專利名稱：海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置及監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海上石油勘探開發(fā)技術(shù)，尤其是一種用于解決海上鉆井管樁錘入 法打樁控制貫入度的實(shí)時監(jiān)控的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置及監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
在海上石油的勘探中，錘入法打樁技術(shù)應(yīng)用較為普遍，該技術(shù)常常采用控制貫入 度(拒錘數(shù))作為打樁過程結(jié)束的條件。目前在實(shí)際施工過程中采用在一定時間內(nèi)樁體頂 部標(biāo)高的變化值與在該段時間內(nèi)的錘擊數(shù)之間的關(guān)系來作為控制貫入度的判斷標(biāo)準(zhǔn)。由于 錘擊數(shù)采用以打樁錘的頻率為基礎(chǔ)的人為計數(shù)法，該方法存在較大的誤差和不確定性，從 而影響到樁體的入泥深度及承載能力的準(zhǔn)確性。因此，一套科學(xué)的控制貫入度監(jiān)測技術(shù)對 于錘入法打樁技術(shù)的應(yīng)用將更加合理、準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種海上石油管、樁錘入法貫入度的監(jiān)測裝置 與方法，其能夠?qū)ω炄攵冗M(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，指導(dǎo)海上打樁施工過程。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明首先提出一種海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控 裝置，所述管或樁包括樁體及樁體頂端裝設(shè)的打樁帽，其中該監(jiān)控裝置包括貫入度傳感器 及計算機(jī)控制系統(tǒng)，所述貫入度傳感器裝設(shè)在所述打樁帽上，所述貫入度傳感器記錄樁體 貫入深度，所述貫入度傳感器記錄的打樁過程數(shù)據(jù)傳遞到計算機(jī)控制系統(tǒng)，通過貫入度控 制軟件程序?qū)λ涗浀臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果自動判定是否達(dá)到鉆井管或樁的合理 入泥深度，并據(jù)此控制錘的動力開關(guān)。如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，其中，所述監(jiān)控裝置還包括 記錄打樁過程中的錘擊數(shù)的錘擊數(shù)傳感器，所述錘擊數(shù)傳感器裝設(shè)在所述打樁帽上，錘擊 數(shù)傳感器記錄的打樁過程累計錘擊數(shù)傳遞到計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，據(jù)此計算平均貫入 度，并作為判斷是否停打的另一依據(jù)。如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，其中，所述監(jiān)控裝置的錘擊數(shù) 傳感器和貫入度傳感器是通過環(huán)狀結(jié)構(gòu)的傳感器固定環(huán)安裝固定于打樁帽上，錘擊數(shù)傳感 器和貫入度傳感器呈對稱裝設(shè)，錘擊數(shù)傳感器和貫入度傳感器安裝在傳感器固定環(huán)上，該 傳感器固定環(huán)通過上緊螺栓固定于所述打樁帽。如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，其中，所述監(jiān)控裝置還包括固 定在所述打樁帽上的上部傳感器保護(hù)環(huán)和下部傳感器保護(hù)環(huán)，防止在打樁施工過程中損傷 到無線感應(yīng)錘擊數(shù)傳感器和無線貫入度傳感器，前述傳感器固定環(huán)固定在所述上部傳感器 保護(hù)環(huán)和下部傳感器保護(hù)環(huán)之間。如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，其中，所述上部傳感器保護(hù)環(huán) 和下部傳感器保護(hù)環(huán)均為環(huán)狀金屬結(jié)構(gòu)，二者的外徑大于傳感器固定環(huán)的外徑，兩者之間 的間距比所述傳感器固定環(huán)高度大100 200mm。
