插桩的穿刺方法及其装置与流程

本发明涉及钻井平台，尤其涉及一种插桩的穿刺方法及其装置。

背景技术：

1、本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

2、在钻井平台技术领域中，钻井平台插桩施工的浅层海底经常会存在着上部为硬薄土层，下部为软厚土层的层土结构，在本技术领域中也简称为“鸡蛋壳地层”，当自升式钻井平台在“鸡蛋壳地层”进行撑靴设点时，自升式平台会将其多个桩靴向下插入土层中，用以固定其自身；由于“鸡蛋壳地层”的特性，随着桩靴下插的进度及穿插地层对桩靴的承载力的变化，极易发生硬薄层板裂，导致钻井平台的单根桩靴下穿出硬薄层并进入软厚土层，并且在软厚土层中加速下沉，该类事故即穿刺事故。单根桩靴的穿刺会导致钻井平台倾斜，同时失控下沉还会严重影响桩靴结构乃至整个钻井平台的结构安全。

3、现有技术中，提出了多种技术的方案，但都存在问题和不足，例如采用被动增大桩靴就位海底浅层土体极限承载力的方法，包括改造桩靴结构来增大承载面积，还包括通过改造桩靴的结构来加固软厚土层的土体强度等；由于“鸡蛋壳地层”的不稳定性，在实际插桩作业中，还需要在低气隙压载工况下，谨慎控制压载速率，导致作业效率低。同时，采用类似改造桩靴结构和加固软厚土层的技术方案可以防止钻井平台的桩靴突然穿刺硬薄层，但是在控制钻井平台平缓下插桩靴的过程中还是存在着较大的控制难度，无法实现稳定平缓下沉。

4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种插桩的穿刺方法及其装置，解决了在主动破坏硬薄地层时桩靴无法稳定平缓插桩的问题。

2、本发明的上述实施目的主要由以下技术方案来实现：

3、本发明提供了一种插桩的穿刺方法，用于穿刺上下层叠设置的第一地层与第二地层，所述第一地层的穿刺承载力大于所述第二地层的穿刺承载力，所述插桩的穿刺方法包括：

4、对所述第一地层进行设计钻孔，形成具有多个调整钻孔的孔集，所述孔集的面积为多个调整钻孔的面积之和；

5、根据所述第二地层的穿刺承载力，获取钻孔后的所述第一地层的安全承载力范围，基于所述安全承载力范围，得到在所述第一地层中钻设的所述调整钻孔的面积；

6、基于所述孔集的面积、以及所述调整钻孔的面积，获得所述调整钻孔的数量，并完成在所述第一地层中进行钻孔的操作。

7、在一具体实施方式中，根据所述第二地层的穿刺承载力，获取钻孔后的所述第一地层的安全承载力范围，基于所述安全承载力范围，得到在所述第一地层中钻设的所述调整钻孔的面积，包括：

8、选取不同面积的多个仿真钻孔，获得桩靴在所述第一地层中的插桩深度及其对应的第一穿刺承载力的多个仿真曲线图；

9、在多个所述仿真曲线图中选取所述第一穿刺承载力在所述安全承载力范围内的至少一个仿真曲线图；

10、将该仿真曲线图所对应的仿真钻孔的面积，设定为所述调整钻孔的面积。

11、在一具体实施方式中，基于所述孔集的面积、以及所述调整钻孔的面积，获得所述调整钻孔的数量，并完成在所述第一地层中进行钻孔的操作，包括：

12、沿所述第一地层的插桩位置的径向方向，间隔布置多层钻孔列；

13、根据所述调整钻孔的数量，设定每层所述钻孔列中的所述调整钻孔的数量；

14、自所述插桩位置的中心径向向外，依次在所述插桩位置钻设所述调整钻孔。

15、在一具体实施方式中，对所述第一地层进行设计钻孔，形成具有多个调整钻孔的孔集，所述孔集的面积为多个调整钻孔的面积之和，包括：

16、基于所述桩靴的等效直径、所述第一地层的穿刺承载力、以及所述第二地层的穿刺承载力，得到所述孔集的面积；其中，所述第一地层的穿刺承载力和所述第二地层的穿刺承载力，为所述桩靴的等效直径所对应的极限承载力。

17、在一具体实施方式中，所述第一地层的穿刺承载力，根据所述第一地层的承载力系数、所述桩靴的等效直径、所述桩靴的等效直径位置上的土体平均浮容重、以及所述桩靴的等效直径位置上的上覆岩土压力、上覆岩土的承载力系数确定。

