隔水导管打桩新技术研究与应用

超长隔水套管优化和管桩吊点的设计与应用◎ 马晋雄 海洋石油工程股份有限公司魏志德 天津海金德石油工程技术有限公司刘 文 海洋石油工程股份有限公司路健健 戎国强 天津海金德石油工程技术有限公司摘 要：近年来海洋工程行业中海上平台设计逐渐增大，伴随着井口增多，隔水套管增加，沿用常规做法，海上施工时间长，相应配备的施工资源也在增加，通过优化隔水套管分段及管桩新型吊点设计优化项目是在目前开发计划的大背景下，从根本上解决钢桩和隔水套管海上无吊装器情况下的耗时费力的吊装现状，实现海上施工降本增效。

关键词：隔水套管 镗孔 吊装随着海洋石油行业的逐步发展，海洋石油平台大型化，相应的井口数量在增加，受隔水套管自由站立强度影响，隔水套管的分段单节一般较短，因此分段较多，严重影响海上施工效率。

另隔水套管吊点在打桩过程中为干涉结构，需要占用较多时间切除。

本文以某项目为例，通过优化吊点设计形式和优化隔水套管分段的方式，提高海上施工效率。

1.项目介绍某项目两座导管架共有100口井，详设基于常规吊装模式的强度计算要求，将隔水套管分成3节，需要对300节隔水套管进行吊装及安装。

面对巨大工作量，在设计阶段进行相关优化并得到显著效果。

2.隔水套管节数吊装的设计及应用按照常规做法，隔水套管吊点一般位于套管底部外侧（详见图1），首节利用板式顶部吊耳形式进行起桩，现场驳船挂扣及起吊耗时长，且打套管至吊耳位置后需对吊耳后进行切割打磨，第二节套管利用板式底部吊耳形式进行锁桩后起桩，现场驳船挂扣及起吊耗时长。

根据现场反图1 原方案隔水套管分段与吊点设计图2 优化后隔水套管分段设计53 /馈，传统的板式吊耳形式不仅挂扣时操作繁琐，切割打磨过程耗时严重，且操作过程存在较大安全隐患。

该项目首先结合主作业船吊机和随船履带吊共同吊装，解决了隔水套管首节平吊强度问题；其次充分考虑隔水套管施工资源，使用振动打桩锤和柴油打桩锤替代传统液压打桩锤，解决了隔水套管自由站立强度问题。

隔水导管打桩作业拒锤风险及工程对策作者：李大伟齐斌和鹏飞袁则名来源：《中国化工贸易·上旬刊》2016年第11期摘要：隔水导管是海洋石油钻井过程中安装的第一层管柱，是重要的持力机构和循环通道。

工程实践证明，在海上隔水导管的打桩施工中存在一定的风险，尤其是在施工中发生的打桩拒锤事故会对工程项目产生重大影响。

本文借鉴国内海上工程施工中的经验教训，对隔水导管打桩作业施工中的打桩拒锤进行了详细的技术论述，重点探讨了打桩拒锤的判断标准，分析了导致拒锤的因素和产生的后果。

最后，提出保证桩基施工安全的几项工程策略和防范措施。

关键词：海上平台；隔水导管；打桩拒锤；工程对策海上平台的隔水导管打桩作业是海洋工程中的常规作业，根据各项目的设计不同，一次进行数根到数十根的隔水导管打桩作业。

海上平台的隔水导管安装施工，主要是把陆地预置好的导管打到海底预定深度。

每根导管在海上施工过程中可能是整根预制、连续打入，也可能是分段预制、海上现场连接。

打桩拒锤是桩基施工中最令人关注的问题之一。

海上平台隔水导管安装过程中的打桩拒锤是指打桩锤无法将桩打到设计深度。

若继续击打，有可能导致桩结构或者桩锤的损害；若停止打桩，则可能造成桩基承载力不够，后期发生严重的失稳破坏事故。

1 拒锤的判断标准API RP 2A 对“拒锤”给出如下推荐标准：“在连续5英尺打桩的情况下，贯入一英尺达到的击数超过300锤，或单独贯入一英尺需要的锤击数超过800锤，在桩重超过4倍桩锤的情况下，锤击数应相应增加，但任何情况下，贯入半英尺的锤击数不得超过800锤”。

