HD-300型海洋工程勘探钻机在工程中的应用

王建国， 张 春， 周 永

(江苏省水文地质海洋地质勘查院，江苏 淮安 223005)

近几年随着国家近海工程力度的加大，近海项目的海洋勘探项目明显增多，有海上风电勘探、跨海大桥勘探、人工岛、海底隧道工程、海底管道、海底电(光)缆工程项目等。一般施工海域距岸边相对较远(多离岸大于30 km)，施工区域水深较大(水深大于30 m)，风力大，流速急，海况也较复杂。我院通过4个项目、109个工程地质勘探钻孔的施工，培训和锻炼了队伍，熟练掌握了新型钻机的操作技术，克服了现场恶劣的海况现实条件，顺利完成了钻探进尺3 980 m，展示了HD-300型海洋钻机的风采，提高了我院在海洋勘察领域的核心竞争力，加快了向海洋勘察领域进军的步伐和信心。

1 海洋工程钻机概述

HD-300型海洋工程勘察钻机是根据海洋勘察工程需要开发的全液压动力头式钻机(图1)，主要适用的钻进地层为：海洋沉积淤泥地层、黏土地层、砂质黏土、粉砂层、砂层、砂砾岩及基岩。主要技术参数：钻孔深度(水深100 m时)为300 m；额定输出最大扭矩为4 000 Nm；主卷扬机(单绳第一层)提升能力为80 kN，副卷扬机(单绳第一层)提升能力为50 kN，冲击卷扬机(单绳第一速)提升

图1 HD-300海洋钻机

能力为35 kN；升沉补偿装置中动力头给进行程为6 000 mm，升沉补偿上下各为1 000 mm ；动力机功率为35 kW。

2 施工现场船舶的选用及安装

由于施工区域多位于水深较大海域，施工选择具有强度大、稳定性好、吃水浅、具自航能力的工程船作钻探平台船。要求船的型宽大于10 m，型长大于52 m，吃水1.5 m左右，总吨位大于400 t，作业状态下的抗风能力为8级。这样既减小流急的冲击，又可抵抗涌浪的波动，保证船体在海上的相对稳定。

每条船配备5～6台绞锚机，功率不小于5 t，锚绳为钢丝绳，直径Φ28 mm以上，自行设计加工适合的锚型。同时根据流向规律设计非对称锚位，解决流速矢量夹角及旋流等影响，确保锚泊定位牢固。

钻探平台采用我院设计的侧跨式高架主平台，下悬副平台，两平台高差≥2 m，可解决潮差大的影响。在深水急流中钻探时，也可解决套管拆卸繁琐的难题，同时大大提高了工作效率。根据不同的水流流向规律设计非对称锚位，可确保锚泊定位稳定，该项水域钻探技术处于国内领先水平。

3 项目案例

滨海港某海上风电项目，原勘探单位使用正常的立轴型钻机XY-2型。由于海况复杂，水流急，风浪比较大，屡试不爽，两个平台船在两个月时间内未能取得完整孔资料。我院自荐使用HD-300型海洋钻机前往试验(图2)，海上风电根据其"双十规定"，取风场须距海岸10 km以上，水深10 m以上。本次施工海域距岸边直线距离20.4～22.2 km，水深17 m，设计孔深80 m，技术要求1 m取一个原状样，做一次孔内原位测试。加之清孔即每勘探1 m需起下三趟钻，80 m孔深钻探，HD-300型海洋钻机也需要近3 d。面对苛刻的技术要求，现场用不到20 d时间完成工程地质技术钻孔5个，总进尺407 m，最大孔深85 m，创产值120万余元。现场监理、设计人员均很满意，超出了预期效果。

图2 HD-300型海洋钻机施工平台

深中通道勘察项目施工现场在伶仃洋内，距岸边7～9 km，海况也较复杂，且位于快艇航道中。快艇航行对钻探施工船舶影响很大，普通立轴型钻机多以停待避让，待平台船舶摆晃缓和时再行施工。而HD-300型海洋钻机因使用了动力头钻探，配以波浪补偿装置，在平台船舶受波浪摇晃时能够自行补偿，保证了钻具在孔底平稳钻进。在同等海况环境、同样地层、同等设备钻深能力的情况下，HD-300型海洋钻机工作效率是立轴型钻机的1.25～1.45倍。本项目共完成精细化施工钻孔97个，钻探总进尺2978.48 m(其中基岩进尺1 435.28 m)，创产值357万余元，取得了良好的成绩，得到了设计院现场项目部、现场监理部、深中通道业主的好评。

后续又参加了2个海上风电场的施工勘察工作，这2个项目均位于广东省揭阳市靖海镇东南海域，最近端距离靖海镇陆岸20 km，最远端距离陆岸30 km，水深31～35 m。这两个项目均距岸边较远，水深较大，施工现场正常风力5～6级，浪高1.50 m，施工条件恶劣。涨落潮时普通立轴型钻机施工经常会出现套管顶到立轴头的现象，从而造成立轴头损坏，套管断裂，导致无法正常施工。这些现象在海洋钻机面前均可迎刃而解。

4 结论

通过以上4个项目的使用情况来看，HD-300型海洋钻机的操作比较平缓，噪音小，智能化程度高，操作人员劳动强度小，不需要主动钻杆与立轴倒杆给进，纯钻进时间率高，回次中不要倒杆，采取的岩土样质量保持较好，体现了全液压钻机的智能化优势。海洋钻机波浪补偿装置对于海上波浪补偿功能明显，通过波浪补偿系统补偿使用，减少了海上波浪起伏对钻探施工的影响，显著提高了勘察质量，尤其适用于质量要求高的精细化施工项目中。

下一步工作计划是将HD-300型海洋钻机应用于风力较大、潮差大、海浪相对较大海域，检验其性能及技术参数、操作效果、波浪补偿效果等，证实其先进性及先进程度，扩展其适用范围，为下一步大量配备该类型设备提供决策依据。

在实际工作试验中也发现HD-300型海洋钻机样机还存在一些设计问题，如动力头上的水龙头设计缺陷，不利于接杆与水龙头芯的更换；液压管线虽是集成化设计，但制造中较粗糙，管线试压不稳，布线欠合理，有渗漏现象及未设计渗漏接盘，配件通用性差，费用高等问题。在实践中虽然做了一些改进，但有些问题却需要在样机定型时进行重新设计改正。