探析近海工程勘探平臺的應(yīng)用與創(chuàng)新

吳有錢 王振紅

浙江華東建設(shè)工程有限公司 浙江 杭州 310014

引言

近海工程勘探平臺主要是海洋風(fēng)電場、港口碼頭等近海工程所使用。保證勘探平臺穩(wěn)定，方可有效實施海上取樣和原位試驗，從而進一步確定地層結(jié)構(gòu)、巖土體性質(zhì)等。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和國家海洋戰(zhàn)略的實施，海洋風(fēng)電、海底隧道、深水港口等近海資源開發(fā)和工程建設(shè)不斷增多。受海上風(fēng)、潮、浪等影響，海上勘探困難大，且海洋勘探市場競爭逐漸加劇，研發(fā)和設(shè)計海上勘探核心技術(shù)成為海洋工程企業(yè)和勘探工程技術(shù)人員要解決的問題。

1 勘探平臺種類

常用的近海勘探平臺可分為自升式勘探平臺和船載式勘探平臺。由于國內(nèi)海洋工程起步晚，除海洋石油勘探以自升式勘探平臺為主外，近海工程勘探多以船載式勘探平臺為主。隨著國家海洋戰(zhàn)略的實施及涉海企業(yè)的投入，自升式勘探平臺越來越多的用于海洋工程勘探。自升式勘探平臺和船載式勘探平臺各有自己的優(yōu)缺點[1]。

（1）自升式勘探平臺。自升式勘探平臺主要由樁腿、操作系統(tǒng)、作業(yè)平臺等組成，一般無動力系統(tǒng)，需要輔助船舶進行拖航。平臺主體由樁腿支撐，可自由升降，當(dāng)讓樁腿上升到海水影響范圍以上時，能避免潮流、潮汐、風(fēng)浪等對作業(yè)平臺所產(chǎn)生的影響，可有效提升海上勘探和測試能力。完成勘探作業(yè)后，再降低平臺主體至水面，使用沖撞體系將樁腿在海底中拔出、升起，拖至另一孔位，繼續(xù)進行勘探。自升式勘探平臺通常是四樁腿式和多樁腿式，升降驅(qū)動方法有齒輪齒條和頂升液壓式[2]。

（2）船載式勘探。船載式勘探平臺主要由機動船或者是駁船作為載體，一般具有自航能力，根據(jù)船型平臺被分為單體船勘探平臺、雙體船勘探平臺，定位使用錨泊形式。根據(jù)海洋作業(yè)環(huán)境不同，船載式勘探平臺使用的船舶排水量通常由數(shù)十噸到數(shù)千噸不等，由于其具有自航能力，在完成一個勘探點位后可快速移動到下一個勘探點位，效率較高。

船載式勘探平臺的成本低于自升式勘探平臺，是當(dāng)前我國沿海近岸水運工程的主流，但也存在著缺點，主要表現(xiàn)為平臺不穩(wěn)定，特別是船舶上下浮動，無法滿足取土質(zhì)量及原位測試要求；若是遇到水面上出現(xiàn)風(fēng)、浪、潮時，會出現(xiàn)搖擺、傾斜現(xiàn)象，導(dǎo)致勘探質(zhì)量和效率不高。這些不利要素提高了企業(yè)成本，降低了企業(yè)競爭力，因此需要對勘探平臺提出改革和創(chuàng)新[3]。

2 單側(cè)懸臂船舶式平臺技術(shù)

通過經(jīng)濟、可行和合乎國情的原則創(chuàng)造獨特的單側(cè)懸臂式勘探平臺。經(jīng)過工程改進和優(yōu)化過程，逐漸構(gòu)成船載式勘探平臺體系，綜合性能要高于國外其他產(chǎn)品，這對于中國企業(yè)突破國外壟斷技術(shù)有著重要意義。

