探討海上風電場鉆探技術

肖斌

（福建永福電力設計股份有限公司，福建福州 350108）

0 引言

海上鉆探工程是在作業區域內搜索海床類型、分布特征和工程地質特征，以分析和評估鉆探基礎的承載力，以及不利的工程地質現象，確定影響基礎的穩定性和海底設施的安全性的有害地質的因素。海上工程鉆探技術一直是海上構筑物、海上建筑和海上采礦的重要基礎，并且一直是許多行業優先考慮的方法。在對海上風電場進行調查后，需要有效、安全、可靠和經濟的鉆探技術來滿足海洋工程建設和發展的需求[1]。

1 項目概況

該項目位于中國福州某島的東北海岸，站點中心的位置距海岸約300m。擬建中的5臺風力渦輪機的排列幾乎是筆直的，其方向幾乎與附近島嶼的海岸線平行。勘察作業區域理論最低潮水深一般介于10～15m，高度大約為-16.0～-12.5m，并且總體深度趨勢從西南向東北逐漸加深。其屬于近海，海底地形相對平緩，泥面多為沙質。

2 海上鉆探技術

海上鉆探分為浮動鉆探和架空鉆探，浮動挖掘現場主要由筏、浮箱和油桶組成。鉆探框架的固定和鉆探孔的位置非常復雜，并且在施工過程中會受到海水、風浪的上升和下降的影響。海底表面通常是塊狀或其他沉積物，很容易受到水流和水壓的影響，這些巖層和未擾動的土壤樣品的滲透性測試相對嚴格，因為巖心容易流失，因此確保井眼的質量尤為重要。與大陸鉆探相比，由于受到水流、風、浪和潮汐的影響，海上鉆井有著較小的工作面、鉆進定位困難、施工困難和鉆探取芯困難等鉆探特性，在各種條件下進行海上鉆探的難度是有很大差異性的，唯一的優點是水源豐富[2]。

3 施工前的資料收集與分析

在建造之前，應執行以下數據收集任務，主要包括：①海上鉆探和施工區域的基本地質數據。②通?？梢杂?～6級的風速，7級以下的陣風構造相關的水文、氣象和海洋等數據，但是要根據現場的實際海況確定是否可以進行構造。③如果存在海底地下結構、碼頭、沉船、管道和電纜等障礙物，應避免上述障礙物或聯系有關部門再進行施工。在對采集到的數據進行分析之后，確定它們滿足水文和氣象建設的安全要求，而沒有影響結構的因素，之后開始準備海上鉆探施工。

4 海上風電場鉆探平臺選擇

就海上鉆探的鉆探方法而言，其類似于陸地開挖，但自然條件與陸地條件大不相同，并且容易受到海浪、潮汐、藻類和海底地形的影響。離岸鉆探必須在鉆探平臺上完成，通常情況下，風況高于6級時，海上鉆探比較困難。此外，每月兩次的大潮汛，其前后有3～4d不允許作業。通常，每月真正可以滿足海上鉆探條件的鉆探時間為7～10d。為了充分利用有限的工作日，安全、經濟地提高工作效率，選擇合適的鉆探船是降低成本和提高效率的關鍵。

考慮到項目鉆探區和沿海水域的海洋水文氣象條件，小平臺易受海浪影響，平臺穩定性差，平臺過大，造價高。因此，需要根據以前的施工經驗來選擇噸位，以200t的單體工程船作為鉆探平臺，平臺的尺寸和噸位可以滿足施工和安全要求。由于鉆探平臺是單體船體，因此選擇在平臺的一側建造挖掘平臺，面積約為90m2。選擇9m長的平臺為了確保平臺的穩定性，有6根20號的工字鋼，它們在工程船的一側增長到3m，在船的內部增長到6m。工字鋼放置在2m處，在工字鋼和船的邊緣之間，焊接了一個直徑為16mm的圓鋼“U”形。工字鋼向外延伸的末端焊接有18號短槽鋼制以及船體。工作臺上覆蓋著10m長、9m寬的方形木材和5cm厚的木板。懸掛在工作臺上的沿海部分配備有1.20m或更高的安全欄桿，并具有安全網，配有噸位為50t的交通船[3]。

5 錨泊定位

為了確?？孜恢玫臏蚀_性，平臺船配備了5個鋸齒狀的鐵質錨，其中一個主錨位于正面，4個側錨為“八”字形。側面錨索與主錨索之間的夾角為50°～55°，即可進行錨固。如果可以稍微移動其中一個錨，或者可以改變最大流向，以通過使平臺漂移來提高平臺和船舶的抗漂移性（風向和速度方向可變）。