如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，其中，所述錘擊數(shù)傳感器和貫 入度傳感器通過無線數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)將記錄打樁過程的數(shù)據(jù)傳遞到計算機(jī)控制系統(tǒng)，且所述 錘擊數(shù)傳感器和貫入度傳感器的數(shù)據(jù)無線傳輸距離不大于200米。如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，其中，所述管為鉆井隔水導(dǎo) 管，除了隔水導(dǎo)管，還可以是平臺的樁腿。除了上述監(jiān)控裝置，本發(fā)明還提出一種海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其 包括以下步驟(A)確定打樁最后階段，即打樁控制貫入度監(jiān)測開始點(diǎn)，并確定每一擊的控制貫入 度預(yù)測值e，并設(shè)定最后停打標(biāo)準(zhǔn)；(B)從打樁控制貫入度監(jiān)測開始點(diǎn)起，監(jiān)測每一擊所對應(yīng)的貫入深度并將記錄 的數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)控制系統(tǒng)；(C)計算機(jī)控制系統(tǒng)對所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到每一擊所對應(yīng)的貫入度并與 前述每一擊的控制貫入度預(yù)測值e進(jìn)行比較，當(dāng)滿足預(yù)設(shè)的最后停打標(biāo)準(zhǔn)時，計算機(jī)控制 控制系統(tǒng)給出停打指示，關(guān)斷錘的動力開關(guān)。如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其中，所述最后停打標(biāo)準(zhǔn)為 當(dāng)連續(xù)N次的每一擊所對應(yīng)的貫入度ei均小于前述每一擊的控制貫入度預(yù)測值e。如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其中，在連續(xù)多次的每一擊貫 入深度小于一預(yù)設(shè)值時，將該時間點(diǎn)作為打樁控制貫入度監(jiān)測開始點(diǎn)，所述預(yù)設(shè)值為10 50mmo如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其中，所述步驟(A)中，還包 括確定平均貫入度預(yù)測值。所述停打標(biāo)準(zhǔn)為ei<e及《同時滿足；所述⑶步驟中包括 累計錘擊數(shù)；所述(C)步驟中還包括計算平均貫入度^，并將該平均貫入度ξ與前述設(shè)定的 平均貫入度預(yù)測值 相比較，當(dāng)前述61 <e及百,同時滿足時給出停打提示；如果€ >e , 則繼續(xù)作業(yè)。如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其中，所述步驟(A)中，是利 用格爾謝萬諾夫打樁公式進(jìn)行控制貫入度預(yù)測，即打樁最后階段每一擊的控制貫入度預(yù)測 值e由下式獲得
nAQH Q + 0.2q
_9] & ΚΡΛΚΡα+ηΑ)·^Γ式中e-打樁最后階段每一擊的貫入度，cm ；η-根據(jù)樁材料和樁墊所定的系數(shù)，鋼樁無樁墊取時η = 50kg/cm2 ；A-樁身橫截面積，cm2 ；Q-錘沖擊部分重量kg ；q-樁重kg，包括送樁、打樁帽及錘非沖擊部分的重量；K-安全系數(shù)，臨時建筑物1. 5，永久建筑物2. 0 ；H-落錘高度，m;Pa-樁的容許承載力，kg ；如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其中樁的容許承載力Pa按下 式計算獲得
