自升式钻探平台在秘鲁某码头勘察项目中的应用

沈轩宏，刘学举，杨兴旺，沈国栋

（江苏省水文地质海洋地质勘查院，江苏 淮安 223005）

随着我院工程项目在美洲国家的开展，已在美洲巴拿马、秘鲁、委内瑞拉等多个国家地区开展勘察工程，涉及行业包括近岸码头、跨海大桥、工民建、铁路、公路、水资源等工程项目，在美洲赢得了业主单位的肯定。本文以秘鲁某近海码头勘察施工为例，分析恶劣海况、不同水深条件下多类型钻探平台在项目中的应用。

1 项目概况（海况、地层、施工方案、施工效果）

施工海域属太平洋，项目位于秘鲁某近海码头，场区水域潮差较小（≤1m）。波浪呈现典型的长周期涌浪特点，波向集中分布在SW-SSW，波浪周期较长，谱峰周期主要分布在10～18s，近岸涌浪叠加破碎浪强（图1），流速弱（＜0.5m/s），有效波高50%超过1.4m，最高浪高3.5m，以有效波高小于1.5m 可施工考虑，10～次年2月为施工窗口期，月可施工作业时间长，平均28d（86%）可施工。

图1 施工水域海况

场区地层分布规律明显，泥面以砂土为主，上覆土层以砂土、卵石为主，夹少量粘土层，未见淤泥，基岩埋深标高近-30m。

2 自升式钻探平台

2.1 平台应用现状

我国对自升式钻探平台的研究与应用起步较晚，目前常用的海上钻探平台主要有4类：脚手架式钻探平台、浮筒平台、自升式钻探平台、船载式钻探平台。其中浮筒平台和船载式钻探平台因施工方便高效而在项目施工中被广泛应用。自升式钻探平台较早应用于石油钻井平台，因设备成本高、作业水深范围较有限，近几年才应用于近海勘察钻探和静探试验施工，主要有“华东院1号”[1]、“SKY-4浮箱链轨式勘探平台”[2]、“华东院306号”等，其中“SKY-4浮箱链轨式勘探平台”为我院自研可自航水陆两用钻探平台，可用于近海钻探，也可搭载我院采购的荷兰范登堡公司的近岸静力触探测试系统进行近海CPTU试验[1-2]。

2.2 项目实践

本项目布设海域钻孔81 个，孔位水深1～18m，本次勘察以水深13.5m 为界，将钻孔分布海域分为浅水区和深水区，分别以Jakcup 自升式钻探平台和船载式钻探平台组织施工。

（1）Jackup 钻探平台参数。自升式钻探平台又称Jackup 钻探平台，项目租赁Jckup 钻探平台具有钻探、静探、生活居住功能，配柴油发动机提供动力自航。平台甲板划分设备区、配件区、应急区、岩芯摆放区及休息区，配生活物资、医疗包、灭火器等（图2）。

图2 Jackup自升式钻探平台

平台作业系统主要由动力系统、操控系统、吊装系统3 部分组成。动力系统由2 台不同功率柴油发电机组成，大功率发电机负责为整个平台液压升降系统提供动力，小功率发电机负责平台生活区的生活用电。平台采用齿轮齿条升降系统，较插销式升降系统效率高、优势明显[1]，齿条系统升降速度为350m/h。操控系统配有4 根操纵杆，1 根为总控可实现桩腿的同步升降，另3根分别控制各桩腿的升降，使得该钻探平台能够实现多桩腿同步升降和任一桩腿单独升降。项目期间平台钻孔移位（孔间距1km 内）能在30min 内完成，包括桩腿回收、自航通行、平台就位、平台升降和钻孔定位等工作。平台配备1个5t的克令吊，臂长18.28m，可解决平台岩芯运移、粘土粉等钻探器具的吊装，平台主要技术参数如下；平台尺寸总长22.26m、船梁7.32m、船体深度1.38m、吃水深度1.22m、露天甲板93m3；桩腿数量3 个、总长21.95m、直径60cm、壁厚9.5cm、桩靴总长6.09m；升降机桩腿最大伸展长度20.00m、最大作业水深13.70m、作业距水面高1.85m、最大作业浪高2.00m、升降速度4.85m/min。