在工程实际中参照使用此标准时，应注意以下使用条件：①项目或施工程序没有规定其它的标准才可参照此标准。

一般说来，为了保护打桩锤不被损坏，可能会给出较为保守的标准，即规定更低的拒锤击数。

例如，有的作业者就在自己的施工程序中将拒锤标准定义为150 击/0.25 m（折合183 击/英尺）。

②施工中的桩锤必须和设计要求一致。

101在海洋油气勘探开发过程中，隔水导管是连接海上钻井平台和海底井口构成的重要设施。

目前，主要下入隔水导管的方式主要有3种：钻入式、打桩式、喷射式。

在我国渤海、东海和南海浅水海域，打桩式隔水导管下入作业由于较高的作业效率，简单的作业流程，因此被广泛的应用于探井、生产井和调整井的开发。

由于打桩式隔水导管下入作业是通过打桩锤施加冲击冲击力破裂地层从而引导隔水导管的下入，因此隔水导管要面临来自地层的阻力，打桩作业如果采用有接箍的隔水导管接头，每锤进尺小，作业效率低，能耗大，采用新型隔水导管接头，可大大提高隔水导管下入速度，相同的入泥深度条件下，隔水导管打桩作业所需要的锤击数要减少很多[1]，合理地控制隔水导管打桩作业，能够大幅度提高海上作业的时效。

目前，中海油四海海域进行海上打桩作业的隔水管接头主要依托进口和其授权加工企业生产，如OMS 公司提供的JV-LW接头、Oil States公司的Puma DF型号接头，国内对打桩用隔水管接头的研发还处于起步阶段，因此设计开发一种具有自主知识产权的适用于水深为150m以内打桩作业的隔水管接头可以打破国外厂商的垄断，完善海油自主石油管产品体系，降低产品成本和供货周期，对响应总公司“降本增效”的要求和“三新三化”的号召具有重要的意义。

1 隔水导管接头设计 隔水导管接头的主要作用为连接隔水导管单根，并在作业过程中承担打桩锤的冲击力、隔水管的重力同时保持密封性能[2]。

在考虑现场实际作业情况下，参考国外同类接头的设计经验，根据接头实际应用要求，其技术指标应满足以下基本要求：（1）隔水导管接头应适用于150m水深作业要求，参考API Spec16R D级要求，考虑安全余量因此要求可承担拉伸载荷为8004kN；（2）接头装配后抗水压能力应大于18.5MPa；（3）接头外径应与隔水导管管体外径相同；（4）接头装配后要具备防倒转功能。

通过多次优化设计，综合考虑多种因素，在满足上述基本要求的情况下，确定了无接箍隔水导管接头的设计特征，其具体特点如下：（1）接头为了提高强度材质选用30CrMo；（2）接头外径上与隔水导管管体外径相同，所述公母接头内径减小，采用内加厚设计，保持壁厚不变；（3）接头通过螺纹连接，螺纹为锥螺纹；（4）公接头上设有密封圈槽，通过装有O形密封圈保证密封；（5）公接头后部均布两个对称的锁块槽，所述的锁块尺寸大于锁块槽，通过过盈挤紧防止倒转。

