在某大型船脱浅救援项目中破除海底吸附力的应用.pdf

NAVIGATION航海390 引 言在沉船或其他装置的打捞领域，由于沉船等水下结构物一般会部分陷入海底泥下，在打捞上浮时，会形成很大的海底吸附力，海底吸附力会受到水底的底质和沉船沉没状态等因素的影响，只能靠经验估算，很难准确估算和判断，也难以采用模型试验测得，有时候这个海底吸附力却可以很大，给沉船打捞带来很大的困难。海底吸附力一直是沉船打捞领域的一个痛点问题，成为沉船打捞起重吨位计算时最不确定的因素，增加了打捞作业的不确定性。上海打捞局于 2022 年 8 月顺利通过了国家重点研发项目 大吨位沉船整体打捞关键技术与装备研制 的验收评审，其中包含一种海底定向钻机，该类钻机主要用于解决沉船船底穿引起吊钢丝的需求。在海底定向钻机的应用研究中，我们拓展了一种可能的应用方向，那就是在钻杆上开孔，将钻杆钻入沉船底部，往钻杆中注入高压水或者空气，扰动沉船底部的底质，破除沉船打捞时的海底吸附力。这一构思形成了基本方法和技术储备，进行了初步试验并申报了专利。2022年9月中旬，多个台风肆虐长三角，造成多座平台、船只缆绳破断漂移搁浅。其中某大型船（以下简称搁浅难船）搁浅在某船厂坞门外。为对其进行脱浅救援，计划采用前述的定向钻机破除海底吸附力的方法作为辅助，前期的技术储备可以用于实践。1 某大型船破吸附力方案该大型船长200m，宽50m，陷入泥下经探测为3m左右，在采用专用定向钻机破除海底吸附力的方案讨论中，初步计划攻入 20 根开孔钻杆到搁浅难船的船底（考虑 2 道余量），由于在码头近旁，计划从码头方向使用 3 台定向钻机攻进，如图 1 所示。图 1 22 道钻进轨迹设计图技术方案有 2 种可选。第一种 A 方案是攻进后钻头穿过船底到对面出泥并再向前出水面，在对面配合的工作母船上将一根带开孔的软管连接到钻头上，然后钻机回拖软管，从工作母船上用空压机向船底吹气，依次攻进 20 余道。第二种 B 方案是定向钻机将钻头后的第一根钻杆直接开孔，钻头钻到船底就停下，将钻机出杆虎口处钻杆卸开，拧上转接口接上空压机直接向钻杆中吹气，钻机则挪移到下一道位置继续攻进。2 套方案相比较，A 方案钻机系统全部可循环使用，对钻头、钻头定位用探棒、钻杆数量的消耗较小，但是需要对面的工作母船配合，且船上的基础供应不如岸基方便，工期相对较长。而 B 方案钻头钻杆、以及钻头定位用探棒不能在某大型船脱浅救援项目中破除在某大型船脱浅救援项目中破除海底吸附力的应用海底吸附力的应用摘要：介绍在某大型船脱浅救援项目中利用破除海底吸附力的实践应用情况，此方案经过将非开挖定向钻机和配套的水泵空压机整合成一个统一的系统，利用钻杆向船底吹气吹水，从而大大降低了海底吸附力。本文首先对某大型船舶的脱浅救援应用进行了介绍，并展望此类工艺的未来应用。关键词：脱浅救援；沉船打捞；非开挖；定向钻机；海底吸附力；破除吸附力蒋 哲 周东荣 张 立（交通运输部上海打捞局，上海 200090）NAVIGATION航海40Marine Technology航海技术循环使用，需要准备 20 余套钻头钻杆及钻头定位探棒套装。这方面材料消耗成本偏高，但是节省了一艘工作母船，且操作简洁，对进度把握比较有利，综合成本也更低。鉴于救援项目需要尽快完成准备工作，时间紧迫，在 9月 24-28 日的大潮汛期间乘最高潮位点拖拉搁浅难船脱浅，考虑工期因素，最终决定选用 B 方案。B 方案将钻杆开孔的样品见图 2。