軟土地基筒基試采平臺(tái)的適用性分析

邵文靜

(中國(guó)石油大港油田灘海開發(fā)公司，天津 300280)

大港灘海油田控制儲(chǔ)量升級(jí)評(píng)價(jià)，利用試采平臺(tái)對(duì)評(píng)價(jià)井進(jìn)行試采，獲取必須的開發(fā)參數(shù)，準(zhǔn)確分析油藏產(chǎn)能和生產(chǎn)規(guī)律，為開發(fā)方案的編制提供可靠依據(jù)．試采平臺(tái)需要配套相應(yīng)的油氣采集、油氣處理、儲(chǔ)存、集輸、放空燃燒等工藝系統(tǒng)和相應(yīng)的工程配套設(shè)施[1-4]．可移動(dòng)試采平臺(tái)試采周期可根據(jù)實(shí)際需要確定，可以避開惡劣天氣進(jìn)行原油拉運(yùn)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)．

目前，大港灘海沒(méi)有適用的可移動(dòng)試采平臺(tái)，需探索一種適用于軟土地基，具備一定的儲(chǔ)存功能，滿足試采、注水、油氣處理，靠船等需要的可移動(dòng)試采平臺(tái)．筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是一種適用于軟土地基的新型港口與海岸工程結(jié)構(gòu)型式,具有運(yùn)輸和安裝方便、施工速度快、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn),尤其適合于邊際油氣田的開發(fā)[5-8]．本文提出了將筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于試采平臺(tái)的想法，探討了其可行性．

1 已建箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)工程分析

大港灘海油田將箱筒結(jié)構(gòu)作為人工島圍埝、防波堤以及棧橋的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)進(jìn)行了多次成功的嘗試．如埕海1-1人工島南側(cè)箱筒型基礎(chǔ)圍埝及應(yīng)急?？奎c(diǎn)，埕海2-2人工島西南側(cè)的箱筒型基礎(chǔ)應(yīng)急?？奎c(diǎn)，埕海2-2進(jìn)海路中的箱筒型基礎(chǔ)棧橋．

1.1 埕海1-1人工島船舶應(yīng)急停靠點(diǎn)及防波堤

埕海1-1人工島船舶應(yīng)急?？奎c(diǎn)設(shè)置于人工島南側(cè)，共采用8組鋼箱筒基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，南側(cè)圍埝長(zhǎng)163.5 m，船舶?？奎c(diǎn)面層頂高程＋3.5 m，頂面18.2 m寬的面層，前沿海底泥面高程為－2.8 m，后側(cè)擋浪墻頂高程+6.5 m．

埕海 1-1人工島東側(cè)防波堤兼作消防取水結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)47.4 m，上部砼大圓筒頂高程+5.6 m．防波堤結(jié)構(gòu)的鋼箱筒基礎(chǔ)部分與南側(cè)圍埝結(jié)構(gòu)的箱筒型基礎(chǔ)部分相同，上部為現(xiàn)澆的混凝土蓋板，板厚0.5 m．

箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由四個(gè)上部帶頂蓋板、下部開口的鋼質(zhì)基礎(chǔ)圓筒體成矩形排列，通過(guò)頂板和基礎(chǔ)筒體間的側(cè)板剛性連接而成．基礎(chǔ)圓筒直徑9.0 m，高8.5 m，上部3 m壁厚12 mm，下部5.5 m，壁厚10 mm，筒壁內(nèi)外均設(shè)有豎向肋板；頂板為下側(cè)帶肋梁的平板，板厚10 mm；相鄰兩個(gè)基礎(chǔ)圓筒間的最小間距3.0 m，通過(guò)兩側(cè)帶肋梁的鋼板連接．每組鋼圓筒上所形成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)和寬均為22.8 m，相鄰組鋼箱筒結(jié)構(gòu)的安放間距為1.5 m，在該間距內(nèi)插入混凝土擋板進(jìn)行連接．箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 埕海1-1人工島南側(cè)圍埝及防波堤Fig.1 Chenghai South 1-1 Artificial Island reclamation dam and breakwater