Pa= π D Σ Ikh^qpkA式中D-樁體直徑，qsik-樁側(cè)第i層土的單位表面摩擦阻力標(biāo)準(zhǔn)值，hi_樁側(cè)第i層土厚度，qpk-極限樁端阻力。如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其中，步驟(A)中，是根據(jù)導(dǎo) 管設(shè)計入泥最小深度Hmin及海洋工程地質(zhì)調(diào)查資料確定打樁控制貫入度重點(diǎn)監(jiān)測開始點(diǎn)， 即根據(jù)導(dǎo)管設(shè)計入泥深度Iiin確定打樁最后階段控制貫入度重點(diǎn)監(jiān)測開始時的導(dǎo)管已貫入 深度Hf ；步驟(B)中是從貫入深度Hf開始，安裝在打樁帽上的錘擊數(shù)傳感器與貫入度傳感 器開始記錄數(shù)據(jù)。如上所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其中，最后停打標(biāo)準(zhǔn)的平均貫 入度F是依照拒錘標(biāo)準(zhǔn)作出的。本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的海上石油管、樁錘入法打樁貫入度的監(jiān)控裝置 與監(jiān)控方法克服了公知技術(shù)存在的缺陷，在海上鉆井隔水導(dǎo)管打樁過程中不需要人工記錄 打樁數(shù)據(jù)，而通過計算機(jī)系統(tǒng)自動記錄打樁數(shù)據(jù)，能夠科學(xué)判斷是否達(dá)到設(shè)計的鉆井隔水 導(dǎo)管入泥深度，既滿足生產(chǎn)要求，又簡化了作業(yè)程序，大大減少了作業(yè)工作量，節(jié)約了大量 的作業(yè)時間，進(jìn)一步節(jié)省了大量的海上作業(yè)費(fèi)用。


圖1為本發(fā)明的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置的一實(shí)施例的示意圖。圖2為本發(fā)明的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置的傳感器固定環(huán)的一具體 實(shí)施示意圖。圖3為本發(fā)明的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法的控制流程圖。附圖標(biāo)號說明1、打樁帽2、上部傳感器保護(hù)環(huán) 3、錘擊數(shù)傳感器4、下部傳感器保護(hù)環(huán)5、貫入度傳感器6、傳感器固定環(huán)7、鉆井隔水導(dǎo)管 8、上緊螺栓9、計算機(jī)控制系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式下面配合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提出一種海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，管或樁包括樁體及樁體 頂端裝設(shè)的打樁帽，該監(jiān)控裝置包括貫入度傳感器及計算機(jī)控制系統(tǒng)，貫入度傳感器裝設(shè) 在所述打樁帽上，用于記錄樁體貫入深度，其所記錄的打樁過程數(shù)據(jù)傳遞到計算機(jī)控制系 統(tǒng)，通過貫入度控制軟件程序?qū)λ涗浀臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果自動判定是否達(dá)到 鉆井管或樁的合理入泥深度，并據(jù)此控制錘的動力開關(guān)。通過貫入度傳感器監(jiān)測該管或樁 的每一擊的貫入度，再由計算機(jī)控制系統(tǒng)對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并自動判定是否達(dá)到 鉆井管或樁的合理入泥深度，從而其能夠科學(xué)地對貫入度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，指導(dǎo)海上打樁施 工過程，減少海上由于鉆井隔導(dǎo)管打樁不當(dāng)而導(dǎo)致的海上事故。本發(fā)明的監(jiān)控裝置的一具體實(shí)施例中，該監(jiān)控裝置包括錘擊數(shù)傳感器(感應(yīng)計數(shù)器)、貫入度傳感器(位移傳感器)及計算機(jī)控制系統(tǒng)，錘擊數(shù)傳感器和貫入度傳感器均裝 設(shè)在所述打樁帽上，錘擊數(shù)傳感器和貫入度傳感器記錄的打樁過程數(shù)據(jù)傳遞到計算機(jī)控制 系統(tǒng)，通過貫入度控制軟件程序?qū)λ涗浀臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理。