隔水导管打桩作业拒锤风险及工程对策隔水导管是海洋石油钻井过程中安装的第一层管柱，是重要的持力机构和循环通道。

工程实践证明，在海上隔水导管的打桩施工中存在一定的风险，尤其是在施工中发生的打桩拒锤事故会对工程项目产生重大影响。

本文借鉴国内海上工程施工中的经验教训，对隔水导管打桩作业施工中的打桩拒锤进行了详细的技术论述，重点探讨了打桩拒锤的判断标准，分析了导致拒锤的因素和产生的后果。

最后，提出保证桩基施工安全的几项工程策略和防范措施。

标签：海上平台；隔水导管；打桩拒锤；工程对策海上平台的隔水导管打桩作业是海洋工程中的常规作业，根据各项目的设计不同，一次进行数根到数十根的隔水导管打桩作业。

海上平台的隔水导管安装施工，主要是把陆地预置好的导管打到海底预定深度。

每根导管在海上施工过程中可能是整根预制、连续打入，也可能是分段预制、海上现场连接。

打桩拒锤是桩基施工中最令人关注的问题之一。

海上平台隔水导管安装过程中的打桩拒锤是指打桩锤无法将桩打到设计深度。

若继续击打，有可能导致桩结构或者桩锤的损害；若停止打桩，则可能造成桩基承载力不够，后期发生严重的失稳破坏事故。

1 拒锤的判断标准API RP 2A 对“拒锤”给出如下推荐标准：“在连续5英尺打桩的情况下，贯入一英尺达到的击数超过300锤，或单独贯入一英尺需要的锤击数超过800锤，在桩重超过4倍桩锤的情况下，锤击数应相应增加，但任何情况下，贯入半英尺的锤击数不得超过800锤”。

在工程实际中参照使用此标准时，应注意以下使用条件：①项目或施工程序没有规定其它的标准才可参照此标准。

一般说来，为了保护打桩锤不被损坏，可能会给出较为保守的标准，即规定更低的拒锤击数。

例如，有的作业者就在自己的施工程序中将拒锤标准定义为150 击/0.25 m（折合183 击/英尺）。

②施工中的桩锤必须和设计要求一致。

打桩中不能有长时间的停顿。

如果施工中用的桩锤比设计小，或打桩锤的效率达不到规定的锤效，就不能算做拒锤；再如，打桩的过程中如发生一小时或者更长时间的停顿，上述拒锤标准则不适用，需要恢复打桩并至少贯入一英尺后再采用上述标准进行判断。

海上钻井隔水导管打入作业溜桩深度预测张海山;杨进;严德;田瑞瑞;刘佳伟;王啸【摘要】目前桩体施工溜桩深度预测主要集中在大直径超长桩的打桩风险分析中,对海上隔水导管施工溜桩机理和深度预测缺乏研究,存在作业盲目性和风险性.通过对海上隔水导管施工中导管与平台几何关系分析、导管极限承载力计算和溜桩机理分析,提出了海上隔水导管施工溜桩深度预测理论模型.溜桩深度预测理论模型在我国某海域油气田数口井的隔水导管施工作业中得到了成功应用,施工预测深度范围与实际溜桩深度基本一致,为隔水导管施工风险评估提供了理论基础,确保了海上作业的安全性.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2013(035)003【总页数】3页(P22-24)【关键词】隔水导管;打桩;极限承载力;溜桩;深度;预测【作者】张海山;杨进;严德;田瑞瑞;刘佳伟;王啸【作者单位】中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海200030;中国石油大学,北京102249;中国石油大学,北京102249;中国石油大学,北京102249;中国石油大学,北京102249;中国石油大学,北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE52溜桩是在打桩过程中一种桩体快速下沉的现象，在该过程中不用打桩锤的作用桩体自动下滑，贯入度极大［1］。

海上隔水导管施工过程中经常在打桩初期发生溜桩，严重时溜桩深度可达20～30 m。

溜桩是海上隔水导管施工安装过程中的最大危害之一，大幅度的溜桩不利于施工控制，轻则冲断钢丝绳、桩锤损坏、断桩等，影响到接桩、换锤等正常施工程序；重则造成桩锤滑落海中、桩锤报废等事故，给海上作业带来了极大的经济损失和安全风险。

目前，国内外针对桩体溜桩深度预测主要集中在海洋平台大直径（直径≥2 438.40 mm）超长桩的沉桩过程［2-4］，未见对隔水导管（直径通常为609.60 mm、762.00 mm）施工过程的溜桩深度预测。