（2）船载式钻探平台参数。项目租赁船舶有：驳船、拖轮、应急船、交通船，钻探平台设置在驳船甲板上，平台施工区域（图3）分为绞锚区、设备区、配件区、应急区、岩芯摆放区及人员休息区，配以应急生活物资、医疗包、灭火器等必备HSE 用品。拖轮用于抛锚定位，应急船和交通船分别用于护航、应急和人员、物资运输工作[3-4]。

图3 船载式钻探平台施工场区

受限于海况条件、船舶性能、语言沟通等客观因素，船载式钻探平台完成起锚、航行、绞锚、钻孔定位等工作需4～6h，钻孔定位时间为Jackup 钻探平台的8～12倍。本次钻探平台使用船舶的主要参数参见表1。

表1 租赁船舶主要参数

（3）钻探施工实践。本次是我院首次在海外项目尝试使用Jackup 钻探平台进行作业，项目施工工期共54d，完成海域钻孔81个，总进尺2149.58m。各钻孔孔深4.0～43m，平均孔深24.8m。Jackup钻探平台完成钻孔50个，钻探进尺1587.81m，进尺占比73.87%，船载式钻探平台完成钻孔31 个，进尺561.77m，进尺占比26.13%。钻探施工实行两班制，共投入2 个机组，4 个班组，24h作业，各班组配中方人员4人、外方工人4人、安保2人、船员2～5人。

施工期间共发生3 起恶劣天气事件（7 级以上大风、涌浪超2m），历时13d，期间船载式钻探平台原地抛锚避风停工待命。Jackup钻探平台在大风间歇期仍可定位施工，仅停工等待6d。综合考虑作业区域水深差异影响，Jackup 钻探平台的可施工率达89%，较传统船载式钻探平台增加22%，Jackup 钻探平台的日均进尺达33m/d，较传统船载式钻探平台增多53%，结合各平台租赁费用进行综合对比，Jackup 钻探平台功效优势明显，较传统船载式钻探平台的经济指标增加超200%（表2）。

表2 各钻探平台施工指标分析

（4）Jackup 钻探平台的应用优势。项目实践说明Jakcup钻探平台的作业工效较优于传统船载式钻探平台，结合经济指标、协调准备、施工社会环境等多因素，对比Jakcup钻探平台和传统船载式钻探平台在本项目中的施工表现：

①平台搭建、拆除：传统船载式钻探平台的搭建需采购槽钢、木板等材料，配以铁丝、焊接方式进行固定，外业结束后需拆除平台，历时3～5d，期间需要在附近码头，租用1台25t吊车配合作业。因为钻探平台为驳船加装设置，需在驳船甲板上加装安全护栏以设置钻探场区；Jackup 钻探平台配有1 台5t 的克令吊，臂长18.28m，可自行吊装钻探设备、配件器具，钻探设备直接焊接在平台甲板上，因为平台施工区范围较小且已配有安全护栏，不再需要额外加装防护栏，平台的搭建和拆除便捷，仅需1～2d，省时经济[5]。

②抛锚定位：传统船载式钻探平台通过抛锚、航行、绞锚等一系列操作进行钻孔定位，需3～5 人配合，一般历时4～6h。使用Jakcup钻探平台进行作业，钻孔定位时无需抛锚，要求平台自航至孔位附近时，控制好桩腿位置、自航方向和流速，下放桩腿，通过桩腿和航行多次配合，即可实现钻孔定位，本项目中钻孔定位精度均在1m左右，钻孔定位历时均在1h以内。此外，由于Jackup 钻探平台定位迅速且精度高，哪怕上一钻孔于下午5 点终孔，Jackup 钻探平台仍可钻孔定位，杜绝了因晚间可视度不够，船舶无法抛锚，导致夜班窝工情况，极大地提高了生产效率。

③海况条件的影响：受风浪条件影响，尤其当涌浪较大时，传统式船载式钻探平台可能出现定位进度不满足施工要求，或施工期间走锚、锚绳断裂等风险。自升式钻探平台在整个施工期间，平台主体均被抬升至水面以上约1～2m，大大降低了钻探期间平台受涌浪的影响，也无走锚风险，较为安全。

3 结语

通过实践，Jackup 自升式钻探平台具有作业周期短、可自航、机动性能好、可连续作业、受风浪影响小、定位迅速、安全可靠等优点，平台作业期间受风浪条件影响较小，总体施工效率高于传统船载式钻探平台，可适合于一定水深条件的海域勘察工程施工。