具體如圖1所示，其為本發(fā)明的 監(jiān)控裝置的該具體實(shí)施例的示意圖。該貫入度監(jiān)控裝置用于海上鉆井隔水導(dǎo)管7，是在隔水 導(dǎo)管7的打樁帽1上安裝有錘擊數(shù)傳感器3和貫入度傳感器5，其中錘擊數(shù)傳感器3用來記 錄打樁過程中的錘擊數(shù)，貫入度傳感器5用來記錄樁體貫入深度；然后，可通過有線或無線 傳輸?shù)姆绞?，將所記錄到的?shù)據(jù)實(shí)時傳遞到計算機(jī)控制系統(tǒng)9，通過貫入度控制軟件程序?qū)?所記錄到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果自動判定是否達(dá)到鉆井隔水導(dǎo)管7的合理入泥深 度，如是，則發(fā)出停打提示；如否，則繼續(xù)作業(yè)。如圖1所示，該監(jiān)控裝置的錘擊數(shù)傳感器3和貫入度傳感器5是通過環(huán)狀結(jié)構(gòu)的 傳感器固定環(huán)6安裝固定于打樁帽1上，結(jié)合圖2所示，錘擊數(shù)傳感器3和貫入度傳感器5 安裝在傳感器固定環(huán)6上，該傳感器固定環(huán)6通過上緊螺栓固定于打樁帽1。本實(shí)施例中， 錘擊數(shù)傳感器3和貫入度傳感器5呈對稱設(shè)置，以方便安裝和測量。較佳地，錘擊數(shù)傳感器3和貫入度傳感器5是通過無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將記錄打樁 過程的數(shù)據(jù)傳遞到計算機(jī)控制系統(tǒng)，以方便裝設(shè)及操作，而且，錘擊數(shù)傳感器3和貫入度傳 感器5的數(shù)據(jù)無線傳輸距離最好不大于200米，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。為了防止在打樁施工過程中損傷到無線感應(yīng)的錘擊數(shù)傳感器3和無線貫入度傳 感器5，本實(shí)施例的監(jiān)控裝置還包括固定在打樁帽1上的上部傳感器保護(hù)環(huán)2和下部傳感器 保護(hù)環(huán)4，傳感器固定環(huán)6間隔固定在上部傳感器保護(hù)環(huán)2和下部傳感器保護(hù)環(huán)4之間。進(jìn)一步地，上部傳感器保護(hù)環(huán)2和下部傳感器保護(hù)環(huán)4均為環(huán)狀金屬結(jié)構(gòu)，且二 者的外徑大于傳感器固定環(huán)6的外徑，二者之間的間距比傳感器固定環(huán)6的高度大100 200mm。與上述海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置相對應(yīng)，本發(fā)明還提出一種海上石 油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其包括以下步驟(A)確定打樁最后階段，即打樁控制貫入度監(jiān)測開始點(diǎn)，并確定每一擊的控制貫入 度預(yù)測值e，并設(shè)定最后停打標(biāo)準(zhǔn)；(B)從打樁控制貫入度監(jiān)測開始點(diǎn)起，監(jiān)測每一擊所對應(yīng)的貫入深度并將記錄 的數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)控制系統(tǒng)；(C)計算機(jī)控制系統(tǒng)對所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到每一擊所對應(yīng)的貫入度并與 前述每一擊的控制貫入度預(yù)測值e進(jìn)行比較，當(dāng)滿足預(yù)設(shè)的最后停打標(biāo)準(zhǔn)時，計算機(jī)控制 控制系統(tǒng)給出停打指示，關(guān)斷錘的動力開關(guān)。進(jìn)一步地，在連續(xù)多次的每一擊貫入深度小于一預(yù)設(shè)值時，將該時間點(diǎn)作為打樁 控制貫入度監(jiān)測開始點(diǎn)，所述預(yù)設(shè)值為10 50mm，較佳為10 20mm，如需提高控制的精確 性，可將該預(yù)設(shè)值設(shè)為較大的值。