移动自升式钻探平台建造及应用

牛美峰 叶桂明 张明林 周光辉

摘要：为使近海海洋勘察方法多元化，以提升工程勘察的目的，去年我院自筹资金建造了自升式平台，但由于对该平台的加工、制造等认识不足，首次用于江苏海域时发现一些不足，为此，需要对平台进行改进，本文通过6只静探钻孔的边施工和边改进，使平台逐步满足于浅海海上钻探取样、原位测试等工作的需要，达到了改进的目的和要求，为提升勘察成果质量提供了保障。

关键词：自升式平台；设计建造；浅海海域；实践应用

1钻探平台现状及特点分析

1.1海上钻探平台现状

目前，浅海工程钻探所用的钻探平台，主要采用浮动式平台和自升式平台两种。

国内海上工程勘察，多在水深20m以内的潮间带、近海的海域进行，并且勘探孔口径小、钻孔较浅，因此，租赁大型船舶不但费用高，而且移动平台极不方便，为此，通常选用民用船舶，并加以改造作为钻探平台（如渔船、普通工程船、打捞船等），如果选择单体船搭建钻探平台，其吨位应在200t以上，钻探平台可以选择在船舷侧部、船端部或船中部，如果选择双体船搭建钻探平台，两船中间需要预留05～0.8m钻孔空间，平台船到达施工海域，按海上风向进行抛锚定位。因该类平台成本较低、搭建平台方便，而得到广泛应用。

欧美等国因启动海洋战略较早，且技术和资金投入较大，目前在海洋勘探设备和技术方面已经非常成熟，采用自升式平台较多。几家业内知名公司利用其优势，几乎垄断了海外勘探市场份额，浅海勘察中最为熟知的为荷兰辉固国际集团（FUGRON.V.），该公司的自升式钻探平台在国内已经具有很强的影响力。

1.2特点分析

1.2.1浮动式平台

该类平台因成本低、搭建平台方便而被广泛应用，但存在以下明显的缺点：

（1）受风、浪、潮、涌等不确定因素影响大，在不考虑不确定的气候（冷空气等）影响下，正常情况下，一个月内仅有7～10天可作业时间，因此，有效作业时间短、成本大。

（2）平台稳定性差，可作业时间内，仍存在平台上下浮动现象，这样会造成以下问题：

①造成平台作业人员身体不适或呕吐，影响工作开展；

②造成钻探设备（尤其是机头卡盘、油缸）损坏，耽搁宝贵的有效钻探作业时间；

③造成钻探取样质量和原位测试精度不高，從而无法为工程提供准确原始试验数据。

1.2.2综合性自升式平台

该类平台具有：受海上不确定因素影响小，取样质量好，原位测试精度高等其他平台无法替代的优点，但在推广应用时存在以下问题：

（1）建造成本、维护成本高，依据目前国内勘察收费标准难以承担和维持。

（2）因其功能全、适宜海域广，所以其吨位过大，导致平台拆装时间长，移动不方便，从而不利于浅海海域风电等工程勘察工作开展。

可见，目前在我国浅海20m左右水深海域内进行工程勘察海上钻探，因项目工作量少、工期要求紧、投入资金有限等原因，现有的海上钻探平台类型都存在一定的使用局限性。

2海上钻探平台设计与建造

2.1钻探平台设计

2.1.1设计基本原则

经过充分调研，根据浅海区域工程勘察的特点及相关要求，与相关院校、船舶设计院合作设计了“ZTC-Ⅰ型浅海移动自升式钻探平台”（以下简称“华东院ZTC-Ⅰ型钻探平台”），该平台类似于“辉固公司”自升式平台，但根据工作实际需要，把平台尺寸、吨位、功能进行了调整和优化。

2.1.2平台工作原理

该平台的工作原理是：移动自升式钻探船，属于船体由二个独立的片体通过法兰连接组成一个平台主体，通过4个桩腿可以将工作平台通过液压油缸进行升降，工作时4个桩腿底靴放到水底，能将平台主体提升离开水面，平台通过自重将4个桩腿压入到地层中进行定位，避开风浪影响，使其钻孔作业没有干扰，水上拖运时，将钻探船的4个桩腿提出水底，可漂浮在水中，也可以用船拖走。适宜于水深小于15m浅海内海上钻探作业。

