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移动自升式钻探平台建造及应用 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050.8m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710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: 造成平台作业人员身体不适或呕吐,影响工作开展; 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; 造成钻探取样质量和原位测试精度不高,从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-型浅海移动自升式钻探平台”(以下简称“华东院ZTC-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812m(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,交通船靠台也非常困难。 3.3优化改进措施 对ZTC-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: 1蔡胜利,张福,冯利杰,等.自升式钻井平台冲桩系统技术分析及优化方案J.石油矿场机械,2012,41(10):64-68. 2张震钦.自升式钻井平台设计系统研究D.天津:天津大学,2006. 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.第 7 页 共 7 页
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