（1）三鉆機混合技術(shù)。三鉆機混合技術(shù)打破了傳統(tǒng)單鉆機鉆進技術(shù)，使用創(chuàng)新型混合鉆進法。位于平臺懸臂側(cè)的鉆機需要負(fù)責(zé)水下巖土鉆進，平臺側(cè)向雙臺輔助變速鉆機需要輪流負(fù)責(zé)上下提引工作，迅速起鉆，進而提升海上勘探效率。

（2）錨鏈交叉型拋錨法。船艏和船艉要順?biāo)鞣较驋伋?組角度為135度交叉型錨。若水流湍急，則需要使用一纜多錨技術(shù)，讓錨泊牢固，進而大幅度提高抗流能力。

（3）泥漿循環(huán)回收設(shè)計。旁通管接頭、管道、網(wǎng)狀粗細(xì)過濾網(wǎng)、泥漿池和泥漿泵組成了泥漿回收再利用的裝置，該裝置可以由高壓裝置把泥漿抽取上來并由過濾網(wǎng)把泥沙過濾出去，把抽取上來的泥漿通過鉆頭不斷地壓入孔里，泥漿不斷和土粒懸浮漿液相融合，形成泥漿，然后通過管道流至平臺作業(yè)，在使用之后在經(jīng)過網(wǎng)狀粗細(xì)過濾網(wǎng)進行過濾形成新的泥漿，然后達(dá)到泥漿的循環(huán)利用，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保，其中泥漿的再利用率可高達(dá)95%以上，同時，也實現(xiàn)了資源的重復(fù)利用[4]。

3 實施效果

在潮流、風(fēng)浪、涌浪等復(fù)雜的海洋施工環(huán)境下，勘探作業(yè)都是依靠于單側(cè)懸臂勘測平臺系統(tǒng)去完成的，該系統(tǒng)可以高效的、準(zhǔn)確的完成海洋環(huán)境下的勘探工作。該技術(shù)曾被應(yīng)用于洋山深水港工程，該工程主要有施工環(huán)境復(fù)雜、工期短、難度大等特點。隨著我國科技的發(fā)展，對于近海資源的開發(fā)和利用也大范圍的使用了單側(cè)懸臂勘測系統(tǒng)，創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟利益，其中在杭州灣跨海大橋進行施工時，曾完成勘探孔深167m，僅用時47小時。這一整套平臺系統(tǒng)的實踐過程中，通過不懈努力取得一定的成功，在未來的勘測過程中我們也要不斷地查漏補缺，努力完善我國的勘測技術(shù)[5]。

4 勘探平臺定位

海洋地質(zhì)勘探一般利用GPS進行定位，但由于勘探平臺定位受到潮流、波浪等因素影響較大，因此應(yīng)選擇在平潮進行拋錨，船頭應(yīng)朝向潮流和風(fēng)浪的方向，錨重應(yīng)等于或略大于噸位相當(dāng)船的錨重；錨繩長度一般應(yīng)大于水深的5倍且不小于200m，錨繩應(yīng)采用耐蝕的尼龍繩或鋼絲繩。

浮動式平臺錨的數(shù)量應(yīng)不少于4只，拋錨后鋼絲繩與水面夾角控制在10°左右，主錨鋼絲繩與船軸線夾角控制在35°～45°之間。當(dāng)完成一個勘探孔后，需對平臺進行起錨移位到下一勘探點。起錨應(yīng)由交通船協(xié)助，以減少起錨時間。平臺移位應(yīng)選擇風(fēng)浪較小時進行，當(dāng)風(fēng)力大于5級時，不得移動和定位。

5 結(jié)束語

近?？碧狡脚_體系使用多種技術(shù)，有效解決海上勘探成本高、效率低的問題，同時降低了海洋環(huán)境的影響。在工程實踐時，平臺體系技術(shù)受到應(yīng)用、完善和檢驗，從而形成設(shè)備完整、操作性強、成本低的近海工程勘探平臺體系，工程使用前景光明。