笔者通过分析隔水导管施工溜桩机理，提出预测溜桩深度的理论模型，为海上隔水导管施工设计及控制提供技术指导。

隔水导管打桩新技术研究与应用程仲;牟小军;马英文;刘正礼;程昆;李晓刚【摘要】The current floating cranes and other large marine resources can not satisfy the requirements of the drilling riser driving operation at Bo-hai Sea. According to this problem, a new drilling riser pile driving technology was studied. This technology contains; using the "accommodation platform plus rig module" to perform the riser driving operation; optimizing the design of drilling riser driving according to the modern "fast drilling and completion" tecnnique; developing the special thread to make the safe and fast connection of the riser; conducting real-time monitoring while driving to ensure the accurate and efficient riser driving. This technology has been applied in platform A of JZ25-1S oil and gas field.%针对现有浮吊等大型海洋作业资源不能满足渤海地区钻井打桩作业需求的问题,研究了隔水导管打桩新技术.该项技术包括:采用“生活支持平台+模块钻机”作业模式进行隔水导管打桩作业；配合“边钻边完”钻井技术实现打桩作业优化设计；研制了特殊螺纹扣实现隔水导管安全、快速连接；打桩作业过程采用实时水下监控等措施保证打桩作业准确、高效.该项技术已在锦州25-1南油气田A平台获得了成功应用.【期刊名称】《中国海上油气》【年(卷),期】2011(023)004【总页数】4页(P259-262)【关键词】锦州251;南油气田;隔水导管;打桩作业;模块钻机【作者】程仲;牟小军;马英文;刘正礼;程昆;李晓刚【作者单位】中海油能源发展股份有限公司监督监理技术公司,518067;中海油能源发展股份有限公司监督监理技术公司,518067;中海石油(中国)有限公司天津分公司钻井部;中海石油(中国)有限公司深圳分公司钻井部;德克萨斯农业与机械大学石油工程学院;中海油能源发展股份有限公司监督监理技术公司【正文语种】中文随着渤海海域油气田开发力度的加大，现有浮吊设备资源不能满足钻井打桩作业的需求，如何在有限的作业资源条件下完成打桩作业任务，就成为亟待解决的问题。

海洋石油钻井隔水导管的研究摘要：海洋隔水导管为水下钻井器具的部件之一。

它是整个海洋钻井装备中重要而又薄弱的环节，是海洋石油勘探开发的“瓶颈”，具有高技术、高投入、高风险的特点，是影响海上钻井安全的重要因素。

本文从隔水的研究现状、浅水用隔水导管现有的结构形式及优点、隔水导管研究开发的社会效益和经济效益等几个方面对海洋隔水导管进行介绍，其中对我公司隔水导管的结构形式分析做了重点论述。

关键词：隔水导管；研究现状；结构形式；引言：隔水导管是钻井获取油、气资源的第一层屏障，隔水导管是从海上钻井平台下到海底浅层的套管，在钻井作业时起到了支撑和稳定井口，隔离外界泥、沙、海水，保护套管油气不受污染的至关重要的作用。

