船扶独柱式海上勘探平台介绍

一、概述

目前我国的近海勘探工程多用改装钻船进行，改装船具有技术简单改装费用较低，船的社会存量大，易形成规模生产，对海况的适应性较好，应对海上风险灵活等优点。其缺点也很明显，主要是改装船受风浪和潮差的影响状态不稳定，不能进行精准高质量的作业，无法进行静力触探等对稳定性要求高的项目，在进行一般的钻探时受晃动和要经常接卸套管等干扰，工作效率低，有效工作时间短。为提高工作质量近年也出现了一批简易的自升式海上勘探平台，简易平台的适用水深多在15m以内，随着水深的增加自升式平台的造价急剧增加，水深超30m的平台造价达数千万元，高昂的造价使一般的工程难以承受，也难以大量普及。

船扶独柱式平台的工作条件和资金投入与改装钻探船相近，作业环境和勘察质量却与自升式平台相近，它是用一根刚度和强度都很大的立柱支撑在海底，立柱的顶部设有一个类似普通钻场的工作平台，在海面的扶正船上有一扶正圈，通过四条锚泊系统的调正使立柱始终呈竖直状态，其结构有点类似高层建筑施工中的塔吊。它适合于水深10m-50m可锚泊定位的海域。

二、技术要点

1、船扶独柱式海上勘探平台的立柱靠固定在扶正船上的扶正圈扶正，让立柱始终呈竖直状态，扶正圈与立柱之间为间隙配合，立柱支撑在海底，当扶正船与扶正圈一起随海浪和潮差上下波动和摇摆时，立柱和扶正圈之间可产生差动，差动消除了扶正圈对立柱的上下影响，也基本消除了摇晃对立柱的影响。当扶正船随海流和风流的变化而产生有限的横向漂移时，立柱上的竖直仪可即时显示，显示精度可达0。1%，依据显示数据适当调整锚系统的松紧，使竖直度波动范围在1%以内，保证其稳定状态与自升式海上平台相近。

2、平台的立柱由双层钢管组焊而成，双层钢管形成的封闭体的浮力略大于立柱的自重，即处于海水中的立柱相当于一根没有重量的钢柱，立柱只承载水上设备的重量和施工操作中出现的荷载，如轴向荷载和横向的水流和风流的压力等，就立柱本身的稳定性而言可在水深大于50m的条件下工作，最合适的水深为10m-50m。

3、立柱的中心具有自上至下的φ160的空间，即安装立柱的同时就相当于下入了一根内径φ160的与海水隔离了的套管，为下一步的钻探或原位测试创造了条件，当水深度较大时，其它海上勘探工法常为下置海水隔离管而消耗大量精力。

4、为满足独柱式平台在海上的安装与运行要求设计了专用的吊机，吊机起吊力大，结构简单，工作稳定。可合理起吊和摆放底靴，立柱和上部工作平台等部件，工作平台是连上面的设备和器材整体吊装，对接后即可开始勘探工作，为配合勘探工作的实际需要，还配有专用的竖直度仪及显示警报装置，有可以反应不同贯入力的测深器，还有专用的防岩粉套管管头，供静力触探用的扶正套管等。

5、工作平台和船体有两套爬梯供人员上下，保证工作人员安全。

三、平台的安装过程

1、平台以扶正船为母体，对扶正船的要求与作钻探用的改装船相近，即船的大小为1000t左右，能自航，甲板的宽度大于10m，长大于30m，船上应有四套可靠的锚铂系统，有必要的生活条件和自持能力。在扶正船的对应侧宜设有适量的配载，增大船体的平衡度。

2、独柱式平台设备总重约70t（不包括发电机，钻探设备和测试设备），设备适合于陆上运输，在扶正船已到位的条件下，设备在扶正船上的初始安放与固定的时间为2-3天。

3、扶正船行至孔位和锚泊定位过程与改装钻船相近，对海况的要求也与一般钻船相同。锚泊定位后即可开始独柱式平台的安装作业。

4、独柱式平台的安装

1）测量水深，首先用声波测深，再用不同贯入力的测锤测深，在测深的同时大致判断海底表层的承载力和底靴的大致沉降量，在同一区域有一定经验后，测深过程可适应简化。

2）配置底靴的重量，一般钻探时底靴不要另配重，若是静力触探孔配重要大于静探时的最大反力。（设备按30t反力设计）

3）选配立柱的长度和下入顺序，按序下入立柱管，当底靴离海底0。5m左右时，测量并大致调整立柱的竖直度，保持该状态缓慢下至海底。

4）复核立柱长度是否合适，合适的长度是高潮时扶正环距工作平台底面约0。5m，若不合适应适当增减立柱长度。

5）将工作平台安装到立柱顶部，并安好爬梯等附件。

6）开始在平台上进行钻探或各种测试作业。

预计当水深近50m时完成上述作业的时间为2-3小时，平台的安装宜在接近高潮的平潮期进行。

勘探作业后起吊立柱的过程与上述相反，开始起拔时，可能底靴与地层有一定的吸力，设备有压水上抬破吸的功能，再加上吊机较大的强拔力，预计起拔难度不大，若开始起拔有困难，在波浪的晃动下慢慢就松动了。

5、平台上的勘探作业

平台上的作业较船上稳定，平台上备有近乎直立的钻杆筒，起下钻的效率较高，在安装吊机的协助下，平台上钻机和静力触探机的安装和换装也方便。平台上只放必备的物件，多余的物件可由吊机及时转放至扶正船的甲板上，动力系统，制浆供浆系统等可以与平台设备软连接的都安装在船的甲板上，立柱的竖直度设有摇测显示与警报，由船的控制室控制与调整。

四、现状与展望

2016年获悉我国海上风电等项目多规划在水深较大的海域，现有的勘探设备难以应对新的要求，受以往开发浅海自升式勘探平台和多年从事海上勘探的启发，产生了船扶独柱式海上勘探平台的构想，经过一年多的研究渐渐形成了一个完整的方案，现已完成加工图设计，关键问题和部件作了重点调研、模型试验和加工工艺研究，并申报了实用新型和发明专利，2017年9月22日实用新型专利权已被授予。希望该技术成果得到有关勘察设计单位和从事海上勘察施工单位的关注，进行开发合作，实现共赢。平台本身的加工时间约两个月，总质量约70t，第一台资金投入约100万元。基于其高的勘探质量，简单高效的作业方式和较低的投入，有可能广泛应用于近海勘探，使我国的近海勘探工作出现新的局面。