自升式钻井平台的码头拔桩分析方法

摘要

本发明公开了一种自升式钻井平台的码头拔桩分析方法，其包括以下步骤：S1：计算自升式钻井平台的桩腿在平台吃水1m时产生的上浮力F；S2：计算单桩的抗拔力R=P1+F1+F2，P1为桩靴上覆土体的重量，F1为桩靴侧面与周围土体间的摩阻力，F2为插桩深度以上各土层土体破坏所需要的剪切力；S3：计算拔桩时所需平台过量吃水T2。本发明的自升式钻井平台的码头拔桩分析方法考虑桩靴上的覆土重量及桩靴侧壁摩擦力等因素，使得拔桩力的计算更加准确，保证平台拔桩的安全性。

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种自升式钻井平台的码头拔桩分析方法。

背景技术

当自升式钻井平台完成该井位的工作需要转移到其他井位工作时，平台 需要降到水面处于漂浮状态，并收起桩腿（称之为拔桩），由拖船拖到下一 井位继续工作。

由于桩靴入泥深度较深，且需要的上浮力非常大，无法利用外部仪器或 设备测量拔桩需要的上浮力；由于桩靴入泥后受力复杂，目前尚没有理论方 法较准确估算拔桩所需要的上浮力。

现有的拔桩力分析都相当简单，通常都是利用上船体浮力来拔桩，在计 算拔桩力时，只考虑了桩靴浮力F1、平台最大浮力F2以及桩靴内压载水重 量F3，总的拔桩力利用公式F=F1+F2-F3，这种方法是一种很粗略的拔桩力 计算方法，没有对桩靴上的覆土重量及桩靴侧壁摩擦力进行研究，而只是认 为利用上船体浮力足够拔起桩腿，从而简单计算得出一个吃水深度T，对平 台拔桩安全性考虑不够。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中拔桩力分析过于简单 粗略，对平台拔桩的安全性考虑不足，提供一种自升式钻井平台的码头拔桩 分析方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种自升式钻井平台的码头拔桩分析方法，其特点在于，其包括以下步 骤：

S1：计算自升式钻井平台的桩腿在平台吃水1m时产生的上浮力F，单 位为t/m；

S2：计算单桩的抗拔力R，单位为t，计算公式为：

R=P1+F1+F2

其中，P1为桩靴上覆土体的重量，单位为t，计算公式为：

P1=0.25π(ΣrΗ)D²×80%

r——插桩深度以上各层土体的浮容重，单位为kN/m³；

H——插桩深度以上各层土体的厚度，单位为m；

D——桩靴最大截面等效圆直径，单位为m；

F1为桩靴侧面与周围土体间的摩阻力，单位为t；

F2为插桩深度以上各土层土体破坏所需要的剪切力，单位为t；

S3：计算拔桩时所需平台过量吃水T₂，单位为m，计算公式为：

T₂=R/f

f为单根桩腿的上浮力，单位为t/m，计算公式为：

f=F/n

n——桩腿的数量。

较佳地，在步骤S1中，根据自升式钻井平台的自重和平台处于漂浮状 态对应的吃水T₁，计算平台每增加1米的吃水时，所有桩腿产生的上浮力总 和F，单位为t/m，计算公式为：

F=A/T₁

A——自升式钻井平台自重。

较佳地，根据拔桩时所需平台过量吃水T₂和平台处于漂浮状态对应的 吃水T₁，计算拔桩时所需平台总吃水T，计算公式为：

T=T₁+T₂。

较佳地，F1为桩靴侧面与周围土体间的摩阻力，计算公式为：

F1=πDLC

L——桩靴侧面高度，单位为m；

C——桩靴侧面高度内土体的内聚力，单位为kPa。

较佳地，F2为插桩深度以上各土层土体破坏所需要的剪切力，单位为t， 计算公式为：

F2＝πD(∑HC)×80%

H——插桩深度以上各土层厚度，单位为m；

C——插桩深度以上各土层内聚力，单位为kPa。在符合本领域常识的 基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的自升式钻井平台的码头拔桩分析 方法考虑桩靴上的覆土重量及桩靴侧壁摩擦力等因素，使得拔桩力的计算更 加准确，保证平台拔桩的安全性。