在本發(fā)明的監(jiān)控方法的一具體實(shí)施例中，是將最后停打標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)連續(xù)N次的每 一擊所對應(yīng)的貫入度ei均小于前述每一擊的控制貫入度預(yù)測值e。N的具體數(shù)值可根據(jù)海 洋工程地質(zhì)資料及/或?qū)嶋H經(jīng)驗(yàn)來確定，如10次、20次等。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，除了比較每一擊的控制貫入度，還將平均貫入度結(jié)合 考慮。該海上石油管樁錘入法貫入度監(jiān)控方法包括以下步驟
(Al)確定打樁最后階段，即打樁控制貫入度監(jiān)測開始點(diǎn)，并確定每一擊的控制貫 入度預(yù)測值e及平均貫入度預(yù)測值F，以作為最后停打標(biāo)準(zhǔn)，且該平均貫入度F可依照拒錘 標(biāo)準(zhǔn)作出；(Bi)從打樁控制貫入度監(jiān)測開始點(diǎn)起，監(jiān)測每一擊所對應(yīng)的貫入深度ei及累計錘 擊數(shù)，并將記錄的數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)控制系統(tǒng)；(Cl)計算機(jī)控制系統(tǒng)對所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到每一擊所對應(yīng)的貫入度ei及對 應(yīng)錘擊數(shù)的平均貫入度€，并分別與前述每一擊的控制貫入度預(yù)測值e以及前述設(shè)定的平 均貫入度預(yù)測值F進(jìn)行比較，當(dāng)ei< F同時滿足時，給出停打提示。具體可如圖3所示，其為本發(fā)明的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法的上述 具體實(shí)施例的流程示意圖。該具體實(shí)施例的上述步驟(Al)中，是利用格爾謝萬諾夫打樁公式進(jìn)行控制貫入
度預(yù)測，即打樁最后階段每一擊的控制貫入度預(yù)測值e由下式獲得 nAQH Q + Q2q^ KPa{KPa+nA^-Q^式中e-打樁最后階段每一擊的貫入度，cm ；η-根據(jù)樁材料和樁墊所定的系數(shù)，鋼樁無樁墊取時η = 50kg/cm2 ；A-樁身橫截面積，cm2 ；Q-錘沖擊部分重量kg ；q-樁重kg，包括送樁、打樁帽及錘非沖擊部分的重量；K-安全系數(shù)，臨時建筑物1. 5，永久建筑物2. 0 ；H-落錘高度，m;Pa-樁的容許承載力，kg;其中樁的容許承載力Pa按下式計算獲得Pa= π D Σ Ikh^qpkA式中D-樁體直徑，qsik-樁側(cè)第i層土的單位表面摩擦阻力標(biāo)準(zhǔn)值，hi_樁側(cè)第i層土厚度，qpk-極限樁端阻力。步驟(Al)中，是根據(jù)導(dǎo)管設(shè)計入泥最小深度Hmin及海洋工程地質(zhì)調(diào)查資料確定打 樁控制貫入度重點(diǎn)監(jiān)測開始點(diǎn)，即根據(jù)導(dǎo)管設(shè)計入泥深度Hmin確定打樁最后階段控制貫入 度重點(diǎn)監(jiān)測開始時的導(dǎo)管已貫入深度Hf ；步驟(Bi)中是從貫入深度Hf開始，安裝在打樁帽 上的錘擊數(shù)傳感器與貫入度傳感器開始記錄數(shù)據(jù)。步驟(Cl)中，將記錄到的數(shù)據(jù)通過無線傳遞方式傳送到計算機(jī)控制系統(tǒng)9進(jìn)行數(shù) 據(jù)處理，包括每一擊所對應(yīng)的貫入深度ei及平均貫入度^的計算，具體計算方法如下(1)計算每一擊所對應(yīng)的貫入深度滿足下式
_] ei = ht(i)-Ki(^1)其中，ht(i)為本次擊錘后所對應(yīng)的貫入深度值，K^1)為前一次擊錘后所對應(yīng)的貫 入深度值。將并ei與步驟(Al)中的控制貫入度預(yù)測值e進(jìn)行比較，給出比較結(jié)果。
8
(2)平均貫入度計算當(dāng)記錄到的錘擊數(shù)對應(yīng)為(或達(dá)到)一定數(shù)量N(如200擊)時，對應(yīng)的貫入深度 累計值為h，計算出平均貫入度^，滿足下式e,=—
