海对海定向钻穿越平台的稳定措施

叶立安　赵军

摘 要：海对海定向钻穿越的主要难点在于需在海上建立起能够适应潮汐变化和满足钻机足够拉力的施工平台，保证水中钻杆的稳定。以2022年的黄泽山-鱼山原油管道海对海定向钻穿越工程为例，介绍了海上定向钻平台和钻杆的稳定的措施，为今后的海对海定向钻穿越施工平台的选择积累了宝贵经验。

关键词：海对海；定向钻；海上平台；稳定措施

中图分类号：TE52                                 文献标识码：A                                  文章编号：2096-6903（2023）12-0098-03

1 工程概况

1.1 项目简介

黄泽山-鱼山原油管道项目位于浙江省舟山市，管道起于黄泽山油品储运贸易基地，止于鱼山绿色石化基地，全长约46.5 km，其中海底管道约45.7 km，站内管道路由长度约0.8 km，管道为不加热密闭输送，全线设有2座站场。首站位于黄泽山油品储运贸易基地，末站位于鱼山岛，为大小鱼山的舟山国际绿色石化基地提供原油。

管线设计输油量为2 000万t/年，具备远期增输至3000万t/年输送能力，设计压力6.5 MPa。海底管道定向钻段包括两处海对海定向钻及其连接管段。该段管道采用单壁配重管结构，钢管规格为Ф813 mm ×23.8 mmAPI5LPSL2×65MO级直缝埋弧焊钢管。定向钻段的配重层厚度为40 mm，定向钻间的管段的混凝土配重层厚度为130 mm。定向钻1导向水平长度为737 m，定向钻2导向水平长度为1 025 m，施工位置水深17 m。定向钻穿越地层主要为粘土和淤泥质粉质黏土，该地层较适合定向钻穿越施工。

1.2 自然条件

海底管道路由区所在海域属北亚热带季风气候区，冬冷夏热，四季分明。冬季受北方冷高压控制，盛行西北风，冷而干燥。夏季在西北太平洋副热带高压笼罩下，多东南风，暖热湿润；春秋是季风的转变期，多阴雨天气。

本项目施工位置位于大鱼山至黄泽山之间的海域，工程区附近岱山长期站的历史实测最高潮位为3.08 m。该区域属于滨海地貌，区域内涨潮、落潮流速急，且涌浪大，对施工船有一定影响。

2 海对海定向钻穿越的特点

海对海定向钻穿越的主要难点在于定向钻施工场地位于海上，一般要在穿越两端分别布置施工平臺，其中施工平台及平台上施工设备的选择，需参考具体项目情况及施工海域环境、地质条件等。

海对海定向钻穿越施工可以船舶作为施工平台，待相关船舶、钻机设备及辅助设施就位后，定向钻机根据设计的穿越曲线进行导向孔钻进和扩孔，钻机能力需与穿越时海管回拖拉力配套。扩孔完成后，经评估满足管道回拖条件后进行管道回拖作业。

目前常用的回拖管道预制主要有两种形式。一种是由铺管船在管道回拖前先将管道预制完成并沉放海底，具备回拖条件后，将回拖管道的管头与回拖钻具连接再进行管道回拖。另一种方式是具备回拖条件后，将回拖钻具与铺管船作业线上的管道连接，随后钻机与铺管船同步进行管道预制、回拖[1]。

定向钻施工时间必须要保证施工连续性的特点，而海对海定向钻穿越受施工海域环境影响较大，所以海对海定向钻穿越需选择合适的施工窗口期，避免因受环境影响而停工，导致施工风险增大的情况。

3 海对海定向钻穿越平台

由于海对海定向钻穿越的出、入土点均位于海上，所以海对海定向钻实施的前提，是需要在海上有一个能够承载定向钻所需施工设备摆放、作业的施工平台。此平台应不仅能适应潮汐变化，还需在钻机作业时能够提供足够的抗拉能力，保证平台与海床之间海水中钻杆的稳定。

目前主要有自升式平台和特殊改装的驳船作为定向钻的海上施工平台，自升式平台在国外曾有案例，本文介绍的黄泽山-鱼山原油管道海对海定向钻穿越工程，采用的是经设计优化后的专用定向钻施工船“天择一号”。在施工中，该船的可靠性、稳定性、灵活性为工程成功实施提供了基础保障。

3.1 自升式平台

自升式平台在定向钻施工中的特点是施工过程中不受潮汐影响，适应连续作业、安全稳定，但运输、安装相对复杂，成本也相对较高。常规的自升式平台未考虑横向载荷，为承受钻机的拉力，还需在钻机前端增加抵抗横向载荷的钢管桩。钻杆在水中悬空段的稳定性问题，主要通过在海中每间隔一定距离安装支撑桩来约束钻杆位置，从而保证钻杆的稳定。自升式平台在国外已有成功应用于海上水平定向钻施工的先例，但国内适于定向钻使用的自升式平台资源很少，尚无实际工程施工案例。

利用自升式平台作为钻机施工场地的常用布置如下：在入土端利用自升式平台搭建钻机施工平台，由于平台场地有限，施工时把泥浆系统摆放在一艘驳船上。在出土端布置一艘驳船用于上、卸钻杆钻具等操作。在定向钻进期间，安排一艘浮吊船往返于入土端与出土端之间，主要负责辅助两端钻杆钻具的上卸等操作。海上穿越施工时，入土端与出土端平台、驳船相对位置平面图如图1所示[2]。

