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(山东祺龙海洋石油钢管股份有限公司 山东 东营 257091)

·试验研究·

锤入式螺纹隔水管打桩作业锤击试验研究

马会珍，程立艳，李妍

(山东祺龙海洋石油钢管股份有限公司 山东 东营 257091)

海上隔水管打桩作业是海上钻井平台关键作业之一，对隔水管的综合性能要求很高。为了确保隔水管的安全性和可靠性，设计制作隔水管锤击试验装置，并进行一系列锤击试验，检验隔水管管体及接头所能承受的锤击力等参数，验证锤入式螺纹隔水管及其附件是否满足海洋生产需要。

螺纹隔水管；打桩作业；锤击力；锤击试验

0 引 言

随着海洋钻采工程油气勘探开发的深水化，作业海域的水深在不断增加。深水海况环境复杂，对深水油气勘探开发的环境要求越来越高。为减少固井带来的环境污染，海上钻井隔水管的作业方式由原来的需要固井的钻入式逐渐向不需要固井的锤入式发展，对隔水管的综合性能提出了更高的要求。为了确保锤入式螺纹隔水管满足现场施工要求，验证锤入式螺纹隔水管的性能参数，设计制造一种模拟海上作业的打桩试验装置进行锤击试验。试验所用隔水管尺寸及下井方式与海上作业一致，打桩设备也是完全模拟海况进行选择，实验过程中使用打桩分析仪进行数据采集，检测管体接头能承受的锤击力、压应力、拉应力等，通过分析锤击力、压应力、传递至桩管的有效能量、桩管完整性系数、柴油锤落锤高度、桩锤效率等数据参数，验证试验用隔水管管串及接头、替打短节、密封圈、防转块等附件的安全可靠性。

图1 惠州25-8桩管承载力图

1 打桩作业锤击试验

1.1 打桩作业依据

综合中海油各区块打桩情况，确定本次试验以中海油惠州25-8油田开发井项目隔水管入泥深度与承载力关系曲线数据(如图1所示)为基础，取隔水管入泥100 m时桩管所承受的轴向承载力(承载力较大)数据作为参照。

1.2 隔水管材料

隔水管包括管体和接头，隔水管管体采用X56M管线钢，其力学性能见表1，化学成分见表2，隔水管的核心技术在螺纹接头的设计和接头与管体的组对工艺上，本试验采用的是外径和管体一致的锤入式螺纹隔水管接头，隔水管接头材料采用ASTM4130，其力学性能见表3，化学成分见表4。

表1 X56M材料力学性能

表2 X56M材料化学成分(质量分数) %

注：1)C含量比规定最大质量含量每降低0.01%，可允许Mn含量比规定最大质量含量增加0.05%，但最大值不能超过1.75%；

2)不应有意加入硼、铜、铬和镍，硼B≤0.001；

3)V+Nb+Ti≤0.15%；

4)Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.25。

表3 隔水管接头材料力学性能

表4 隔水管接头材料化学成分(质量分数) %

1.3 锤入式螺纹隔水管接头特点

锤入式隔水管接头的结构和性能等方面具有以下特点：1)隔水管接头外径和管体外径一致，打桩锤击的阻力小，保证打桩锤击的贯入度。2)隔水管接头卡槽与辅助工具吊卡环配合使用，方便吊装作业，保证吊装操作的安全和质量。3)隔水管接头密封性能好，有密封圈、金属端面和台肩面密封。4)隔水管接头有自锁性，通过管螺纹的锥度和螺纹负角产生的作用力，另外隔水管接头还配有防转装置进行双重防转，防止打桩锤击时出现倒扣、脱扣现象。5)隔水管具有作业程序简单、作业效率高、无需固井作业、节约时间、没有泥浆排放减少对海洋的污染、受天气和海况等环境影响较小等诸多优点。锤入式隔水管结构如图2所示，锤入式隔水管接头的结构如图3所示，配备替打短节的隔水管结构如图4所示。

图2 锤入式螺纹隔水管示意图

图3 锤入式螺纹接头

图4 配备替打短节的隔水管

1.4 打桩试验装置

打桩试验装置是结合湛江惠州地层地质资料设计，底座尺寸6 m×6 m，高6 m，由工字钢、钢板等焊接而成，有两层作业平台，平台上均焊接有肘板对管体进行扶正，防止在实验过程中产生歪斜情况，上层平台为管体对接上扣操作平台，下层平台为检测设备安装及辅助操作平台。最下层中间具有能量缓冲部位，由缓冲板、钢丝绳进行缓冲，具有吸收打击能量的作用。