N并與設(shè)定的平均貫入度F進(jìn)行比較，給出比較結(jié)果。如果《>？，進(jìn)行下一輪平均 貫入度計算。最后，為了便于對本發(fā)明的技術(shù)方案的準(zhǔn)確理解，下面以將本發(fā)明試用于某油田 為例說明具體實(shí)施過程。該油田海域水深132. 3m，采用外徑為24in的鉆井隔水導(dǎo)管7，且 其壁厚Iin ；水面至樁頂距離為16m ；打樁錘采用選定IHCS-90打樁錘。采用本發(fā)明的監(jiān)控 方法時，可按照以下步驟進(jìn)行步驟1 進(jìn)行海洋工程地質(zhì)調(diào)查，得到以下軸向樁設(shè)計參數(shù)海底土軸向樁側(cè)第i 層土的單位表面摩擦阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik，Mpa ；海底土極限樁端阻力qpk，Mpa0步驟2 按照圖1所示將錘擊數(shù)傳感器3和貫入度傳感器5安裝在傳感器固定環(huán)6 上，傳感器固定環(huán)6通過上緊螺栓8能夠方便地固定在打樁帽1的上部傳感器保護(hù)環(huán)2和 下部傳感器保護(hù)環(huán)4之間。通過無線傳輸方式將錘擊數(shù)傳感器3和貫入度傳感器5信號傳 遞到計算機(jī)控制系統(tǒng)9，并進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，為下一步工作的順利進(jìn)行打下基礎(chǔ)。步驟3 根據(jù)該油田24in最小入泥深度設(shè)計值Hmin = 67. 3m，確定最后階段控制貫 入度重點(diǎn)監(jiān)測開始時的導(dǎo)管已貫入深度Hf = 57. 3m,即從最后IOm開始監(jiān)測；并設(shè)定最后停 打標(biāo)準(zhǔn)(平均貫入度F=I. 5Π1Π1，一般采用200擊/0. 3m作為拒錘標(biāo)準(zhǔn))。步驟4:根據(jù)打樁錘參數(shù)、導(dǎo)管參數(shù)、海底土參數(shù)，利用格爾謝萬諾夫打樁公式 nAQH Q + Q2q
ΚΡ {Κρ +ηΑ)· Q+g Mmmmmne = ι. 4 。步驟5 當(dāng)打樁深度到57m左右，開始通過安置的錘擊數(shù)傳感器3及貫入度傳感器 5記錄數(shù)據(jù)并傳遞到計算機(jī)控制系統(tǒng)9。步驟6 如其中連續(xù)兩次記錄得到的貫入深度度數(shù)據(jù)為hi(i) = 68. 339(^^4 = 68. 3379m,由公式力=h^^-h,^可計算得到該深度處貫入度為力=1. 1mm。與預(yù)測貫入 度值e = 1.4mm比較，可得ei < e。同時貫入深度從68. 1114m到68. 3390m當(dāng)記錄到的錘
擊數(shù)總數(shù)為200擊，對應(yīng)的貫入深度累計值為h = 0. 2276m，根據(jù)公式《計算出平均貫
N
入度《=1. 1_，小于所設(shè)定的平均貫入度Fl. 5ram。步驟7 由步驟6可知，ei < 6且€ <『同時滿足，所以，此時打樁程序結(jié)束，最終打 樁深度為68. 3390m。最后應(yīng)說明的是，雖然本發(fā)明已以具體實(shí)施例揭示，但其并非用以限定本發(fā)明，例 如，本發(fā)明除了用于海上石油鉆井，還能用于其它河流上的橋梁錘入施工的樁腿，油罐的地 基樁、建筑物錘入的地基樁，因此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍 的前提下所作出的等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，其 均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，所述管或樁包括樁體及樁體頂端裝設(shè)的打樁帽，其特征在于該監(jiān)控裝置包括貫入度傳感器及計算機(jī)控制系統(tǒng)，所述貫入度傳感器裝設(shè)在所述打樁帽上，所述貫入度傳感器記錄樁體貫入深度，所述貫入度傳感器記錄的打樁過程數(shù)據(jù)傳遞到計算機(jī)控制系統(tǒng)，通過貫入度控制軟件程序?qū)λ涗浀臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果自動判定是否達(dá)到鉆井管或樁的合理入泥深度，并據(jù)此控制錘的動力開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，其特征在于，所述監(jiān)控 