喷射导管桩基时效承载力研究

水下井口导管桩基是井身结构中的第一层套管，它为表层套管柱、海底采油树和防喷器组提供竖向和水平支撑力。其承载力不足，将导致井口下陷和井口倾斜，对井口和防喷器产生磨损，严重的导致井口废弃。目前，喷射法已成为深水环境条件下井口导管桩基的首选安装方法。但由于喷射安装过程对管周土体的扰动，产生超孔隙水压力，降低了土体不排水强度，从而难以准确地确定导管桩的承载力并对其进行合理设计。本项目拟通过理论分析、数值计算和试验研究的方法对水下井口喷射导管桩基的承载机理进行研究，分析射流破土机理、射流扩孔对管周土径向挤压的影响、喷射及贯入挤土产生的超孔隙水压力及消散规律，建立喷射距离与水力参数和土体强度的表达式，提出导管桩竖向和水平承载力时效性公式，开发喷射导管桩基时效承载力设计软件，为水下井口喷射导管的设计和安装提供初步的理论基础和试验数据。

水下井口导管是井身结构中的第一层套管，它为表层套管柱和防喷器组提供竖向结构和支撑，随着海洋石油开发向深水的发展，喷射法已成为深水环境条件下水下井口导管的首选安装方法。喷射导管是底部钻具水力冲射和钻头旋转联合形成循环，对土体进行冲射和破土，从而造成土体的扰动。有必要有此方面机理进行研究。.主要研究内容和结果.1. 井口结构导管安装产生的超孔隙水压力研究.管周土体超孔隙水压力主要由二部分组成：射流破土产生的超孔隙水压力Δu1和管桩挤土产生的超孔隙水压力Δu2。.1）.通过理论分析确定射流破土产生的超孔隙水压力Δu1，并与测试数据比较分析；通过理论分析确定管桩挤土产生的超孔隙水压力Δu2，讨论管桩排土体积与管桩体积比对Δu2的影响；通过数值模拟分析超孔隙水压力的消散规律，并结合实验数据进行修正。.2. 井口结构导管竖向承载力的时效性研究.建立导管竖向承载力随时间变化公式，给出导管承载力与贯入深度、时间的设计关系曲线。本项目拟合的公式考虑了管径、渗透系数等多因素对承载力时效性的影响。其时效承载力因渗透系数的不同而在Bp法上下范围内的变化。结合模型实验和数值模拟分析开发了喷射导管承载力的时效性设计分析软件。.3. 射流破坏机理的数值模拟研究.进行了旋转射流二维轴对称模拟与分析和旋转喷射三维模拟。研究了喷射位置、射流速度、土体强度对射流喷射深度的影响规律。并对比分析了二维和三维数值模拟结果。并结合模型实验进行了验证。.在研究的基础上，已发表论文EI收录3篇，在审外文论文2篇，授权发明专利3项。.本项研究属于岩土工程、流体力学和钻井工程等多学科交叉性研究，利用流体力学理论确定射流破土机理，结合土力学理论确定喷射喷距和管周土体中的超孔隙水压力及其喷射后的消散规律和强度增长机理，提出导管承载力设计为我国南海深水油田喷射导管的设计和安装提供初步的理论依据和试验数据。因而，本项目的研究具有重要的学术价值和工程实际意义。