1.5 打桩设备及检测仪器

1.5.1 打桩设备

打桩锤的选择需要根据钻井施工海况、海貌、海底土层、工程的特点及打桩设备、平台吊机、隔水管的施工安全性要求来进行选择。目前在海上打桩施工作业中主要采用液压锤和柴油锤两种，这两种打桩锤冲击行程大、能满足较大的冲击能量，因而能满足隔水导管锤入较大的入泥深度[1]。考虑到海上施工的综合成本和效率多选用柴油打桩锤。打桩锤的规格需要根据打桩作业项目具体工况进行选择。D100打桩锤打击能量为333 540 Nm，作用于桩上的最大爆炸力为2 600 kN，适宜打桩规格最大为40 000 kg。本次试验结合试验所在地的地层情况和隔水管规格尺寸选用D100打桩锤。

1.5.2 打桩监控系统

打桩检测工作由上海港湾检测公司采用美国PDI公司打桩检测分析仪进行检测，锤击时，通过固定在隔水管上的两对传感器分别将测得的应变信号和加速度信号传递到PDA主机内，检测管体接头能承受的锤击力、

压应力、拉应力等。监控系统中的传感器安装在桩管的本体上，能即时监控每锤的能量，防止高值反弹应力。利用打桩监控器监控打击能量，防止高值反弹应力，避免损坏桩管及桩管丝扣。

1.6 打桩试验条件

打桩作业锤击试验前首先进行准备工作，主要包括Φ406 mm桩架固定管按试验要求锤入地下，并与桩架焊接，保证桩架在锤击过程中的稳定。盘钢丝绳，盖环板，目的是在锤击过程中起到缓冲、吸收能量的作用。焊接肘板，模拟平台喇叭口，保证隔水管在锤击过程中的垂直度。首先在地面测量好隔水管管体直线度及接头椭圆度，并记录，然后吊装Φ559 mm×25.4 mm管串下入打桩架预留口中，插入配套Φ559 mm替打短接，切割吊耳，用履带吊吊起D100柴油打桩锤，进行锤击试验，以此类推依次进行5组试验。分别为：Φ559 mm×25.4 mm管串带替打，Φ559 mm×25.4 mm管串、Φ610 mm×25.4 mm管串、Φ660 mm×25.4 mm管串、Φ762 mm×25.4 mm管串锤击试验，主要为了试验锤入式螺纹隔水管接头及管体能承受的极限锤击力。

2 试验结果

本次打桩作业锤击试验共计进行5次，其中替打短节管串试打试验1次，接头管串试验4次；5次试验完成后，隔水管管体及接头、替打短节、密封圈、防转块均完好，各次试验的最大锤击力及最大锤击力下隔水管的实测压应力、拉应力、能量等参数参见表5。

表5 打桩锤击试验结果

3 试验检测数据分析及总结

根据上海港湾检测公司提供的打桩试验检测数据显示，试验检测的隔水管承受的最大锤击力远大于实际要求隔水管的极限承载力。在上述锤击试验后检查接头与替打短节接触面受力变化情况、内、外螺纹接头上扣难易、密封圈、防转块损伤等情况发现：接头台肩和螺纹丝扣均无损伤，替打短节锤击受力面无明显变形，接头结构完整无变形，不影响二次上扣，密封圈无损伤，防转块止转效果良好，未出现脱扣、松动现象，管串弯曲变形合理。试验结果表明在设计极限承载力的情况下，所设计的锤入式螺纹隔水管及其附件性能安全、可靠。

[1] 张红生，管 申，庄 健，等.崖城13-1气田表层隔水导管快速打桩技术分析及应用[J].石油钻采工艺，2012,34(1)：28-31.

StudyonthePilingHammerTestofThreadedRiser

MAHuizhen,CHENGLiyan,LIYan

(ShandongQilongOffshorePetroleumSteelPipeCo.Ltd.,Dongying,Shandong257091,China)

The offshore piling is the key operation on offshore drilling platform, which requires the riser with high comprehensive properties. In order to ensure the safety and reliability of the riser, the riser hammer test device was designed, a series of hammer tests were carried out to check the hammer force and other parameters that riser pipe and the joints, which also can verify if the hammered thread risers and their accessories can meet the marine production need.

threaded riser; piling; hammer force; hammer test

马会珍，女，1975年生，工程师，2012年毕业于中国石油大学(华东)机械设计制造及其自动化专业，现主要从事技术管理工作。E-mail:xfx923@126.com

TE52

A

2096-0077(2017)06-0034-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.06.009

2017-08-30

葛明君)