自升式鉆探平臺在秘魯某碼頭勘察項(xiàng)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(xiàng)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(gè)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(xiàng)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(xiàng)目中的應(yīng)用。

1 項(xiàng)目概況（海況、地層、施工方案、施工效果）

施工海域?qū)偬窖?，?xiàng)目位于秘魯某近海碼頭，場區(qū)水域潮差較?。ā?m）。波浪呈現(xiàn)典型的長周期涌浪特點(diǎn)，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(qiáng)（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(shí)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(biāo)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(xiàng)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(yàn)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(jìn)行近海CPTU試驗(yàn)[1-2]。

2.2 項(xiàng)目實(shí)踐

本項(xiàng)目布設(shè)海域鉆孔81 個(gè)，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(xiàng)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(jī)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(jī)組成，大功率發(fā)電機(jī)負(fù)責(zé)為整個(gè)平臺液壓升降系統(tǒng)提供動力，小功率發(fā)電機(jī)負(fù)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(shí)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(dú)升降。項(xiàng)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(gè)5t的克令吊，臂長18.28m，可解決平臺巖芯運(yùn)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(gè)、總長21.95m、直徑60cm、壁厚9.5cm、樁靴總長6.09m；升降機(jī)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(xiàng)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(hù)航、應(yīng)急和人員、物資運(yùn)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(shí)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(shí)踐。本次是我院首次在海外項(xiàng)目嘗試使用Jackup 鉆探平臺進(jìn)行作業(yè)，項(xiàng)目施工工期共54d，完成海域鉆孔81個(gè)，總進(jìn)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(gè)，鉆探進(jìn)尺1587.81m，進(jìn)尺占比73.87%，船載式鉆探平臺完成鉆孔31 個(gè)，進(jìn)尺561.77m，進(jìn)尺占比26.13%。鉆探施工實(shí)行兩班制，共投入2 個(gè)機(jī)組，4 個(gè)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(shí)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(dá)89%，較傳統(tǒng)船載式鉆探平臺增加22%，Jackup 鉆探平臺的日均進(jìn)尺達(dá)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(fèi)用進(jìn)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(jì)指標(biāo)增加超200%（表2）。

表2 各鉆探平臺施工指標(biāo)分析

（4）Jackup 鉆探平臺的應(yīng)用優(yōu)勢。項(xiàng)目實(shí)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(jì)指標(biāo)、協(xié)調(diào)準(zhǔn)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(xiàng)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(jìn)行固定，外業(yè)結(jié)束后需拆除平臺，歷時(shí)3～5d，期間需要在附近碼頭，租用1臺25t吊車配合作業(yè)。因?yàn)殂@探平臺為駁船加裝設(shè)置，需在駁船甲板上加裝安全護(hù)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?yàn)槠脚_施工區(qū)范圍較小且已配有安全護(hù)欄，不再需要額外加裝防護(hù)欄，平臺的搭建和拆除便捷，僅需1～2d，省時(shí)經(jīng)濟(jì)[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(jìn)行鉆孔定位，需3～5 人配合，一般歷時(shí)4～6h。使用Jakcup鉆探平臺進(jìn)行作業(yè)，鉆孔定位時(shí)無需拋錨，要求平臺自航至孔位附近時(shí)，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(shí)現(xiàn)鉆孔定位，本項(xiàng)目中鉆孔定位精度均在1m左右，鉆孔定位歷時(shí)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(diǎn)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(dāng)涌浪較大時(shí)，傳統(tǒng)式船載式鉆探平臺可能出現(xiàn)定位進(jìn)度不滿足施工要求，或施工期間走錨、錨繩斷裂等風(fēng)險(xiǎn)。自升式鉆探平臺在整個(gè)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(xiǎn)，較為安全。

3 結(jié)語

通過實(shí)踐，Jackup 自升式鉆探平臺具有作業(yè)周期短、可自航、機(jī)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(diǎn)，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。