海上的钻机施工平台采用自升式，平台尺寸要求能够满足钻机及其动力源、钻杆、钻具等摆放要求。定向钻用的泥浆系统以及其他配套设备可摆放在驳船上，驳船通过抛锚固定并捆绑在钻机平台附近。钻机平台的锚固以及设备布置示意图如图2所示[2]。

3.2 驳船平台

特殊改装的驳船特点是资源充足、安全可靠、适用性强、运输方便、安装便捷、成本较低，但在施工过程中驳船受大风、台风等因素影响中断施工的风险较大，驳船受潮汐的影响上下浮动，稳定性稍差，且需能够适应潮汐变化可升降的钻机才能正常作业，钻机的拉力主要靠船舶的锚系来提供。

黄泽山-鱼山原油管道项目海对海穿越入土侧以经过专门设计优化的“天擇一号”钻机船作为穿越施工主作业平台，出土侧以一艘120 t浮吊船作为辅助施工作业平台。

“天择一号”钻机船上安装有600 t水平定向钻机（HY-6000型），MP-2500型电动泥浆泵（最大流量为2 500 L/min，最高压力为10 MPa）及NJ-500型泥浆处理系统（处理能力为500 m3/h）等完整的定向钻施工设备。

除海上定向钻施工功能外，“天择一号”钻机船具备完整的海上铺管作业能力，具有管道焊接、检测、防腐等配套设备，张紧器张力160 t，海上铺管能力为250 m/d。

入土侧定向钻平台和钻杆的稳定措施具体有以下几种。

3.2.1 定向钻平台的稳定措施

3.2.1.1 定向钻平台水平稳定措施

采用“天择一号”定向钻机船（如图3所示）作为定向钻施工浮动平台。“天择一号”钻机船长76.2 m，宽24.38 m，型深5.5 m，总吨位为2 645 t，甲板承载能力20 t/m2，四角配置10台120 t锚机，并配备有10口8 t的“△”型大抓力锚，可为船上钻机提供至少600 t的水平抗力。

平台的水平稳定性依靠驳船自身的锚机提供。工作时，通过锚点和船位的GPS数据，实施监控船舶位置数据。通过锚缆张力传感器实施监控锚缆张力，保证整个施工过程船位精准，出现问题能够提前预警。

3.2.1.2 定向钻平台纵向稳定措施

对于驳船上钻机的纵向稳定（抵抗潮汐能力），由钻机下方的纵向补偿系统升降装置（如图4所示）来弥补潮差对钻机高程的影响。导向孔钻进阶段，使用钻机升降装置来保持钻机的钻进轴线与钻杆支撑套管同心，当进入扩孔和回拖阶段时，除使用钻机升降装置外，还可利用钻杆的弹性和水深，消除潮差影响。

3.2.2 定向钻钻杆稳定措施

3.2.2.1 导向孔阶段钻杆稳定措施

导向孔阶段，钻杆要受到钻机的推力，在海水中的钻杆由于没有径向约束，容易失稳，所以在钻导向孔时，入土段海水中的钻杆采用桩支撑安装套管的方式进行径向约束，保持导向孔阶段钻杆稳定。

如图5所示，在海水中的套管采用带弧度安装的方法，以缩短套管安装距离，保证套管下端角度与入土角度一致，上端角度15～18°。安装套管直径406 mm，套管支撑桩直径为610 mm。在钻机船上，通过钻机下方的升降装置来使钻机轴线对准套管中心。

3.2.2.2 扩孔阶段钻杆稳定措施

扩孔时，钻杆处于受拉状态，为了保持钻杆稳定，给处于海水中的钻杆提供一个支撑力，使钻杆保持垂直方向的稳定即可。导向孔完成后，拆除导向孔套管，将两根支撑桩之间的套管定位装置更换为支撑钻杆的横梁。

3.2.2.3 回拖阶段钻杆稳定措施

定向钻回拖时，需要从孔内拉出管道，与后续海管段接续，在回拖前，就需要将钻机船后移。拆除扩孔期间使用的钻杆支撑横梁，使定向钻管道回拖路由处于一个净空状态。钻杆此时的稳定性依靠钻机船前端的钻杆张紧器保持，整体工作示意图如图6所示。

4 结束语

实践表明，“天择一号”钻机船能够适应潮汐变化，满足钻机的拉力，可保证水中钻杆的稳定。浮吊船、铺管船可以很好地配合入土端钻机完成钻孔、扩孔、回拖等作业，本工程搭建的平台稳定、可靠，顺利地完成了海底管道的穿越。黄泽山-鱼山原油管道项目是国内首条海对海原油管道定向钻穿越工程项目，其施工工艺为今后的海对海定向钻穿越工程平台的选择及工程施工积累了宝贵经验。

参考文献

[1] 张捷，孙国民，余志兵，等.海管水平定向钻穿越方案研究[J].石油和化工设备，2016，19（8）：29-33.

[2] 邹星，贾旭，尹刚乾.海对海定向钻穿越技术研究[J].管道技术与设备，2015（2）：43-46+59.

收稿日期：2023-08-24

作者简介：叶立安（1972—），男，浙江丽水人，本科，工程师，研究方向：能源工程。