1.2 埕海2-2人工島箱筒型基礎(chǔ)應(yīng)急停靠點(diǎn)

埕海2-2人工島的西南角位置建造一小型船舶應(yīng)急?？奎c(diǎn)，該船舶應(yīng)急?？奎c(diǎn)結(jié)構(gòu)與埕海1-1人工島的相同，應(yīng)用箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和空心方塊結(jié)構(gòu)建造，采用了2組鋼箱筒基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)．該場(chǎng)所南北長(zhǎng)46.3 m，東西寬22.8 m，頂面高程+3.5 m，在其西北側(cè)墻上預(yù)埋管線上岸構(gòu)件，南側(cè)和西南側(cè)墻供船舶停靠．工程完工后如圖2所示．

圖2 埕海2-2人工島船舶應(yīng)急?？奎c(diǎn)Fig. 2 Chenghai 2-2 artificial island ship emergency stop

1.3 埕海2-2進(jìn)海路箱筒型基礎(chǔ)棧橋

埕海2-2進(jìn)海路3 828 m處設(shè)置長(zhǎng)158 m的箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)棧橋，橋面寬7 m．共采用8組鋼箱筒基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，每組箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由四個(gè)直徑8.0 m，高8.5 m，帶頂板的焊接鋼質(zhì)圓筒呈矩形連接而成；圓筒間的橫向(垂直于路軸線)連接間距為1.0 m，縱向(平行于路軸線)連接間距為2.0 m，每組箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的平面外觀尺度為17.0 m×18.0 m．圓筒鋼頂板上部為0.5 m厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土封板，每個(gè)筒中心設(shè)鋼護(hù)筒混凝土棧橋柱，橫向相鄰兩個(gè)柱頂現(xiàn)澆鋼筋混凝土橫梁；四個(gè)鋼圓筒為一組，鋼圓筒之間由兩道鋼箱梁連接；橫梁兩端為鋼板包裹的三角形防冰錐；路面板、管溝板和電纜溝板三種橋面梁均為預(yù)制構(gòu)件．箱筒型基礎(chǔ)棧橋完工后如圖3所示．

圖3 箱筒型基礎(chǔ)棧橋Fig. 3 Box type foundation of Zhanqiao

在工程實(shí)施中，箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)陸上預(yù)制；氣浮拖運(yùn)時(shí)，結(jié)構(gòu)中間成過(guò)水?dāng)嗝妫⑶覍⑼蠋c(diǎn)設(shè)在前筒上，在筒內(nèi)加設(shè)傳力鋼纜，這樣水阻力減少，拖運(yùn)速度提高，結(jié)構(gòu)基本上不變形；下沉?xí)r，加載與抽負(fù)壓相結(jié)合最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求．

埕海 1-1人工島工程于 2006年完工，埕海 2-2橋島工程于2010年11月完工，工程投運(yùn)以來(lái)，經(jīng)歷了多次風(fēng)暴潮襲擊，特別是 2009－2010年冬季遭遇30年一遇的特大冰情，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求．由此可見，鋼箱筒基礎(chǔ)技術(shù)在大港灘海工程建設(shè)中已經(jīng)具有很好的應(yīng)用效果，值得推廣．

2 筒型基礎(chǔ)試采平臺(tái)應(yīng)用可行性探討

2.1 筒型基礎(chǔ)試采平臺(tái)適用性分析

采用筒型基礎(chǔ)建造試采平臺(tái),具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）地質(zhì)適應(yīng)能力：大港灘海地區(qū)表層淤泥較厚，土壤抗水平承載力較差，筒型基礎(chǔ)更適合大港灘淺海軟土工程地質(zhì)條件，采用淺基礎(chǔ)形式即可獲得足夠承載能力，容易下沉安裝和起升移位．