由于隔水导管载荷与作业过程的复杂性，自身结构的大变形非线性，分析方法的不确定性，实际响应的抽象性等，使得隔水导管成为海洋石油装备开发的难点与重点。

钻井隔水导管与井口系统是深水钻井装备中重要而薄弱的环节,其正确设计与使用直接关系到钻完井作业的顺利完成。

研究海洋隔水导管对我国海洋石油开采具有关键意义。

1钻井隔水导管的研究现状随着海洋石油资源的开发，海洋石油钻井技术与装备的发展越来越重要。

隔水导管系统设计难点主要在于设计复杂环境因素和作业因素，如水深、海流、波浪、钻井载荷等，现国内外均对隔水导管进行深入的研究。

国外具有更加先进的理论和技术，且根据水深与作业环境开发出一系列的对应产品。

我国的开发起步较晚，钻井隔水导管技术基本处于空白阶段。

开发钻井隔水导管，不仅在世界范围内有着广泛的前景，对我国的油气田开发也具有重要的战略意义。

2浅水用隔水导管现有的结构形式及优点2.1 隔水导管结构及形式隔水导管根据连接形式可分为卡簧式、螺纹式。

卡簧式隔水导管通过内部的卡簧将接头进行连接，结构简单方便。

螺纹式隔水导管主要通过公母接头螺纹之间的啮合达到隔水导管连接的目的。

隔水导管的施工方式可分为钻入式、锤入式和喷射式，卡簧式隔水导管一般适用于钻入式下井；螺纹式隔水导管一般适用于钻入式、锤入式、和喷射式下井。

东海锤入法下入30 in隔水管实践应用谢领【摘要】由于东海某油气田开发需要,从2015年9月到2016年6月先后进行了7口深井、超深井、大位移井钻完井作业,首次应用了锤入法下入30in隔水管工艺.该气田现场施工前进行了扎实的理论研究,分析了地层承载力大小,确定了隔水管井口载荷及入泥深度,选定了打桩锤等关键设备,在继承并改进前期成熟打桩工艺与理论的基础上,首次成功实践了锤入法下入30 in隔水导管.该项作业的成功,验证了锤入法下入30 in隔水管的可行性,并取得了良好的经济与应用效果,为该项技术推广应用打下了坚实的基础.【期刊名称】《海洋石油》【年(卷),期】2018(038)001【总页数】5页(P64-68)【关键词】锤入法;30"隔水管;入泥深度;桩锤选取;井口载荷【作者】谢领【作者单位】中海油能源发展股份有限公司上海工程技术分公司,上海200335【正文语种】中文【中图分类】TE256+.2东海某气田位于上海市东南方向约397 km的东海海域，是东海西湖石油天然气作业公司位于西湖凹陷的一个开发项目。

该项目是在东海大开发的背景下，根据“统筹考虑、分批研究、分期实施”的指导原则，紧跟已经投产的平湖、天外天及残雪油气田的开发节奏，于2015年9月正式开始钻井作业施工的。

该油气田主要开发平湖组在垂深4 100 m以下的低渗、特低渗油气藏。

布井9口，平均设计井深5 644 m；实际完钻7口，平均完钻井深5 550.37 m。

东海开发井常规井身结构为4层套管，而该油气田井身结构为5层套管，井身结构复杂[1]，为典型的高难度开发项目。

为解决井深大带来的井口载荷大的问题，满足井身结构设计需要，表层隔水导管选定外径尺寸为30 in [1]。

为了践行中海油总公司降本增效的口号，降低作业成本，在前期坚实的理论研究及成熟的打桩工艺的基础上，决定放弃成本较高的钻入法而尝试使用锤入法下入30 in隔水导管 [1-3]。

群桩作用下隔水导管可打性试验彭苏萍　杨　进(中国矿业大学,北京　100083)　周建良　刘书杰(中国海洋石油总公司研究中心,北京　100027)摘要　结合海洋钻井实际工程情况,开展了群桩模拟试验,研究分析了群桩条件下的桩土相互作用问题,得出了群桩作用对土应力场的影响关系,模拟试验结果对海上隔水导管的施工具有重要的指导意义。

关键词　隔水导管　应力　群桩相互作用　模拟试验作者简介　彭苏萍,1958年生。

现为中国矿业大学“长江学者”特聘教授,教授、博士生导师。

　杨进,1966年生。

1996年获石油大学硕士学位,从事钻井工程方面的研究工作,现为中国矿业大学(北京)在读博士研究生。

　周建良,现为钻采部经理,高级工程师。

　刘书杰,现在钻采部工作,高级工程师。

随着我国海洋石油勘探开发的快速发展,对海上钻井工程和施工也提出了更高的要求和挑战。

为了节约工程费用,提高经济效益,每个石油钻井平台上要打上二、三十口油井,各井口间距进一步缩小,由原来的2m×2m改为1.5m×1.8m。

这样,由于井间距进一步减小,在隔水导管施工过程中,引起群桩效应而发生隔水导管打入过程中的拒捶现象。

如SZ36-1油田,由于群桩作用影响较大,使隔水导管打入困难,隔水导管的入泥深度由原来的50m减少到35m,而未能完成设计的入泥深度要求。

因此,开展群桩条件下桩土相互作用研究,对指导海上隔水导管的施工具有十分重要的意义。

从查阅的国内外有关文献资料来看,没有见到针对群桩作用下隔水导管入泥深度研究的相关文献报道。

所以从试验入手,从作用机理上来研究群桩条件下桩土相互作用,用模拟试验的方法,来探索桩土相互作用机理。

1　工程背景我国海洋石油平台上钻井施工前首先要下1层大尺寸的钢管,这种管在海洋石油上称之为隔水导管,其作用一是隔离海水而形成钻井液的循环通道,二是作为井口设备的持力结构。

