GM-4井井场填方边坡稳定性计算分析

杜　杰　左雅娅

(1.中石化西南油气分公司石油工程技术研究院，四川 德阳　618000；　2.四川省交通厅工程质量监督局，四川 成都　610041)



GM-4井井场填方边坡稳定性计算分析

杜杰1左雅娅2

(1.中石化西南油气分公司石油工程技术研究院，四川 德阳618000；2.四川省交通厅工程质量监督局，四川 成都610041)

基于GM-4勘探井井场填方边坡的基本特征，调查研究了边坡在钻井周期发生的变形破坏特征，并采用极限平衡法进行了计算、模拟和对比分析，掌握了填方边坡随坡度变化而呈现的稳定性变化特征，分析结果与填方边坡宏观变形现象均具有较高的吻合度。

油气井，填方边坡，坡度，稳定性，极限平衡法

1　工程概况

以典型井场——GM-4井井场填方边坡为例，见图1，该井设计井深5 000 m，钻井平台正常作业面积120 m×60 m，平台原始地貌为山岭重丘区，为保证有效钻井作业平台，在场坪过程中进行挖填处理形成典型的填方边坡。GM-4井井场填方边坡在中石化勘探井井场建设形成的边坡中具有较强的代表性，该填方边坡为井场平整过程中挖填平衡处理形成的人工填方边坡，通过对比分析井场建设前后，尤其是后期钻井期间边坡稳定性情况，并采用极限平衡法分析边坡稳定性随地质参数变化规律，为以后研究此类井场填方边坡的稳定性及定量评价提供了可靠依据和现实模板。

2　井场填方边坡特征

2.1形态特征

GM-4井井场场地地形呈台阶状分布，场地地貌单元属于构造剥蚀堆积类型，自西向东地势逐渐降低。为保证井场挖填平衡，设计井场标高495.5 m，挖填界线基本沿井场长轴方向，如图2

所示，其中，井场挖方区面积3 688 m2，填方区面积3 512 m2，最大挖方高差7.8 m，最大填方高度7.5 m，填方区集中分布井架基础01荷载、泵房及发电房区基础荷载，而直接影响填方边坡稳定性的是纵贯井场长轴方向的主车道车辆荷载及柴油机泵房荷载[1]。

该填方边坡采取1∶1.0坡度进行放坡，按照4.0 m一级进行放坡，每4.0 m高度设置1.0 m平台(一级马道)一处，填方边坡填料选取应以大骨料为主，具体以井场挖方区爆破石方填料为主，其边坡具体物质组成特征见2.2。

2.2边坡物质组成特征

井场填方边坡所涉及到的岩土体类型主要有填土及下覆基岩，填土质量要求如下：1)填料选取——填土中粗颗粒物质以井场挖方区爆破石方填料为主；2)填土应分层填筑，分层碾压，保证92%的压实度；3)填方边坡一级马道以下填料以块碎石土为主，以上以角砾土为主，边坡形态及岩土体物质组成见图3。

填土①：角砾土，呈土黄色，干～稍湿，母岩成分主要为砂泥岩，角砾含量在5%～10%左右，呈次棱角状，粒径为0.5 cm～2 cm之间，整体结构呈中等密实状，现场试验结果表明，该土层Cu=26.1，ρd=2.1 g/cm3，压实度λ=0.92。填土②：碎石角砾土，呈棕黄色，稍湿，母岩成分主要为砂泥岩，块碎石含量在40%～60%左右，粒径在2.0 cm～15 cm之间，粘土充填其间，整体结构呈密实状，现场试验结果表明，该土层Cu=23.2，ρd=2.23 g/cm3，压实度λ=0.90。基岩(Kch)③：为海湖相沉积成因的褐红色～棕红色泥岩和泥质粉砂岩互层，矿物以泥质矿物为主，泥质构造，层状结构，岩质软～较软岩，具有失水开裂崩解和遇水软化的特征；该层风化裂隙发育，夹有泥岩薄层，产状近于水平，倾角小于4°。

3　填方边坡极限平衡稳定性计算

极限平衡法是规范推荐的边坡稳定性分析计算方法，采用加拿大公司开发的Geo-studio系列软件中的SLOPE/W模块，进行稳定性分析计算。其中M-P法为边坡规范推荐的严格解法，因此，稳定性分析以M-P法计算结果为主[2]。油气井井场填方边坡上覆均布荷载值为80 kPa，坡线荷载采取换算土柱进行模型计算，换算土柱高度为3.5 m，计算参数取值以力学试验为基础，具体见表1。

