HD-300型海洋工程勘探鉆機在工程中的應用

王建國， 張 春， 周 永

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

近幾年隨著國家近海工程力度的加大，近海項目的海洋勘探項目明顯增多，有海上風電勘探、跨海大橋勘探、人工島、海底隧道工程、海底管道、海底電(光)纜工程項目等。一般施工海域距岸邊相對較遠(多離岸大于30 km)，施工區(qū)域水深較大(水深大于30 m)，風力大，流速急，海況也較復雜。我院通過4個項目、109個工程地質(zhì)勘探鉆孔的施工，培訓和鍛煉了隊伍，熟練掌握了新型鉆機的操作技術，克服了現(xiàn)場惡劣的海況現(xiàn)實條件，順利完成了鉆探進尺3 980 m，展示了HD-300型海洋鉆機的風采，提高了我院在海洋勘察領域的核心競爭力，加快了向海洋勘察領域進軍的步伐和信心。

1 海洋工程鉆機概述

HD-300型海洋工程勘察鉆機是根據(jù)海洋勘察工程需要開發(fā)的全液壓動力頭式鉆機(圖1)，主要適用的鉆進地層為：海洋沉積淤泥地層、黏土地層、砂質(zhì)黏土、粉砂層、砂層、砂礫巖及基巖。主要技術參數(shù)：鉆孔深度(水深100 m時)為300 m；額定輸出最大扭矩為4 000 Nm；主卷揚機(單繩第一層)提升能力為80 kN，副卷揚機(單繩第一層)提升能力為50 kN，沖擊卷揚機(單繩第一速)提升

圖1 HD-300海洋鉆機

能力為35 kN；升沉補償裝置中動力頭給進行程為6 000 mm，升沉補償上下各為1 000 mm ；動力機功率為35 kW。

2 施工現(xiàn)場船舶的選用及安裝

由于施工區(qū)域多位于水深較大海域，施工選擇具有強度大、穩(wěn)定性好、吃水淺、具自航能力的工程船作鉆探平臺船。要求船的型寬大于10 m，型長大于52 m，吃水1.5 m左右，總噸位大于400 t，作業(yè)狀態(tài)下的抗風能力為8級。這樣既減小流急的沖擊，又可抵抗涌浪的波動，保證船體在海上的相對穩(wěn)定。

每條船配備5～6臺絞錨機，功率不小于5 t，錨繩為鋼絲繩，直徑Φ28 mm以上，自行設計加工適合的錨型。同時根據(jù)流向規(guī)律設計非對稱錨位，解決流速矢量夾角及旋流等影響，確保錨泊定位牢固。

鉆探平臺采用我院設計的側(cè)跨式高架主平臺，下懸副平臺，兩平臺高差≥2 m，可解決潮差大的影響。在深水急流中鉆探時，也可解決套管拆卸繁瑣的難題，同時大大提高了工作效率。根據(jù)不同的水流流向規(guī)律設計非對稱錨位，可確保錨泊定位穩(wěn)定，該項水域鉆探技術處于國內(nèi)領先水平。

3 項目案例

濱海港某海上風電項目，原勘探單位使用正常的立軸型鉆機XY-2型。由于海況復雜，水流急，風浪比較大，屢試不爽，兩個平臺船在兩個月時間內(nèi)未能取得完整孔資料。我院自薦使用HD-300型海洋鉆機前往試驗(圖2)，海上風電根據(jù)其"雙十規(guī)定"，取風場須距海岸10 km以上，水深10 m以上。本次施工海域距岸邊直線距離20.4～22.2 km，水深17 m，設計孔深80 m，技術要求1 m取一個原狀樣，做一次孔內(nèi)原位測試。加之清孔即每勘探1 m需起下三趟鉆，80 m孔深鉆探，HD-300型海洋鉆機也需要近3 d。面對苛刻的技術要求，現(xiàn)場用不到20 d時間完成工程地質(zhì)技術鉆孔5個，總進尺407 m，最大孔深85 m，創(chuàng)產(chǎn)值120萬余元?，F(xiàn)場監(jiān)理、設計人員均很滿意，超出了預期效果。

圖2 HD-300型海洋鉆機施工平臺

深中通道勘察項目施工現(xiàn)場在伶仃洋內(nèi)，距岸邊7～9 km，海況也較復雜，且位于快艇航道中?？焱Ш叫袑︺@探施工船舶影響很大，普通立軸型鉆機多以停待避讓，待平臺船舶擺晃緩和時再行施工。而HD-300型海洋鉆機因使用了動力頭鉆探，配以波浪補償裝置，在平臺船舶受波浪搖晃時能夠自行補償，保證了鉆具在孔底平穩(wěn)鉆進。在同等海況環(huán)境、同樣地層、同等設備鉆深能力的情況下，HD-300型海洋鉆機工作效率是立軸型鉆機的1.25～1.45倍。本項目共完成精細化施工鉆孔97個，鉆探總進尺2978.48 m(其中基巖進尺1 435.28 m)，創(chuàng)產(chǎn)值357萬余元，取得了良好的成績，得到了設計院現(xiàn)場項目部、現(xiàn)場監(jiān)理部、深中通道業(yè)主的好評。

后續(xù)又參加了2個海上風電場的施工勘察工作，這2個項目均位于廣東省揭陽市靖海鎮(zhèn)東南海域，最近端距離靖海鎮(zhèn)陸岸20 km，最遠端距離陸岸30 km，水深31～35 m。這兩個項目均距岸邊較遠，水深較大，施工現(xiàn)場正常風力5～6級，浪高1.50 m，施工條件惡劣。漲落潮時普通立軸型鉆機施工經(jīng)常會出現(xiàn)套管頂?shù)搅⑤S頭的現(xiàn)象，從而造成立軸頭損壞，套管斷裂，導致無法正常施工。這些現(xiàn)象在海洋鉆機面前均可迎刃而解。

4 結(jié)論

通過以上4個項目的使用情況來看，HD-300型海洋鉆機的操作比較平緩，噪音小，智能化程度高，操作人員勞動強度小，不需要主動鉆桿與立軸倒桿給進，純鉆進時間率高，回次中不要倒桿，采取的巖土樣質(zhì)量保持較好，體現(xiàn)了全液壓鉆機的智能化優(yōu)勢。海洋鉆機波浪補償裝置對于海上波浪補償功能明顯，通過波浪補償系統(tǒng)補償使用，減少了海上波浪起伏對鉆探施工的影響，顯著提高了勘察質(zhì)量，尤其適用于質(zhì)量要求高的精細化施工項目中。

下一步工作計劃是將HD-300型海洋鉆機應用于風力較大、潮差大、海浪相對較大海域，檢驗其性能及技術參數(shù)、操作效果、波浪補償效果等，證實其先進性及先進程度，擴展其適用范圍，為下一步大量配備該類型設備提供決策依據(jù)。

在實際工作試驗中也發(fā)現(xiàn)HD-300型海洋鉆機樣機還存在一些設計問題，如動力頭上的水龍頭設計缺陷，不利于接桿與水龍頭芯的更換；液壓管線雖是集成化設計，但制造中較粗糙，管線試壓不穩(wěn)，布線欠合理，有滲漏現(xiàn)象及未設計滲漏接盤，配件通用性差，費用高等問題。在實踐中雖然做了一些改進，但有些問題卻需要在樣機定型時進行重新設計改正。