一般石油平台井槽布置为4×5或5×7排列,见图1。

水下灌注在桩基施工中的应用水下灌注技术是一种常用于桥梁、码头、海上平台等建筑物桩基施工中的新型施工技术。

它能够有效地改善地下水位，并且可以提高桩基的承载力和稳定性，从而提高建筑物的安全性和稳定性。

在水下灌注技术中，注浆材料通过管道输送到预制孔洞中进行注浆，待注浆材料硬化后可以起到固结和增强桩基的效果。

本文将详细介绍水下灌注在桩基施工中的应用和优势。

一、水下灌注技术的特点水下灌注技术是一种将注浆材料通过管线输送到水下孔洞中进行注浆的技术。

在施工过程中，需要使用专门的水下注浆设备，确保注浆工作的顺利进行。

该技术在桥梁、码头、海上平台等建筑物的基础施工中广泛应用，并且具有以下特点：1. 灌注材料的质量稳定，可以确保一定的强度和稳定性。

2. 由于是水下施工，可以避免地下水位的影响，减少了水下作业的难度和风险。

3. 操作简单，施工效率高，可以缩短施工周期，降低施工成本，提高了施工效率和经济效益。

二、水下灌注技术的应用1. 在桥梁基础施工中的应用桥梁的基础施工是极为重要的一环，其承载力和稳定性直接关系到桥梁的使用寿命和安全性。

水下灌注技术是一种经济、高效的桥梁基础施工技术，可有效提高桥梁的承载力，增加其稳定性。

2. 在码头建设中的应用码头建设中，码头桩基是建设中难度较大的一项工程。

水下灌注技术可以提高码头桩基的承载力和稳定性，有利于码头的安全性和稳定性。

3. 在海上平台建设中的应用海上平台是海洋工程建设中的重要组成部分，其承载力和稳定性关系到整个工程的安全。

水下灌注技术可以为海上平台的建设提供稳定的基础支撑。

三、水下灌注技术的优势1. 提高桩基承载力和稳定性水下灌注技术可以提高桩基的承载力和稳定性，特别是在地下水位较高的情况下，其作用更为明显。

通过注浆材料的硬化，可以增加桩基的承载能力，保证建筑物的安全性和稳定性。

2. 减小了地下水位的影响地下水位是影响桩基稳定性的重要因素之一。

采用水下灌注技术，可以在注浆过程中控制地下水位的流动，在一定程度上减少了地下水位的影响。

- 86 -技术交流石油和化工设备2019年第22卷(a) 某项目隔水套管海上接桩作业 (b) 某项目隔水套管海上打桩作业图1 隔水套管海上施工现场超长隔水套管的设计和应用创新徐峰（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）[摘 要] 在常规海洋平台安装过程中，隔水套管的海上安装耗时较长，约占导管架海上安装时间的一半。

在隔水套管分段设计中，超长隔水套管的创新设计，可以充分利用大浮吊吊高，降低海上接桩的难度与风险。

同时，超长隔水套管的设计可以减少套管的分段数量，从而减少起锤、套锤和打桩作业工作量，提升海上施工效率。

[关键词] 超长隔水套管；分段优化；双钩合抬；自由站立；海上安装作者简介：徐峰（1987—），男，山东人，2010年毕业于中国海洋大学船舶与海洋工程专业，学士，工程师。

现从事海洋工程结构设计与研究工作。

1 概况隔水套管是常规海洋平台钻井过程中预先安装的一层保护管道，是重要的持力机构和循环通道。

一般的井口平台通常由一组或两组隔水套管群组成，隔水套管的数目从几根到几十根不等。

隔水套管的施工作业一般为陆地分段预制，海上现场连接打入。

由于隔水套管长细比较大，设计中主要考虑其可打入性以及自由站立，与此同时还需要保证施工现场起吊时的强度。

由于隔水套管数目一般较多，每根隔水套管又分为几段，涉及到的海上焊接工作量较大，在现场施工过程中耗时较长，约占导管架海上安装时间的一半左右。

在此背景下，尽可能地增大单节隔水套管的长度，减少隔水套管分段，对于提升海上施工效率，具有重要的现实意义。

本文以渤海某项目为例，采用超长隔水套管设计，针对施工现场的起吊和海上安装过程中的自由站立等问题，给出了设计思路，可供相关项目借鉴。

2 工程实例- 87 -第6期 徐峰 超长隔水套管的设计和应用创新2.1 项目概况渤海海域某油田新建一座导管架井口平台，水深27.7m，平台设40根隔水套管，直径508m m，壁厚25m m。

隔水套管设计入泥58m，顶标高为EL(+)18.5m。