自升式鉆探平臺在秘魯某碼頭勘察項目中的應(yīng)用

沈軒宏，劉學(xué)舉，楊興旺，沈國棟

（江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，江蘇 淮安 223005）

隨著我院工程項目在美洲國家的開展，已在美洲巴拿馬、秘魯、委內(nèi)瑞拉等多個國家地區(qū)開展勘察工程，涉及行業(yè)包括近岸碼頭、跨海大橋、工民建、鐵路、公路、水資源等工程項目，在美洲贏得了業(yè)主單位的肯定。本文以秘魯某近海碼頭勘察施工為例，分析惡劣海況、不同水深條件下多類型鉆探平臺在項目中的應(yīng)用。

1 項目概況（海況、地層、施工方案、施工效果）

施工海域?qū)偬窖螅椖课挥诿佤斈辰４a頭，場區(qū)水域潮差較小（≤1m）。波浪呈現(xiàn)典型的長周期涌浪特點，波向集中分布在SW-SSW，波浪周期較長，譜峰周期主要分布在10～18s，近岸涌浪疊加破碎浪強（圖1），流速弱（＜0.5m/s），有效波高50%超過1.4m，最高浪高3.5m，以有效波高小于1.5m 可施工考慮，10～次年2月為施工窗口期，月可施工作業(yè)時間長，平均28d（86%）可施工。

圖1 施工水域海況

場區(qū)地層分布規(guī)律明顯，泥面以砂土為主，上覆土層以砂土、卵石為主，夾少量粘土層，未見淤泥，基巖埋深標高近-30m。

2 自升式鉆探平臺

2.1 平臺應(yīng)用現(xiàn)狀

我國對自升式鉆探平臺的研究與應(yīng)用起步較晚，目前常用的海上鉆探平臺主要有4類：腳手架式鉆探平臺、浮筒平臺、自升式鉆探平臺、船載式鉆探平臺。其中浮筒平臺和船載式鉆探平臺因施工方便高效而在項目施工中被廣泛應(yīng)用。自升式鉆探平臺較早應(yīng)用于石油鉆井平臺，因設(shè)備成本高、作業(yè)水深范圍較有限，近幾年才應(yīng)用于近海勘察鉆探和靜探試驗施工，主要有“華東院1號”[1]、“SKY-4浮箱鏈軌式勘探平臺”[2]、“華東院306號”等，其中“SKY-4浮箱鏈軌式勘探平臺”為我院自研可自航水陸兩用鉆探平臺，可用于近海鉆探，也可搭載我院采購的荷蘭范登堡公司的近岸靜力觸探測試系統(tǒng)進行近海CPTU試驗[1-2]。

2.2 項目實踐

本項目布設(shè)海域鉆孔81 個，孔位水深1～18m，本次勘察以水深13.5m 為界，將鉆孔分布海域分為淺水區(qū)和深水區(qū)，分別以Jakcup 自升式鉆探平臺和船載式鉆探平臺組織施工。

（1）Jackup 鉆探平臺參數(shù)。自升式鉆探平臺又稱Jackup 鉆探平臺，項目租賃Jckup 鉆探平臺具有鉆探、靜探、生活居住功能，配柴油發(fā)動機提供動力自航。平臺甲板劃分設(shè)備區(qū)、配件區(qū)、應(yīng)急區(qū)、巖芯擺放區(qū)及休息區(qū)，配生活物資、醫(yī)療包、滅火器等（圖2）。

圖2 Jackup自升式鉆探平臺

平臺作業(yè)系統(tǒng)主要由動力系統(tǒng)、操控系統(tǒng)、吊裝系統(tǒng)3 部分組成。動力系統(tǒng)由2 臺不同功率柴油發(fā)電機組成，大功率發(fā)電機負責(zé)為整個平臺液壓升降系統(tǒng)提供動力，小功率發(fā)電機負責(zé)平臺生活區(qū)的生活用電。平臺采用齒輪齒條升降系統(tǒng)，較插銷式升降系統(tǒng)效率高、優(yōu)勢明顯[1]，齒條系統(tǒng)升降速度為350m/h。操控系統(tǒng)配有4 根操縱桿，1 根為總控可實現(xiàn)樁腿的同步升降，另3根分別控制各樁腿的升降，使得該鉆探平臺能夠?qū)崿F(xiàn)多樁腿同步升降和任一樁腿單獨升降。項目期間平臺鉆孔移位（孔間距1km 內(nèi)）能在30min 內(nèi)完成，包括樁腿回收、自航通行、平臺就位、平臺升降和鉆孔定位等工作。平臺配備1個5t的克令吊，臂長18.28m，可解決平臺巖芯運移、粘土粉等鉆探器具的吊裝，平臺主要技術(shù)參數(shù)如下；平臺尺寸總長22.26m、船梁7.32m、船體深度1.38m、吃水深度1.22m、露天甲板93m3；樁腿數(shù)量3 個、總長21.95m、直徑60cm、壁厚9.5cm、樁靴總長6.09m；升降機樁腿最大伸展長度20.00m、最大作業(yè)水深13.70m、作業(yè)距水面高1.85m、最大作業(yè)浪高2.00m、升降速度4.85m/min。