18、在一具体实施方式中，所述第二地层的穿刺承载力，根据所述第二地层的抗剪强度、所述第二地层的承载力系数确定。

19、在一具体实施方式中，在所述第一地层中进行钻孔的深度超出所述第一地层的厚度，并延伸至所述第二地层。

20、在一具体实施方式中，在所述第一地层中进行钻孔的深度为所述第一地层厚度的1.2倍。

21、在一具体实施方式中，所述调整钻孔的直径为桩靴的等效直径的0.06倍至0.075倍。

22、本发明还提供了一种插桩的穿刺装置，包括：用于穿刺上下层叠设置的第一地层与第二地层，所述第一地层的穿刺承载力大于所述第二地层的穿刺承载力，所述插桩的穿刺装置包括：

23、设计单位，对所述第一地层进行设计钻孔，形成具有多个调整钻孔的孔集，所述孔集的面积为多个调整钻孔的面积之和；

24、验证单位，根据所述第二地层的穿刺承载力，获取钻孔后的所述第一地层的安全承载力范围，基于所述安全承载力范围，得到在所述第一地层中钻设的所述调整钻孔的面积；

25、操作单位，基于所述孔集的面积、以及所述调整钻孔的面积，获得所述调整钻孔的数量，并完成在所述第一地层中进行钻孔的操作。

26、与现有技术相比，本发明所述的技术方案具有以下特点和优点：

27、通过本发明提供的一种插桩的穿刺方法及其装置，解决了在“鸡蛋壳地层”环境结构下，采用主动破坏硬薄地层的装置或方法无法解决的桩靴稳定平缓插桩的问题；通过以一定排列顺序的钻孔设计和在前期消减第一地层的钻孔面积的方法，使得完成钻孔后的第一地层的承载力能与第二地层的承载力大致相当，也即实现了钻井平台的桩靴在插桩过程中受到的地层提供的承载力大致稳定的目的。

技术特征：

1.一种插桩的穿刺方法，其特征在于，用于穿刺上下层叠设置的第一地层与第二地层，所述第一地层的穿刺承载力大于所述第二地层的穿刺承载力，所述插桩的穿刺方法包括：

2.根据权利要求1所述的插桩的穿刺方法，其特征在于，根据所述第二地层的穿刺承载力，获取钻孔后的所述第一地层的安全承载力范围，基于所述安全承载力范围，得到在所述第一地层中钻设的所述调整钻孔的面积，包括：

3.根据权利要求1所述的插桩的穿刺方法，其特征在于，基于所述孔集的面积、以及所述调整钻孔的面积，获得所述调整钻孔的数量，并完成在所述第一地层中进行钻孔的操作，包括：

4.根据权利要求1所述的插桩的穿刺方法，其特征在于，对所述第一地层进行设计钻孔，形成具有多个调整钻孔的孔集，所述孔集的面积为多个调整钻孔的面积之和，包括：

5.根据权利要求4所述的插桩的穿刺方法，其特征在于，所述第一地层的穿刺承载力，根据所述第一地层的承载力系数、所述桩靴的等效直径、所述桩靴的等效直径位置上的土体平均浮容重、以及所述桩靴的等效直径位置上的上覆岩土压力、上覆岩土的承载力系数确定。

6.根据权利要求4所述的插桩的穿刺方法，其特征在于，所述第二地层的穿刺承载力，根据所述第二地层的抗剪强度、所述第二地层的承载力系数确定。

7.根据权利要求1所述的插桩的穿刺方法，其特征在于，在所述第一地层中进行钻孔的深度超出所述第一地层的厚度，并延伸至所述第二地层。

8.根据权利要求7所述的插桩的穿刺方法，其特征在于，在所述第一地层中进行钻孔的深度为所述第一地层厚度的1.2倍。

9.根据权利要求1所述的插桩的穿刺方法，其特征在于，所述调整钻孔的直径为桩靴的等效直径的0.06倍至0.075倍。

10.一种插桩的穿刺装置，其特征在于，包括：用于穿刺上下层叠设置的第一地层与第二地层，所述第一地层的穿刺承载力大于所述第二地层的穿刺承载力，所述插桩的穿刺装置包括：

技术总结本发明提供了一种插桩的穿刺方法及其装置，用于穿刺上下层叠设置的第一地层与第二地层，第一地层的穿刺承载力大于第二地层的穿刺承载力，插桩的穿刺方法包括：对第一地层进行设计钻孔，形成具有多个调整钻孔的孔集，孔集的面积为多个调整钻孔的面积之和；根据第二地层的穿刺承载力，获取钻孔后的第一地层的安全承载力范围，基于安全承载力范围，得到在第一地层中钻设的调整钻孔的面积；基于孔集的面积、以及调整钻孔的面积，获得调整钻孔的数量，并完成在第一地层中进行钻孔的操作。解决了在主动破坏硬薄地层时桩靴无法稳定平缓插桩的问题。技术研发人员：张伟国,韦红术,杨进,饶志华,邓成辉,左坤,翟立伟,王家栋,胡江权,张海涛,张晨,梁立明,王佳康,杨战受保护的技术使用者：中海石油（中国）有限公司深圳分公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4