GPS全球定位系統用于鉆孔定位。沿設計的孔位置坐標、錨索長度、水深和自由澆筑方向，首先計算錨位置坐標，然后計算主前錨、左前錨或右前錨到鉆探船的預定錨位置。GPS定位器監視孔的位置，確認位置誤差小于2m，并將其放置在每條錨索上。配有鋼絲繩調節裝置，可以根據潮水漲落及時調節錨索。交通船向上游發送兩個橫向錨，沿著洋流航行到孔附近的泊位，而承運人向下游發送兩個錨。通過監視GPS定位器，將錨定器扭轉到預定的位置，誤差小于或等于2m。定位方式如圖1所示。

圖1 定位方式

6 施工作業程序

（1）固定鉆探船。首先，使用交通船定位和放置標記，其次鉆探船進入現場并錨定，最后進行挖掘工作。

（2）測定孔位。由于不可能一次對所有孔進行海上鉆探，因此需使用一個一個的鉆探方法來通過全站儀引導施工，并使用電動機將工作管路拖至大致水位并將4個錨固器固定到工作管路上。下水后，當工作線到參考點的距離滿足設計要求時，固定外殼并通過砸到淤泥表面的套管來穩定船體[4]。為了防止強風或船舶越過大海時發生的風浪沖擊波引起的運動，工作線必須通過鋼絲繩固定在岸上。船到位后，立即擰緊錨索以移動套管，并繼續進行下一步。

（3）套管。套管的選擇對于海上鉆探項目非常重要，套管用于保護孔、防止溢出、穩定孔壁以及穩定鉆探船。水下套管比陸上套管難得多。受力很復雜，很難保證垂直度，因此，通過選擇合適的套管并安裝和保護套管非常重要。挖掘套管時，如果套管低于水面，要立即連接套管，不要卸下鉆具，并且不要抬起套管，以免其濺入水中。

（4）鉆進組合及鉆進技術。主要在套管周圍考慮孔的組裝和鉆孔技術，但是在鉆孔時殼體經常被損壞，并且套管容易被自來水搖動，套管和鉆孔增加。鉆進的組合非常重要，因為工具的相對運動很容易損壞套管。

7 海上風電勘探取樣技術

（1）淺層取樣。對于海底地質研究項目，由于孔深度較淺，在用于風電鉆探平臺設置錨點位置和鉆探采樣時，可能導致鉆探效率低的問題。通常，選擇一些取土設備以實現經濟和安全的目標。例如蚌式和箱式采泥器，適用于海床淺層采樣，采樣效果可達到90%以上。它通常用于海洋表層沉積物調查、工程地質調查、地球物理驗證調查、礦物勘探、生物和地球化學調查以及其他項目[5]。蚌式采泥器如圖2所示。

圖2 蚌式采泥器

（2）改進型原狀取土器。根據海上風電勘測的實際情況，將通過研究和解決導致上下鉆桿工作量多的許多輔助工作，以提高工作效率，并根據實際情況解決短時間內發生的問題。針對各種樣品開發取土方法。

8 安全管理措施

（1）施工避讓措施。根據船舶各種規范體系進行操作和施工，加強施工現場設施和人員的管理，徹底防范臺風、火災和爆炸事故，大勇于承擔事故責任。觀察周圍環境，以確保執行規定船舶和人員的安全。安裝錨定蓋并在晚上選擇錨定燈，配備無繩電話和對講機，及時與地面指揮部聯系。注意施工中的安全，戴安全帽，不要穿拖鞋[6]。

（2）防火。在獲得有關部門負責人批準之前，不得在船上進行電、氣焊和其他熱處理作業，并確保附近沒有易燃易爆材料。離開現場之前，需要檢查安全性嚴禁同時進行焊接和噴漆，禁止焊接壓力容器，例如鋼瓶和油管。隔離氧氣，乙炔等，不要靠近火源，如果高溫、冷卻易燃氣體，使用后密封，佩戴安全罩機械泵倉庫，物料倉庫電池禁止吸煙。

（3）防滑措施。防止出現甲板和人行道上的油脂或滑泥，一旦發現，要及時解決。如果過道和甲板上沒有欄桿，則必須安裝固定繩[7]。

（4）應急措施。發生緊急情況時，項目經理是應急指揮中心的總司令，后勤保障小組的負責人是應急小組的負責人，也是應急的總司令，制定具體措施，然后船員按照規定執行命令。

9 結語

海上鉆探不同于陸上鉆探，受浪潮、風和其他海洋環境因素的影響較大，不可避免地造成了各種意想不到的困難和挑戰。在整個項目的開發過程中，需要不斷改進和創新鉆探技術，并逐一解決遇到的問題，總結出適用于海上鉆探的先進施工技術方法。