（2）安全穩(wěn)定性：筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式對(duì)荷載及變形適應(yīng)性強(qiáng)，可充分利用周邊軟土的粘聚力和摩擦阻力來(lái)保證結(jié)構(gòu)的抗滑和抗傾性，利用插入埋深來(lái)提高基底的承載力和整體穩(wěn)定性．結(jié)構(gòu)底部軟粘土的吸附力可以降低波浪力作用下結(jié)構(gòu)底部的地基應(yīng)力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性．

（3）施工技術(shù)：筒型基礎(chǔ)試采平臺(tái)可氣浮拖運(yùn)至試采井位，下沉、起升均采用負(fù)壓自安裝技術(shù)，不需要打樁設(shè)備，海上施工工作量小，整體安裝調(diào)試時(shí)間短，便于實(shí)現(xiàn)重復(fù)移位．

（4）功能需求：筒型基礎(chǔ)試采平臺(tái)滿足短期試采要求，能夠負(fù)壓下沉和正壓起升，節(jié)省海上施工費(fèi)用，可移動(dòng)重復(fù)使用，并且結(jié)構(gòu)安裝到位后，變形小．

（5）建設(shè)投資：筒型基礎(chǔ)試采平臺(tái)建設(shè)投資較小，可移動(dòng)重復(fù)利用，經(jīng)濟(jì)性上具有明顯優(yōu)勢(shì)．

2.2 平臺(tái)下沉、起升分析

筒型基礎(chǔ)平臺(tái)負(fù)壓下沉和正壓起升是筒型基礎(chǔ)平臺(tái)節(jié)省海上施工費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用的重要技術(shù)環(huán)節(jié)．依據(jù)筒型基礎(chǔ)在其他工程中的施工經(jīng)驗(yàn)，其下沉、起升方法可選擇：

（1）下沉方法：

①水深≥筒高時(shí)，通過(guò)抽水實(shí)現(xiàn)筒型基礎(chǔ)試采平臺(tái)負(fù)壓下沉；

②水深＜筒高時(shí)，先通過(guò)抽氣下沉，當(dāng)抽氣口出水后改用抽水下沉；

③下沉負(fù)壓控制范圍：－0.02～－0.04 MPa

④下沉速度：20～30 mm/min．

（2）起升方法：

①水深≥筒高時(shí)，通過(guò)注水加壓，在發(fā)生管涌前，改為注氣加壓，并控制好氣壓，減小注氣量，充分利用浮力，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起升．

②水深＜筒高時(shí)，通過(guò)注水加壓起升，當(dāng)筒頂露出水面后，再注氣加壓，并控制好氣壓，充分利用浮力，實(shí)現(xiàn)完全起升．

③平臺(tái)起升速度：50～80 mm/min．

（3）平臺(tái)下沉起升應(yīng)注意的問(wèn)題：

①拖航前由潛水員在平臺(tái)就位點(diǎn)進(jìn)行海底掃視，確定海底平坦、無(wú)障礙，確保平臺(tái)下沉?xí)r無(wú)障礙．

②配備足夠的備用設(shè)備，以備平臺(tái)下沉、起升過(guò)程中的設(shè)備損壞．

③對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)下沉（起升）狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控參數(shù)包括四個(gè)筒的入泥深度、筒內(nèi)水面高度、壓力、甲板上的傾斜度等．平臺(tái)下沉起升過(guò)程傾角控制在±1°以內(nèi)，整體下沉速度20～30 mm/min．

④平臺(tái)出現(xiàn)不均勻下沉（起升）時(shí)，及時(shí)調(diào)節(jié)各筒內(nèi)的壓力，使平臺(tái)均勻下沉．

（4）筒基平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制

通過(guò)理論計(jì)算得到，在拖航過(guò)程中應(yīng)根據(jù)平臺(tái)傾斜情況及拖航工況，可以對(duì)筒內(nèi)氣體進(jìn)行調(diào)整（抽氣/充氣）或者施加助重對(duì)吃水高度進(jìn)行調(diào)整，可以很大程度上提高平臺(tái)穩(wěn)性，以滿足在惡劣海況下的拖航要求．除干舷高度外，在實(shí)際拖航過(guò)程中穩(wěn)性還與平臺(tái)的拖航速度、拖纜點(diǎn)的位置等因素有關(guān)．