表1　计算综合参数表

GM-4井填方边坡在暴雨工况下可能存在局部失稳，局部不稳定搜索以安全系数1.00为判别标准。搜索结果表明(见图4)：在整个钻井周期中，填方边坡并未整体发生滑动，但坡体变形加剧，其稳定性系数为1.002，基本处于极限平衡状态；前缘临空坡体表面出现鼓胀变形，边坡坡顶后缘3.5 m(柴油机泵房位置)出现拉张裂缝。结果显示，填方边坡存在不稳定块体，其位置与宏观地质现象基本吻合。在其他条件不变的情况下，如选取1∶0.75坡度进行填方边坡放坡则会出现Ks=0.858的失稳块体，而选取1∶1.5坡度进行放坡则出现Ks=1.267的较高稳定系数值，按该坡度进行放坡处理边坡可以满足井场边坡的稳定性要求。本次稳定性计算同时选取1∶0.5，1∶0.75，1∶1.0及1∶1.5四种坡度填方边坡作为对比计算模型，以暴雨工况进行计算分析，对比不同坡度条件下填方边坡的稳定性变化情况。按照C值变化幅度2.5 kPa进行稳定性计算[3]，C值起始计算假设值为4.0 kPa～6.0 kPa，见表2。

计算结果表明，随着C值的变化(0 kPa～10 kPa)，不同坡度边坡稳定性系数Ks变化范围在0.323～0.427，可见C值的变化对不同坡度边坡稳定性影响均较大，平均每2.5 kPa对稳定性系数Ks的贡献度为0.235，如图5所示的趋势图中耦合公式；而针对特定C值情况下，不同坡度边坡的稳定性变化情况较大，表现在边坡坡度从i=1∶0.5到i=1∶1.5，Ks值变化范围在0.613～0.725，可见边坡坡度对稳定性的影响十分明显。

表2　边坡稳定性随C值变化计算表(φ=31°～36°)

基于此,以GM-4井为例，在西南山区井场高填边坡设计过程中，在合理放坡的基础上，通过对坡面采取喷播植草/拱形护坡+土工格栅两种工艺进行边坡防护[4](见图6)，现场应用效果良好。

4　结语

1)受井场荷载及自身重力作用，油气井井场填方边坡坡体内力发生变化，边坡稳定性主要受边坡坡度、抗剪强度C值的影响较大。2)极限平衡稳定性计算结果表明，填方边坡按1∶1.0坡度进行放坡处理，边坡处于极限平衡状态，同宏观地质现象相吻合，尤其是其边坡出现的侧向鼓胀变形与实际模拟变形网络图有较高的吻合度。3)通过合理放坡降低边坡坡面应力破坏，同时配套喷播植草/拱形护坡+土工格栅加筋处理等技术措施，可以极大降低高填方边坡的处理难度和防护费用。

[1]SY/T 5972—2009，钻机基础选型[S].

[2]GB 50330—2013，建筑边坡工程技术规范[S].

[3]柴波,殷坤龙,汪洋,等.基于影响因素分布模型的滑坡稳定性敏感分析[J].岩土力学,2007,28(12):2624-2628.

[4]陈祖煜.土质边坡稳定分析——原理、方法、程序[M].北京:中国水利水电出版社,2003.

The calculation and analysis on GM-4 well field embankment slope stability

Du Jie1Zuo Yaya2

(1.SinopecSouthwestOilandGasBranchPetroleumEngineeringTechnologyInstitute,Deyang618000,China;2.SichuanTransportDepartmentEngineeringQualitySupervisionBureau,Chengdu610041,China)

Based on the basis characteristics of GM-4 exploration site embankment slope, this paper investigated and researched the deformation and failure characteristics of slope in drilling well cycle, and made calculation, simulation and comparison analysis using limit equilibrium method, mastered the stability change characteristics of embankment slope with slope change, the analysis results and embankment slope macroscopic deformation phenomena both had good agreement.

oil and gas well, embankment slope, slope, stability, limit equilibrium method

1009-6825(2016)19-0064-02

2016-04-25

杜杰(1986- )，男，工程师

TU413.62

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