下部的软地层中，避免因初始结构完整的薄硬质地层在平台较高压载量下发生突然的剪切破坏导致平台桩腿出现穿刺现象。
[0018]
本实用新型中通过液压测试装置对硬质地层预探结果不足以支撑自升式钻井平台继续压载的桩靴底部压强时，使自升式钻井平台船体处于漂浮状态，即吃水压载，帮助海底土层中的桩靴平稳通过薄硬质地层，直至将桩靴下放至指定位置或承载力完全足够的安全深度，从而避免了薄硬质地层(“鸡蛋壳”地层)中插桩穿刺风险。
附图说明
[0019]
图1为自升式钻井平台艏向以及桩腿位置的状态图；
[0020]
图2为本实用新型实施例提供的自升式钻井平台桩靴底部承载力液压测试装置的结构示意图；
[0021]
图3为安装有所述液压测试装置的自升式钻井平台钻进的状态图；
[0022]
附图标记说明：
[0023]
1-桩腿、2-桩靴、3-液压顶升机构、4-自升式钻井平台。
具体实施方式
[0024]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0025]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0026]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0027]
本发实施例明提供的一种自升式钻井平台桩靴底部承载力液压测试装置，用于主动预探桩靴2底部附近的海底土承载力，从而主动识别除“鸡蛋壳”地层，同时还具备主动破除“鸡蛋壳”式地层，避免在遇到“鸡蛋壳”地层时出现插桩穿刺的风险，降低易发生脆性破坏的“鸡蛋壳”式地层不稳定的承载力，帮助桩靴在轻载条件下，安全贯入穿透“鸡蛋壳”式地层，避免桩靴贯入受阻，当加载到较大压载量时，突然间穿刺造成的平台失稳或损坏。
[0028]
结合图1、图2以及图3所示，所述自升式钻井平台桩靴底部承载力液压测试装置包括若干个液压顶升机构3、hvc测力控制器、液压及数据传输线缆和数据采集计算机。若干个所述液压顶升机构3沿着所述自升式钻井平台4的桩靴2的周向方向阵列设置的。
[0029]
每个所述液压顶升机构3上均设有压力检测机构，所述压力检测机构用于检测桩靴2的下入深度以及受力情况。
[0030]
所述压力检测机构可以为压力传感器。所述压力传感器将检测的信号发送给所述hvc测力控制器，所述测力控制器将检测的模拟信号转换为数字信号并发送给所述数据采集计算机，所述数据采集计算机与所述hvc测力控制器之间通过所述液压及数据传输线缆连接，用于接收并显示检测的数字信号，并根据所述检测的数字信号发送控制指令给所述hvc测力控制器，由所述hvc测力控制器控制所述压力液压顶升机构3动作。
[0031]
所述液压顶升机构3优选为液压千斤顶。
[0032]
所述液压千斤顶优选设置在桩靴2的外边缘线上。
[0033]
需要说明的是相邻两个所述液压千斤顶之间的间隔可以根据需要进行调整。
[0034]
基于所述自升式钻井平台桩靴底部承载力液压测试装置的测试方法，包括步骤：
[0035]
如图1所示，通过gps设备对钻采位置进行定位，确认自升式钻井平台4的艏向以及桩腿1位置；
[0036]
s1、桩靴2下入，桩靴2下入过程中实时监测各个桩腿1的受力情况、下入深度等信息，监测平台的水平度情况，当桩靴2下入深度达到硬质地层时下入停滞，立即暂停加载，排掉压载舱内的海水，启动桩靴2周围的液压顶升机构，对硬质地层进行承载力预探，当确定该硬质地层承载压强足以承担自升式钻井平台4最大预压载时桩靴对土体的压强，则继续往压载舱内灌入海水，具体通过抽水泵泵入海水实施预压载，直至最大设计预压载量。所述桩靴下入可以为仅通过船体的重量使桩靴下入，也可以是船体重量结合海水压载的方式使桩靴下入，但是桩靴下入压载均为轻载状态的预压载。
[0037]
当上述液压顶升机构对硬质地层预探结果不足以支撑自升式钻井平台4继续压载的桩靴2底部压强时，则实施穿刺风险应对措施或评估进一步加载的风险。
[0038]
所述实施穿刺风险应对措施为：
[0039]
以使船体底部贴近海面或部分船体沉浸在海水中，若依靠自重还未到达指定深度，可采用吃水加载的方式进行加载，吃水加载增加平台本身的自重，将桩靴2继续下压，直至达到足以承担自升式钻井平台最大预压载的桩靴底部压强的硬质地层，并压载至最大设计预压载量。其中，吃水压载也是压载舱中灌入海水压载，只是吃水压载作业的时候，船体底部与海面之间没有气隙，船体是漂浮在海面上的，有很小的浮力，但大部分力是依靠桩腿支撑来平衡，在船体吃水压载状态下，随着压载舱中的海水量增加，桩腿受到的载荷不断增加，传递到桩腿底部连接的桩靴上，对地层进行压载。一旦压载突破了地层承载力，发生穿刺，桩腿瞬间下沉，船体失去桩腿支撑，也随着桩腿瞬间下沉，船体排开水的体积也瞬间增加，船体受到的浮力增加，阻止船体和桩腿的继续下沉，缓解穿刺导致正处于压载中的单个桩腿一侧船体下沉距离，缓解船体倾斜角度，有效防止平台桩腿折弯和桩腿与平台连接部位的损坏。
[0040]
本实用新型中通过吃水加载的方式，实现一旦平台发生穿刺，随着船体快速下沉，船体排开海水的体积快速增大，从而能够快速增加海水对整个平台产生的浮力，通过浮力来平衡由于“鸡蛋壳”地层导致的倾斜，避免船体倾覆或船体与桩腿受到损坏。以相同方式完成另外两个桩腿的预压载。
[0041]
或者，作为另一种方式所述实施穿刺风险应对措施为：终止继续插桩压载作业。
[0042]
本实用新型中提供的所述自升式钻井平台桩靴底部承载力液压测试装置通过在桩靴2周围边部布置一圈均匀分布的多点液压顶升机构，在桩靴2被压载贯入承载力不确定的海底土层之前，启动桩靴2周围液压顶升机构进行土体承载力预探，获取土体可承载的压强大小，以及识别是否存在“鸡蛋壳”式地层，由此来提前识别桩靴2继续压载贯入的风险，避免桩靴2贯入过深或穿刺风险。
[0043]
本实用新型提供的自升式钻井平台桩靴底部承载力液压测试装置，避免了常规工程地质钻孔取样和通过室内土力学试验获取海底土承载力设计参数的数据点单一、土体取
样与测试过程中受到扰动，导致测试数据失真或缺失等技术客观局限。
[0044]
本实用新型避免了自升式平台桩靴2穿刺现象的发生，桩靴2下入过程中可提高下入速度，可以提高现场作业效率。避免因桩靴2突然穿刺导致的平台倾覆风险，避免人员伤亡。
[0045]
此方法还可有效降低平台损坏率，降低维修成本及时间成本。
[0046]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。