裝置還包括記錄打樁過程中的錘擊數(shù)的錘擊數(shù)傳感器，所述錘擊數(shù)傳感器裝設(shè)在所述打樁 帽上，錘擊數(shù)傳感器記錄的打樁過程累計錘擊數(shù)傳遞到計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，據(jù)此計 算平均貫入度，并作為判斷是否停打的另一依據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，其特征在于，所述監(jiān)控 裝置的錘擊數(shù)傳感器和貫入度傳感器是通過環(huán)狀結(jié)構(gòu)的傳感器固定環(huán)安裝固定于打樁帽 上，錘擊數(shù)傳感器和貫入度傳感器呈對稱裝設(shè)，錘擊數(shù)傳感器和貫入度傳感器安裝在傳感 器固定環(huán)上，該傳感器固定環(huán)通過上緊螺栓固定于所述打樁帽。
4.如權(quán)利要求3所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，其特征在于，所述監(jiān)控 裝置還包括固定在所述打樁帽上的上部傳感器保護(hù)環(huán)和下部傳感器保護(hù)環(huán)，防止在打樁施 工過程中損傷到無線感應(yīng)錘擊數(shù)傳感器和無線貫入度傳感器，前述傳感器固定環(huán)固定在所 述上部傳感器保護(hù)環(huán)和下部傳感器保護(hù)環(huán)之間。
5.如權(quán)利要求4所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，其特征在于，所述上部 傳感器保護(hù)環(huán)和下部傳感器保護(hù)環(huán)均為環(huán)狀金屬結(jié)構(gòu)，二者的外徑大于傳感器固定環(huán)的外 徑，兩者之間的間距比所述傳感器固定環(huán)高度大100 200mm。
6.如權(quán)利要求2所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，其特征在于，所述錘擊 數(shù)傳感器和貫入度傳感器通過無線數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)將記錄打樁過程的數(shù)據(jù)傳遞到計算機(jī)控 制系統(tǒng)，且所述錘擊數(shù)傳感器和貫入度傳感器的數(shù)據(jù)無線傳輸距離不大于200米。
7.如權(quán)利要求1所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置，其特征在于，所述管為 鉆井隔水導(dǎo)管。
8.—種海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其包括以下步驟(A)確定打樁最后階段，即打樁控制貫入度監(jiān)測開始點(diǎn)，并確定每一擊的控制貫入度預(yù) 測值e，并設(shè)定最后停打標(biāo)準(zhǔn)；(B)從打樁控制貫入度監(jiān)測開始點(diǎn)起，監(jiān)測每一擊所對應(yīng)的貫入深度并將記錄的數(shù) 據(jù)傳送到計算機(jī)控制系統(tǒng)；(C)計算機(jī)控制系統(tǒng)對所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到每一擊所對應(yīng)的貫入度并與前述 每一擊的控制貫入度預(yù)測值e進(jìn)行比較，當(dāng)滿足預(yù)設(shè)的最后停打標(biāo)準(zhǔn)時，計算機(jī)控制控制 系統(tǒng)給出停打指示，關(guān)斷錘的動力開關(guān)。
9.如權(quán)利要求8所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其特征在于，所述最后 停打標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)連續(xù)N次的每一擊所對應(yīng)的貫入度ei均小于前述每一擊的控制貫入度預(yù)測 值e。
10.如權(quán)利要求8所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其特征在于，在連續(xù) 多次的每一擊貫入深度小于一預(yù)設(shè)值時，將該時間點(diǎn)作為打樁控制貫入度監(jiān)測開始點(diǎn)，所述預(yù)設(shè)值為10 50mm。