附图说明

图1为本发明的自升式钻井平台的码头拔桩分析方法的流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在 所述的实施例范围之中。

自升式钻井平台的拔桩是依靠平台本身过量吃水而产生的上浮力拔起 的，当平台产生的上浮力大于总抗拔力时平台才能够拔起，反之，则平台拔 不起来。

1）平台拔桩能力参数计算

自升式钻井平台自重为A吨，计算此时平台处于漂浮状态对应的吃水 T₁，当平台每增加1米的吃水时，n个桩腿产生的上浮力总和为F，即

F=A/T₁

每根桩腿产生的上浮力为：

f=F/n    ①

2）抗拔力的计算

拔桩力的计算方法是根据自升式平台桩腿插入海底之后，考虑到拔桩时 的实际情况，拔桩力的大小受覆土重量、桩靴侧面摩擦力以及土壤性质的影 响，根据自升式平台拔桩的特殊条件结合工程经验，引入“拔桩系数”，即 公式中的系数80%。

由于自升式平台桩腿为桁架结构，桩侧摩擦力较小，可以忽略不计，所 以在计算中只考虑了桩靴侧面与周围土体间的摩阻力。此外，平台桩靴底部 与下部地层的粘着力和吸附力，因靴底部具有高压喷水孔，因此在总抗拔力 计算中未予考虑。

平台拔桩时单桩的总抗拔力R主要由以下几方面力所组成。

a)桩靴上覆土体的重量

P1=0.25π(ΣrΗ)D²×80%    ②

其中，

r——插桩深度以上各层土体的浮容重，单位为kN/m³

H——插桩深度以上各层土体的厚度，单位为m

D——桩靴最大截面等效圆直径，单位为m

80%即为“拔桩系数”，是考虑自升式平台拔桩的特殊条件结合工程经 验得出的系数。

b)桩靴侧面与周围土体间的摩阻力

F1=πDLC    ③

其中，

L——桩靴侧面高度，单位为m

C——桩靴侧面高度内土体的内聚力，单位为kPa

c)插桩深度以上各土层土体破坏所需要的剪切力

F2＝πD(∑HC)×80%    ④

其中，

H——插桩深度以上各土层厚度，单位为m

C——插桩深度以上各土层内聚力，单位为kPa

这样当自升式钻井平台在某升桩位置插桩，将公式②、③、④代入到公 式⑤中，得到总抗拔力R为：

R=P1+F1+F2    ⑤

3）拔桩时所需平台过量吃水T₂的计算

将公式①和⑤代入到公式⑥中，得到拔桩时所需的平台过量吃水T₂为：

T₂=R/F    ⑥

4）拔桩时所需平台总吃水T的计算

将T₁和公式⑥代入到公式⑦中，得到拔桩时所需平台总吃水T为：

T=T₁+T₂    ⑦

因此，通过上述计算可以得到，当平台总吃水为T时，可以将桩腿拔起。

实施例

上海外高桥建造JU2000E型自升式平台拟在上海临港水域进行插拔桩 实验，根据勘查的升桩位置的地层情况，当桩脚箱最大截面入土深度为9.4m （桩尖入泥深度为10.6m），其单桩总抗拔力计算如下：

a)桩脚箱上覆土体的重量为：

P1=0.25π(ΣrΗ)D²×80%=14398kN=1469t

b)桩脚箱侧面与周围土体间的摩阻力

F1=πDLC=724kN=74t

c)插桩深度以上各土层土体破坏所需要的剪切力

F2=πD(ΣHC)×80%=5680kN=580t

这样当自升式平台在该升桩位置插桩，桩尖入泥深度在10.5m时，其总 抗拔力R为：

R=P1+F1+F2=1469+74+580=2123t。

JU2000E自升式钻井平台空船自重18000t，空船吃水T₁=5.25m，当平台 过量吃水1m时，可产生上浮力F为3400t/m，由于有三根桩腿，即单桩拔 桩力f为1133t/m。

由上述计算得出的单桩总抗拔力数值与平台过量吃水T₂=R/f=1.87m时， 所提供的单桩拔桩力相近，因此，平台在该插桩位置拔桩时，需总吃水 T=T₁+T₂=7.12m才能将平台桩腿拔起。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理 解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领 域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式 做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。