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

(江蘇省水文地質海洋地質勘查院，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，克服了現場惡劣的海況現實條件，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海洋勘察工程需要開發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、砂質黏土、粉砂層、砂層、砂礫巖及基巖。主要技術參數：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 施工現場船舶的選用及安裝

由于施工區域多位于水深較大海域，施工選擇具有強度大、穩定性好、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，作業狀態下的抗風能力為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。同時根據流向規律設計非對稱錨位，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。根據不同的水流流向規律設計非對稱錨位，可確保錨泊定位穩定，該項水域鉆探技術處于國內領先水平。

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)，海上風電根據其"雙十規定"，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，現場用不到20 d時間完成工程地質技術鉆孔5個，總進尺407 m，最大孔深85 m，創產值120萬余元?，F場監理、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場在伶仃洋內，距岸邊7～9 km，海況也較復雜，且位于快艇航道中。快艇航行對鉆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鉆進。在同等海況環境、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)，創產值357萬余元，取得了良好的成績，得到了設計院現場項目部、現場監理部、深中通道業主的好評。

后續又參加了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東南海域，最近端距離靖海鎮陸岸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常會出現套管頂到立軸頭的現象，從而造成立軸頭損壞，套管斷裂，導致無法正常施工。這些現象在海洋鉆機面前均可迎刃而解。

4 結論

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，采取的巖土樣質量保持較好，體現了全液壓鉆機的智能化優勢。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，顯著提高了勘察質量，尤其適用于質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、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。

在實際工作試驗中也發現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，布線欠合理，有滲漏現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。