海對海定向鉆穿越平臺的穩定措施

葉立安　趙軍

摘 要：海對海定向鉆穿越的主要難點在于需在海上建立起能夠適應潮汐變化和滿足鉆機足夠拉力的施工平臺，保證水中鉆桿的穩定。以2022年的黃澤山-魚山原油管道海對海定向鉆穿越工程為例，介紹了海上定向鉆平臺和鉆桿的穩定的措施，為今后的海對海定向鉆穿越施工平臺的選擇積累了寶貴經驗。

關鍵詞：海對海；定向鉆；海上平臺；穩定措施

中圖分類號：TE52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）12-0098-03

1 工程概況

1.1 項目簡介

黃澤山-魚山原油管道項目位于浙江省舟山市，管道起于黃澤山油品儲運貿易基地，止于魚山綠色石化基地，全長約46.5 km，其中海底管道約45.7 km，站內管道路由長度約0.8 km，管道為不加熱密閉輸送，全線設有2座站場。首站位于黃澤山油品儲運貿易基地，末站位于魚山島，為大小魚山的舟山國際綠色石化基地提供原油。

管線設計輸油量為2 000萬t/年，具備遠期增輸至3000萬t/年輸送能力，設計壓力6.5 MPa。海底管道定向鉆段包括兩處海對海定向鉆及其連接管段。該段管道采用單壁配重管結構，鋼管規格為Ф813 mm ×23.8 mmAPI5LPSL2×65MO級直縫埋弧焊鋼管。定向鉆段的配重層厚度為40 mm，定向鉆間的管段的混凝土配重層厚度為130 mm。定向鉆1導向水平長度為737 m，定向鉆2導向水平長度為1 025 m，施工位置水深17 m。定向鉆穿越地層主要為粘土和淤泥質粉質黏土，該地層較適合定向鉆穿越施工。

1.2 自然條件

海底管道路由區所在海域屬北亞熱帶季風氣候區，冬冷夏熱，四季分明。冬季受北方冷高壓控制，盛行西北風，冷而干燥。夏季在西北太平洋副熱帶高壓籠罩下，多東南風，暖熱濕潤；春秋是季風的轉變期，多陰雨天氣。

本項目施工位置位于大魚山至黃澤山之間的海域，工程區附近岱山長期站的歷史實測最高潮位為3.08 m。該區域屬于濱海地貌，區域內漲潮、落潮流速急，且涌浪大，對施工船有一定影響。

2 海對海定向鉆穿越的特點

海對海定向鉆穿越的主要難點在于定向鉆施工場地位于海上，一般要在穿越兩端分別布置施工平臺，其中施工平臺及平臺上施工設備的選擇，需參考具體項目情況及施工海域環境、地質條件等。

海對海定向鉆穿越施工可以船舶作為施工平臺，待相關船舶、鉆機設備及輔助設施就位后，定向鉆機根據設計的穿越曲線進行導向孔鉆進和擴孔，鉆機能力需與穿越時海管回拖拉力配套。擴孔完成后，經評估滿足管道回拖條件后進行管道回拖作業。

目前常用的回拖管道預制主要有兩種形式。一種是由鋪管船在管道回拖前先將管道預制完成并沉放海底，具備回拖條件后，將回拖管道的管頭與回拖鉆具連接再進行管道回拖。另一種方式是具備回拖條件后，將回拖鉆具與鋪管船作業線上的管道連接，隨后鉆機與鋪管船同步進行管道預制、回拖[1]。

定向鉆施工時間必須要保證施工連續性的特點，而海對海定向鉆穿越受施工海域環境影響較大，所以海對海定向鉆穿越需選擇合適的施工窗口期，避免因受環境影響而停工，導致施工風險增大的情況。

3 海對海定向鉆穿越平臺

由于海對海定向鉆穿越的出、入土點均位于海上，所以海對海定向鉆實施的前提，是需要在海上有一個能夠承載定向鉆所需施工設備擺放、作業的施工平臺。此平臺應不僅能適應潮汐變化，還需在鉆機作業時能夠提供足夠的抗拉能力，保證平臺與海床之間海水中鉆桿的穩定。

目前主要有自升式平臺和特殊改裝的駁船作為定向鉆的海上施工平臺，自升式平臺在國外曾有案例，本文介紹的黃澤山-魚山原油管道海對海定向鉆穿越工程，采用的是經設計優化后的專用定向鉆施工船“天擇一號”。在施工中，該船的可靠性、穩定性、靈活性為工程成功實施提供了基礎保障。

3.1 自升式平臺

自升式平臺在定向鉆施工中的特點是施工過程中不受潮汐影響，適應連續作業、安全穩定，但運輸、安裝相對復雜，成本也相對較高。常規的自升式平臺未考慮橫向載荷，為承受鉆機的拉力，還需在鉆機前端增加抵抗橫向載荷的鋼管樁。鉆桿在水中懸空段的穩定性問題，主要通過在海中每間隔一定距離安裝支撐樁來約束鉆桿位置，從而保證鉆桿的穩定。自升式平臺在國外已有成功應用于海上水平定向鉆施工的先例，但國內適于定向鉆使用的自升式平臺資源很少，尚無實際工程施工案例。

利用自升式平臺作為鉆機施工場地的常用布置如下：在入土端利用自升式平臺搭建鉆機施工平臺，由于平臺場地有限，施工時把泥漿系統擺放在一艘駁船上。在出土端布置一艘駁船用于上、卸鉆桿鉆具等操作。在定向鉆進期間，安排一艘浮吊船往返于入土端與出土端之間，主要負責輔助兩端鉆桿鉆具的上卸等操作。海上穿越施工時，入土端與出土端平臺、駁船相對位置平面圖如圖1所示[2]。