（2）船載式鉆探平臺參數(shù)。項目租賃船舶有：駁船、拖輪、應(yīng)急船、交通船，鉆探平臺設(shè)置在駁船甲板上，平臺施工區(qū)域（圖3）分為絞錨區(qū)、設(shè)備區(qū)、配件區(qū)、應(yīng)急區(qū)、巖芯擺放區(qū)及人員休息區(qū)，配以應(yīng)急生活物資、醫(yī)療包、滅火器等必備HSE 用品。拖輪用于拋錨定位，應(yīng)急船和交通船分別用于護航、應(yīng)急和人員、物資運輸工作[3-4]。

圖3 船載式鉆探平臺施工場區(qū)

受限于海況條件、船舶性能、語言溝通等客觀因素，船載式鉆探平臺完成起錨、航行、絞錨、鉆孔定位等工作需4～6h，鉆孔定位時間為Jackup 鉆探平臺的8～12倍。本次鉆探平臺使用船舶的主要參數(shù)參見表1。

表1 租賃船舶主要參數(shù)

（3）鉆探施工實踐。本次是我院首次在海外項目嘗試使用Jackup 鉆探平臺進行作業(yè)，項目施工工期共54d，完成海域鉆孔81個，總進尺2149.58m。各鉆孔孔深4.0～43m，平均孔深24.8m。Jackup鉆探平臺完成鉆孔50個，鉆探進尺1587.81m，進尺占比73.87%，船載式鉆探平臺完成鉆孔31 個，進尺561.77m，進尺占比26.13%。鉆探施工實行兩班制，共投入2 個機組，4 個班組，24h作業(yè)，各班組配中方人員4人、外方工人4人、安保2人、船員2～5人。

施工期間共發(fā)生3 起惡劣天氣事件（7 級以上大風(fēng)、涌浪超2m），歷時13d，期間船載式鉆探平臺原地拋錨避風(fēng)停工待命。Jackup鉆探平臺在大風(fēng)間歇期仍可定位施工，僅停工等待6d。綜合考慮作業(yè)區(qū)域水深差異影響，Jackup 鉆探平臺的可施工率達89%，較傳統(tǒng)船載式鉆探平臺增加22%，Jackup 鉆探平臺的日均進尺達33m/d，較傳統(tǒng)船載式鉆探平臺增多53%，結(jié)合各平臺租賃費用進行綜合對比，Jackup 鉆探平臺功效優(yōu)勢明顯，較傳統(tǒng)船載式鉆探平臺的經(jīng)濟指標增加超200%（表2）。

表2 各鉆探平臺施工指標分析

（4）Jackup 鉆探平臺的應(yīng)用優(yōu)勢。項目實踐說明Jakcup鉆探平臺的作業(yè)工效較優(yōu)于傳統(tǒng)船載式鉆探平臺，結(jié)合經(jīng)濟指標、協(xié)調(diào)準備、施工社會環(huán)境等多因素，對比Jakcup鉆探平臺和傳統(tǒng)船載式鉆探平臺在本項目中的施工表現(xiàn)：

①平臺搭建、拆除：傳統(tǒng)船載式鉆探平臺的搭建需采購槽鋼、木板等材料，配以鐵絲、焊接方式進行固定，外業(yè)結(jié)束后需拆除平臺，歷時3～5d，期間需要在附近碼頭，租用1臺25t吊車配合作業(yè)。因為鉆探平臺為駁船加裝設(shè)置，需在駁船甲板上加裝安全護欄以設(shè)置鉆探場區(qū)；Jackup 鉆探平臺配有1 臺5t 的克令吊，臂長18.28m，可自行吊裝鉆探設(shè)備、配件器具，鉆探設(shè)備直接焊接在平臺甲板上，因為平臺施工區(qū)范圍較小且已配有安全護欄，不再需要額外加裝防護欄，平臺的搭建和拆除便捷，僅需1～2d，省時經(jīng)濟[5]。

②拋錨定位：傳統(tǒng)船載式鉆探平臺通過拋錨、航行、絞錨等一系列操作進行鉆孔定位，需3～5 人配合，一般歷時4～6h。使用Jakcup鉆探平臺進行作業(yè)，鉆孔定位時無需拋錨，要求平臺自航至孔位附近時，控制好樁腿位置、自航方向和流速，下放樁腿，通過樁腿和航行多次配合，即可實現(xiàn)鉆孔定位，本項目中鉆孔定位精度均在1m左右，鉆孔定位歷時均在1h以內(nèi)。此外，由于Jackup 鉆探平臺定位迅速且精度高，哪怕上一鉆孔于下午5 點終孔，Jackup 鉆探平臺仍可鉆孔定位，杜絕了因晚間可視度不夠，船舶無法拋錨，導(dǎo)致夜班窩工情況，極大地提高了生產(chǎn)效率。

③海況條件的影響：受風(fēng)浪條件影響，尤其當涌浪較大時，傳統(tǒng)式船載式鉆探平臺可能出現(xiàn)定位進度不滿足施工要求，或施工期間走錨、錨繩斷裂等風(fēng)險。自升式鉆探平臺在整個施工期間，平臺主體均被抬升至水面以上約1～2m，大大降低了鉆探期間平臺受涌浪的影響，也無走錨風(fēng)險，較為安全。

3 結(jié)語

通過實踐，Jackup 自升式鉆探平臺具有作業(yè)周期短、可自航、機動性能好、可連續(xù)作業(yè)、受風(fēng)浪影響小、定位迅速、安全可靠等優(yōu)點，平臺作業(yè)期間受風(fēng)浪條件影響較小，總體施工效率高于傳統(tǒng)船載式鉆探平臺，可適合于一定水深條件的海域勘察工程施工。