11.如權(quán)利要求8所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其特征在于，所述步 驟(A)中，還包括確定平均貫入度預(yù)測值F,所述停打標(biāo)準(zhǔn)為ei <e及否, <『同時滿足；所述 (B)步驟中包括累計錘擊數(shù)；所述(C)步驟中還包括計算平均貫入度6，并將該平均貫入度 €與前述設(shè)定的平均貫入度預(yù)測值F相比較，當(dāng)前述ei < e及ξ < F同時滿足時給出停打提 示；如果 , >？，則繼續(xù)作業(yè)。
12.如權(quán)利要求8所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其特征在于，所述步 驟(A)中，是利用格爾謝萬諾夫打樁公式進(jìn)行控制貫入度預(yù)測，即打樁最后階段每一擊的 控制貫入度預(yù)測值e由下式獲得nAQH %Q + 02q € = KPa{KPa+nA)% Q + q式中e-打樁最后階段每一擊的貫入度，cm ； η-根據(jù)樁材料和樁墊所定的系數(shù)，鋼樁無樁墊取時η = 50kg/cm2 ； A-樁身橫截面積，cm2; Q-錘沖擊部分重量kg ；q-樁重kg，包括送樁、打樁帽及錘非沖擊部分的重量； K-安全系數(shù)，臨時建筑物1. 5，永久建筑物2. 0 ； H-落錘高度，m ； Pa-樁的容許承載力，kg。
13.如權(quán)利要求12所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其特征在于，其中樁 的容許承載力Pa按下式計算獲得Pa = π D Σ q^khi+q^A 式中D_樁體直徑，qsik_樁側(cè)第i層土的單位表面摩擦阻力標(biāo)準(zhǔn)值， hi_樁側(cè)第i層土厚度， qpk-極限樁端阻力。
14.如權(quán)利要求8所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其特征在于，步驟(A) 中，是根據(jù)導(dǎo)管設(shè)計入泥最小深度Iiin及海洋工程地質(zhì)調(diào)查資料確定打樁控制貫入度重點(diǎn) 監(jiān)測開始點(diǎn)，即根據(jù)導(dǎo)管設(shè)計入泥深度Hmin確定打樁最后階段控制貫入度重點(diǎn)監(jiān)測開始時 的導(dǎo)管已貫入深度Hf ；步驟(B)中是從貫入深度Hf開始，安裝在打樁帽上的錘擊數(shù)傳感器 與貫入度傳感器開始記錄數(shù)據(jù)。
15.如權(quán)利要求11所述的海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控方法，其特征在于，最后停 打標(biāo)準(zhǔn)的平均貫入度『是依照拒錘標(biāo)準(zhǔn)作出的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海上石油管、樁錘入法貫入度監(jiān)控裝置及監(jiān)控方法，所述管或樁包括樁體及樁體頂端裝設(shè)的打樁帽，該監(jiān)控裝置包括貫入度傳感器及計算機(jī)控制系統(tǒng)，所述貫入度傳感器裝設(shè)在所述打樁帽上，所述貫入度傳感器記錄樁體貫入深度，所述貫入度傳感器記錄的打樁過程數(shù)據(jù)傳遞到計算機(jī)控制系統(tǒng)，通過貫入度控制軟件程序?qū)λ涗浀臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果自動判定是否達(dá)到鉆井管或樁的合理入泥深度，并據(jù)此控制錘的動力開關(guān)。本發(fā)明能夠科學(xué)地對貫入度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，指導(dǎo)海上打樁施工過程，減少海上由于鉆井隔導(dǎo)管打樁不當(dāng)而導(dǎo)致的海上事故。
文檔編號E21B47/12GK101929334SQ20091008743
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者劉書杰, 姜偉, 楊進(jìn), 謝仁軍, 謝梅波 申請人:中國石油大學(xué)(北京)