2.3 平臺(tái)拖航分析

筒型基礎(chǔ)平臺(tái)可以采用干拖和濕拖兩種方法：2.3.1 濕拖方案

筒型基礎(chǔ)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)海上濕拖，拖航時(shí)采用1艘主拖輪、1艘副拖輪，在拖航過(guò)程中應(yīng)根據(jù)平臺(tái)傾斜情況及拖航工況，控制平臺(tái)的拖航速度，及時(shí)對(duì)筒內(nèi)氣體進(jìn)行調(diào)整（抽氣/充氣）或者施加助重對(duì)吃水高度進(jìn)行調(diào)整，提高平臺(tái)穩(wěn)性，以滿足在惡劣海況下的拖航要求．拖航示意如圖4所示：

圖4 筒型基礎(chǔ)平臺(tái)拖航示意Fig. 4 The towing of bucket foundation platform

（1）拖點(diǎn)位置與系纜方式：拖點(diǎn)的位置選在桶體頂部，系纜方式以雙筒系纜后合為一根的總纜，如圖5所示：

圖5 筒型基礎(chǔ)平臺(tái)拖點(diǎn)位置與系纜方式Fig. 5 The bucket foundation platform towing point position and cable

（2）拖航啟動(dòng)、停泊：為了保持平臺(tái)的穩(wěn)定性，平臺(tái)由靜止達(dá)到最后穩(wěn)定拖航的加速度a≤0.08 m/s2;平臺(tái)停泊時(shí)，采用后方拖輪協(xié)助平臺(tái)減速停泊．

（3）濕拖應(yīng)注意的問(wèn)題

①平臺(tái)拖航時(shí)選擇較好海況條件（風(fēng)速＜4級(jí)，浪高＜2 m），保證拖航安全．

②拖航時(shí)采用1艘主拖輪、1艘付拖輪，拖航速度 3～4節(jié)，可考慮增設(shè)兩個(gè)傍拖，增強(qiáng)平臺(tái)拖航穩(wěn)性．

③拖航過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)筒內(nèi)氣壓，一旦發(fā)現(xiàn)氣壓減小，及時(shí)補(bǔ)氣．

④如遇潮位小于平臺(tái)吃水深度，平臺(tái)可臨時(shí)負(fù)壓下沉，待潮位上漲后再起升拖航到預(yù)定位置．

2.3.2 干拖方案

當(dāng)建造場(chǎng)地距離試采井位較遠(yuǎn)時(shí)，筒基平臺(tái)宜采用干拖方案，可在于建造場(chǎng)地通過(guò)浮吊將平臺(tái)吊裝于駁船上，干拖至試采井位，再通過(guò)浮吊將平臺(tái)吊入水中，采用負(fù)壓就位下沉．

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)研究分析，針對(duì)灘海軟土地基，筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)先進(jìn)、成熟、可靠，技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)效益良好．適合大港灘海工程地質(zhì)條件，將筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于試采平臺(tái)建造是可行的，試采結(jié)束后可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的快速移位、拖航和再次就位．筒型基礎(chǔ)試采平臺(tái)對(duì)灘海區(qū)重點(diǎn)探井、邊際油田的開發(fā)以及評(píng)價(jià)井試采具有重要意義．

綜上所述，筒型基礎(chǔ)應(yīng)用于試采平臺(tái)，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)移動(dòng)可重復(fù)利用，是可行的．但還需要針對(duì)具體工程位置處的環(huán)境條件、作業(yè)要求以及功能要求，確定平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)型式、主體尺度等，依據(jù)平臺(tái)總重量和荷載分布，對(duì)筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性開展進(jìn)一步論證分析．

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