2.1.3平台主要创新点

（1）保障作业安全，提高勘探精度、工作效率和产品质量。

（2）独创了管式龙骨结构设计，改变了传统船舶鱼刺式龙骨结构，既确保安全、节省材料又便于加工制造。

（3）多片体设计，解决超大船体陆运困难问题，使组装拆卸运输极为便利；可以运至钻船无法进入的水域。

（4）实现了在浅海勘探钻探船实现液压升降，液压卡板卡住、松开，确保桩腿强力起拔力，且平台升降平稳安全。

（5）在浅海和江河水域勘探钻探船升起后离开水面，避开了风浪、潮差、流速等对钻探的影响，提高了在其他钻探平台上操作导致精度不高的原位试验准确性。

（6）解决了桩腿的快速释放，通过电磁阀控制可以实现四个桩腿同时落到水底，实现水上钻孔或其他工作点位的高精度定位。

（7）多密封舱设计确保了钻探船的安全性能可靠。即使有几个密封仓进水也不会沉没。密封仓设有排气装置。确保进仓内，含氧量符合要求。

（8）为防止油污流出污染水体，机械设备底部设有集油盘，平台上设置了集废油箱，实现环保作业。

3应用实例

江苏响水近海风电场项目位于响水县灌东盐场、三圩盐场外侧海域，风电场离岸距离约10km（风电场中心离岸最近距离），沿海岸线方向长约13.4km，垂直于海岸线方向宽约2.6km，场区面积34.7km2，场区水深8～12m（平均海平面起算）。本项目拟安装55台单机容量为4MW/3MW的风电机组，总装机容量200MW。按勘察任务书要求，布置静探钻孔6只。按公司要求新建造的自升式平台从该项目开始。

海上各静探钻孔的施工，应先下好219mm隔水套管，用钻机扫孔至隔水套管底部，同时，考虑到隔水套管内径较大，直接用静探仪把直径为36mm的探杆压入土内，易发生探杆弯曲或折断，为此，在隔水套管内，需要再下1套89mm套管做保护，然后方能静探试验的工作。该平台存在如下一些优缺点。

3.1优点

（1）该平台投入的使用，使海上钻探作业摆脱了潮汐、涌浪等因素的影响，避免了以往因由此造成的船体起伏、颠簸等影响。

（2）该平台投入的使用，为静力触探、十字板剪切、扁铲等试验，提供了基础保障。

3.2存在的不足

（1）平台移动缓慢。由于钻探平台自身无动力，平台移动依靠拖船，且缺乏破浪措施，拖航速度很慢，仅为1.5节（kn）左右，耗费了正常作业时间。图3：现场拖航照片

（2）上下平台困难。平台在避风期间，需要把平台升至高于最大潮位以上，以防止平台受海浪冲击。但在避风结束后，由于平台高于海平面好几米，人员需要上下平台就非常不方便，当风力大于5级以上时，受其风浪影响，交通船靠近平台也非常困难。

3.3优化改进措施

对ZTC-Ⅰ型钻探平台在使用过程出现的问题，进行了针对性的优化改进。

（1）选择平台与拖船同方向的一侧，增加了破浪装置（“船头”），改进之后在同等条件下，拖航速度从1.5节（kn）提高到了4节（kn），从而大大加快了拖航速度，减少了拖航所耗费的时间。

（2）增加交通船和自升式平台之间的过渡平板船。能有效避免了交通船撞击自升式平台桩腿的风险。

4结语

自升式平台针对实际存在的问题，经过一边使用一边改进，使平台结构和功能得到进一步的优化，同时，改善了工作环境，得到工作效率的提高和安全保障。目前，该自升式平台已用于江苏近海水深在15米以内的海域中。

参考文献：

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[3]汪张棠，赵建亭.自升式钻井平台在我国海洋油气勘探开发中的应用和发展[J].船舶，2008（1）：10-15.