图 2 钻杆开孔样品图钻机和钻杆的选用方面，考虑到外径 73mm 的小钻机钻杆通径只有 28mm，而外径 89mm 的钻杆通径为 36mm，由于最终是为了喷水吹气，通径不宜太小，在一定范围内通径越大效率越高，因此选用外径不小于 89mm 的钻杆以及与其相配套的非开挖定向钻机系统。外径 89mm 的钻杆通常可选用 XZ450 钻机；外径 102mm 的钻杆可选用 XZ960E钻机。在钻杆的开孔方面，全部开孔的截面积取钻杆外径的120%150%都可，为增大喷冲面积，可在 1 根钻杆上开孔，也可在 2 根连续的钻杆上开孔。钻头定位方面，选用无线定位方式。因为钻头有线定位方式需要在钻杆内连接通信电线，且每钻进一根都需要接线，效率较低，容易出错，一旦喷水或吹气时有1根线缆脱断，就可能被吹到钻头处，甚至打结堵死钻杆开孔，而选用无线定位方式就没有这些烦恼，只是定位需要定位导向手乘坐小艇去到钻头上方，定位导向手比较辛苦，且由于受铁磁体干扰，需要有一定的经验才会定位计算。2 现场攻进过程现场攻进顺利进行，在 23 日晚已攻进 14 道，开始喷高压水并往钻杆中吹高压空气，可在搁浅难船周围看到明显的冒泡，说明开孔钻杆可有效吹气吹水。根据码头现场用全站仪检测的数据，将搁浅难船 20 20 的数据与 21 20 的数据对比，船艉上升了 369m，船舯上升了 31mm，而船艏则下降了约 200mm。这段时间属于涨潮期间，据此推断：船艉位置随着涨潮会上浮一点，船艏还是搁在浅滩泥面上，但是被泥下钻杆吹气吹水扰动有所下沉，这样的情况对搁浅难船后续的脱浅是很有利的。根据该结果，项目组与业主方充分沟通后，决定调整后续钻进的方案，剩余的 8 道钻进路线全部集中到搁浅难船的船艏位置，9 月 24 日下午，8 道钻进路线全部完成，置于搁浅难船的船艏部的下方。最终，搁浅难船的船艏下方一共打入了 14 道开孔钻杆，可以高压吹气。这也是 B 方案可便于调整优势的体现。24 日晚上的高平潮阶段，项目统筹指挥，由多条拖轮带缆拖带加上船底的 21 道开孔钻杆高压吹气破除海底吸附力的共同作用下，搁浅难船顺利脱浅，最终靠泊到码头带缆，该大型船脱浅任务圆满完成。3 结 论经过该大型船脱浅救援项目的实践应用，利用非开挖定向钻机破除海底吸附力的构想获得了有效的验证，在未来的沉船打捞或其他水下结构物的打捞工程中，此工艺方法可大幅破除沉船或者水下结构物的海底吸附力，解决了海底吸附力通常较大且不好估计的不确定性难题。大吨位沉船打捞海底吸附力一般按照沉船总吨位的百分比估算，动辄达数千吨，此方案破除海底吸附力效果明显却成本相对低廉，以往的海底吸附力这部分提升吨位基本就可以忽略了，因此，此工艺方法的经济性也很显著。并且，沉船打捞提升的总吨位大幅降低，也有利于总体起吊系统的安全稳定，对总体起吊系统的结构强度等方面也多有益处，整个沉船打捞过程的风险系数也有所降低，利用非开挖定向钻机的钻杆开孔并整合空压机从船底吹气破除海底吸附力的工艺方法在今后的沉船打捞工程中将大放异彩。参考文献1 王传雷,路维民,王洪松,等.磁法探测木质沉船的应用实例 J.物探与化探,2018,42(2):708-711.2 边刚,刘雁春,婓文斌,等.海洋工程中磁性物质探测时探测间距和探测深度的确定 J.海洋技术,2008,27(2):41-46.3 杨庆宇,赵俊生,边刚,等.基于最小而成的磁性目标磁矩确定方法 J.海洋测绘,2019,39(4):36-40.4 周鹏,曾捷,梁大开,等.五棒式边长可调整海缆探测天线阵及其探测方法 J.仪器仪表学报,2013,34(3):657-663.5 陈俊杰,易忠,孟立飞,等.基于欧拉方法的多磁偶极子分辨技术 J 航天器环境工程,2013,30(4):401-406.