海上的鉆機施工平臺采用自升式，平臺尺寸要求能夠滿足鉆機及其動力源、鉆桿、鉆具等擺放要求。定向鉆用的泥漿系統以及其他配套設備可擺放在駁船上，駁船通過拋錨固定并捆綁在鉆機平臺附近。鉆機平臺的錨固以及設備布置示意圖如圖2所示[2]。

3.2 駁船平臺

特殊改裝的駁船特點是資源充足、安全可靠、適用性強、運輸方便、安裝便捷、成本較低，但在施工過程中駁船受大風、臺風等因素影響中斷施工的風險較大，駁船受潮汐的影響上下浮動，穩定性稍差，且需能夠適應潮汐變化可升降的鉆機才能正常作業，鉆機的拉力主要靠船舶的錨系來提供。

黃澤山-魚山原油管道項目海對海穿越入土側以經過專門設計優化的“天擇一號”鉆機船作為穿越施工主作業平臺，出土側以一艘120 t浮吊船作為輔助施工作業平臺。

“天擇一號”鉆機船上安裝有600 t水平定向鉆機（HY-6000型），MP-2500型電動泥漿泵（最大流量為2 500 L/min，最高壓力為10 MPa）及NJ-500型泥漿處理系統（處理能力為500 m3/h）等完整的定向鉆施工設備。

除海上定向鉆施工功能外，“天擇一號”鉆機船具備完整的海上鋪管作業能力，具有管道焊接、檢測、防腐等配套設備，張緊器張力160 t，海上鋪管能力為250 m/d。

入土側定向鉆平臺和鉆桿的穩定措施具體有以下幾種。

3.2.1 定向鉆平臺的穩定措施

3.2.1.1 定向鉆平臺水平穩定措施

采用“天擇一號”定向鉆機船（如圖3所示）作為定向鉆施工浮動平臺?！疤鞊褚惶枴便@機船長76.2 m，寬24.38 m，型深5.5 m，總噸位為2 645 t，甲板承載能力20 t/m2，四角配置10臺120 t錨機，并配備有10口8 t的“△”型大抓力錨，可為船上鉆機提供至少600 t的水平抗力。

平臺的水平穩定性依靠駁船自身的錨機提供。工作時，通過錨點和船位的GPS數據，實施監控船舶位置數據。通過錨纜張力傳感器實施監控錨纜張力，保證整個施工過程船位精準，出現問題能夠提前預警。

3.2.1.2 定向鉆平臺縱向穩定措施

對于駁船上鉆機的縱向穩定（抵抗潮汐能力），由鉆機下方的縱向補償系統升降裝置（如圖4所示）來彌補潮差對鉆機高程的影響。導向孔鉆進階段，使用鉆機升降裝置來保持鉆機的鉆進軸線與鉆桿支撐套管同心，當進入擴孔和回拖階段時，除使用鉆機升降裝置外，還可利用鉆桿的彈性和水深，消除潮差影響。

3.2.2 定向鉆鉆桿穩定措施

3.2.2.1 導向孔階段鉆桿穩定措施

導向孔階段，鉆桿要受到鉆機的推力，在海水中的鉆桿由于沒有徑向約束，容易失穩，所以在鉆導向孔時，入土段海水中的鉆桿采用樁支撐安裝套管的方式進行徑向約束，保持導向孔階段鉆桿穩定。

如圖5所示，在海水中的套管采用帶弧度安裝的方法，以縮短套管安裝距離，保證套管下端角度與入土角度一致，上端角度15～18°。安裝套管直徑406 mm，套管支撐樁直徑為610 mm。在鉆機船上，通過鉆機下方的升降裝置來使鉆機軸線對準套管中心。

3.2.2.2 擴孔階段鉆桿穩定措施

擴孔時，鉆桿處于受拉狀態，為了保持鉆桿穩定，給處于海水中的鉆桿提供一個支撐力，使鉆桿保持垂直方向的穩定即可。導向孔完成后，拆除導向孔套管，將兩根支撐樁之間的套管定位裝置更換為支撐鉆桿的橫梁。

3.2.2.3 回拖階段鉆桿穩定措施

定向鉆回拖時，需要從孔內拉出管道，與后續海管段接續，在回拖前，就需要將鉆機船后移。拆除擴孔期間使用的鉆桿支撐橫梁，使定向鉆管道回拖路由處于一個凈空狀態。鉆桿此時的穩定性依靠鉆機船前端的鉆桿張緊器保持，整體工作示意圖如圖6所示。

4 結束語

實踐表明，“天擇一號”鉆機船能夠適應潮汐變化，滿足鉆機的拉力，可保證水中鉆桿的穩定。浮吊船、鋪管船可以很好地配合入土端鉆機完成鉆孔、擴孔、回拖等作業，本工程搭建的平臺穩定、可靠，順利地完成了海底管道的穿越。黃澤山-魚山原油管道項目是國內首條海對海原油管道定向鉆穿越工程項目，其施工工藝為今后的海對海定向鉆穿越工程平臺的選擇及工程施工積累了寶貴經驗。

參考文獻

[1] 張捷，孫國民，余志兵，等.海管水平定向鉆穿越方案研究[J].石油和化工設備，2016，19（8）：29-33.

[2] 鄒星，賈旭，尹剛乾.海對海定向鉆穿越技術研究[J].管道技術與設備，2015（2）：43-46+59.

收稿日期：2023-08-24

作者簡介：葉立安（1972—），男，浙江麗水人，本科，工程師，研究方向：能源工程。