[发明专利]自升式钻井平台插桩过程中的桩基地层破裂预测方法

说明书

本发明提供一种自升式钻井平台插桩过程中的桩基地层破裂预测方法，在自升式钻井平台的每个桩靴底部布置三分量声波接收器阵列；获取插桩过程中该三分量声波接收器阵列连续接收的来自桩靴下部地层的声发射信号；根据该声发射信号预测桩靴底部桩基地层的断裂状态以及断裂点位置，其中，在钻井平台插装的过程中，桩靴底部硬壳地层疲劳断裂过程中会发出声发射信号，通过在桩靴底部布置三分量声波接收器，采集硬壳地层疲劳过程中会发出的声发射信号，作为预测断裂状态和断裂点位置的数据基础，能够判断桩基地层发生断裂的可能时间以及位置，避免发生刺穿事故。本发明既可用于自升式钻井平台的就位过程监测，也可用于就位后平台的就位状态的实时监测。

技术领域

本发明涉及海洋工程监测与安全保障领域，尤其涉及自升式钻井平台插桩过程中的桩基地层破裂预测方法。

背景技术

海洋油气已成为国家油气增储上产的重要接替区和重要支柱之一，海上油气实现增储、稳产乃至上产是保障国内油气安全供应的重要力量。

自升式钻井平台是近海和边际油田开发的主要设备，为保证平台稳定、作业顺利进行，需将桩腿插入海底地层之中。在平台插桩作业中，时常遇到上硬下软的多层地基，硬壳地层(俗称“鸡蛋壳”地层)；桩腿刺破鸡蛋壳地层后产生不可控制的快速沉降现象，称之为穿刺。穿刺是自升式平台作业过程中的重大风险隐患，轻者可能损伤平台结构，造成上千万人民币的经济损失，重者可导平台倾覆及人员伤亡，造成几十亿人民币的经济损失，而在所有因地基问题发生的事故中，穿刺事故占53％以上。我国沿海地质情况复杂，存在大量硬壳地层，穿刺事件时有发生，成为制约自升式平台在复杂地层进一步应用的瓶颈性难题。

相关技术人员在预测穿刺事故方面也进行了大量的工程测量和相关研究：包括桩基附近地层的地震勘探测量、声呐侧扫成像测量和桩基地层的取心及相应的岩心实验室测量，并基于工程测量数据和岩心测量数据的桩底地层承载力与载荷、桩腿下沉深度等参量之间的关系进行理论和模拟实验研究。Mathieu对第四系沉积进行了地震地层学评价，并对沉积和基岩界面进行了成像。Anitha通过地质数据的解释推测了印度某地区的浅海环境特征。Peng和Shi等人也在岩心取样技术、设备及室内测量上有较深入的研究。COSL将国内近海主要油气区块按土壤特征通过大量取样进行了研究及划分。目前，海洋地质的测量作业无法进行大量可重复性的结果验证，测量范围大，且针对性较差；取心实验结果受取样点分布、取样扰动等多种因素影响，代表性较差，导致上述研究都无法反映原位土层受压变形时的实时特征，难以真正解决工程实践中插桩穿刺预测及防控问题。

因此，已有的工程测量和研究工作所提供的插桩作业方案与实际插桩过程的插桩深度、地层承载力等多种参数之间差异很大、无法满足安全插桩作业的需要，穿刺事故的预测及防控依旧是一个亟待解决的行业技术难题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种自升式钻井平台插桩过程中的桩基地层破裂预测方法，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自升式钻井平台插桩过程中的桩基地层破裂预测方法，包括：

在自升式钻井平台的每个桩靴底部布置三分量声波接收器阵列；

获取插桩过程中该三分量声波接收器阵列连续接收的来自桩靴下部地层的声发射信号；

根据该声发射信号预测桩靴底部桩基地层的断裂状态以及断裂点位置。

进一步地，该根据该声发射信号预测桩靴底部桩基地层的断裂状态以及断裂点位置，包括：

根据该声发射信号预测桩靴底部桩基地层的断裂状态；

当预测结果为桩靴底部桩基地层即将断裂时，对该声发射信号进行反演得到断裂点位置。

进一步地，该根据该声发射信号预测桩靴底部桩基地层的断裂状态，包括：