２０１５年第１期 海洋地质 ７９ 海上工程地质钻探安全分析 莫建杨楠任旭光著 （广州海洋地质调查局。广州５１０７６０） 摘要：海上工程地质钻探是工程地质勘察中最直接了解海底地层情况的最重要、最可靠的手 段之一。但由于其设备众多，工作程序繁琐，加上海况复杂和海底地形多变等客观原因，往往 在作业过程中存在多种安全隐患。本文以分析海上工程地质钻探施工过程中可能存在的隐患为 中心，结合近几年来广州海洋地质调查局“奋斗五号”船实施的海上工程地质钻探过程中所经 历的各种安全风险，对海上工程地质钻探中的安全隐患进行分析，提出相应的预防措施，并对 海上工程地质钻探安全管理中应遵循的原则问题进行了总结。 关键词：海上工程地质钻探；安全生产；安全隐患；预防措施 Ｍａｒｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ＭＯ Ｊｉａｎ，ＹＡＮＧＮａｎ，ＲＥＮＸｕ－ｇｕａｎｇ （Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｍａｒｉｎｅ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０７６０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｒｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，ｂｙ ｗｈｉｃｈ ｏｎｅ ｃｏｕｌｄ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｏｆｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｈｅ ｔｓ￣ａｔｕｍ ｏｆｓｅａ ｂｏｔｔｏｍ．ＨｏｗｅｖｅＬ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆｉｔｓ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ａｎｄ ｉｓ ｔｔｅｄｉｏｕｓ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ， ｃｏｕｐｌｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｓｅａ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ｏｆ ｓｅａ ｂｏｔｔｏｍ ｎｄ ａｏｔｈｅｒ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｒｅａｓｏｎｓ， ｈｅｍ ｗｔｉｌｌ ｂｅ ｍｕｌｉｔｆａｒｉｏｕｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｓａｆｅｔｙ ｈａｚａｒｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｈａｔ ｔｍａｙ ｈａｐｐｅｎ ｄｕｒｉｎｇ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｒｉｌｌｎｇ．Ｂａｓｅｄ ｉｏｎ ａｍｏｕｎｔｓ ｏｆｄａｔａ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ＧＭＧＳ Ｒ／Ｖ ＦｅｎＤｏｕ Ｖ ｗｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆｒｉｓｋｓ ｏｆｍａｒｉｎｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ，ｗｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｔｈａｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｉｎ ｓａｆｅｔｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆｍａｒｉｎｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｒｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｒｉｌｌｎｇ；ｓａｆｉｅｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｓａｆｅｔｙ ｈａｚａｒｄ；ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎａｒｙ １ 引言 由于海上工程地质钻探是以获取海底各地层岩心及原状样为目的，所以它是海洋工 程勘察中最直接了解海底地层情况的最重要、最可靠的手段之一。在海上实施工程地质 钻探，由于以钻探船为主要载体，并通过双层或多层套管穿越水体，容易受到风、浪、 流、潮、涌、台风、季节、海区、各种地质情况及工期限制的影响，其各个环节施工工 艺和程序比较复杂，因此存在着各种各样难以预计的人身、船舶、设备、管材和钻孔事 故等安全风险。轻则使钻孔报废、管材丢失、钻进效率低下、钻探成本升高，重则造成 ８０ 海洋地质 ２０１５年第１期 海上钻探设备损坏、人员伤亡、甚至钻探船舶发生重大安全事故。为了避免给国家和单 位造成重大损失，笔者结合广 、Ｉ＇１海洋地质调查局“奋斗五号”船在近几年实施的海上工 程地质钻探过程中所经历的各种安全风险，对海上工程地质钻探中的安全隐患进行分析， 提出相应的预防措施，并总结海上工程地质钻探安全管理中应遵循的主要原则。 ２ “奋斗五号＂船海上钻探施工概况 “奋斗五号”船为广州海洋地质调查局一艘工程地质钻探船，总长６８ ｍ，型宽１０ ｍ， 满载排水量１ ０９１ ｔ。船上配备４个重１．５ ｔ的特种大抓力锚，锚绳长８００－￣１１００ ｍ，采用 船载ＨＧＤ一３００型海洋工程勘察钻机进行施工。近五年来，该船在南海、东海、黄海等 海域采用常规的工程地质钻探方法完成了２６个孔的全取心任务，总进尺１ ７６８ ｍ，见 表ｌ所示。 表１ 奋斗五号船近几年的钻探施工情况 作业时间（年） 钻孔数（个） 总进尺（ｍ） 作业水深（ｍ） ２０１０ ８ ６９４．８ ７～８４ ２０１１ ２ ６０．２ ６６ ２０１２ ３ ９０－３ ６６ ２０１３ ９ ６３３．６１ ２３～７８ ２０１４ ４ ２８９．１５ ２５～７６ ３主、客观因素对海上钻探施工的影响 通过“奋斗五号”船在以上海区的施工情况进行安全分析，对海上钻探施工的影响 因素主要有以下方面： ３．１主观因素的影响 （１）施工管理出现问题，造成作业组人员搭配不合理；劳动保护不到位；劳动时 间过长；海上人员生活及身体不适；激励机制不够。对安全技术教育不重视，工人的安 全操作技术知识贫乏，对安全操作规程不熟悉，违章作业，有章不循、麻痹大意等［１］ｏ （２）在钻进和升降钻具过程中，各种机械设备、升降系统都在运转，操作人员稍 有不慎都将造成伤亡【２］。 （３）在海上钻探工程中，抛、起锚需要根据潮汐、水流、风向等选择时机；隔水 管沉管需要根据潮汐、水流等选择时机；每天的钻进要根据当天的水流变化选择时机下 钻；甚至完孔以后的起管也要根据水流变化选择时机。显然，把握好有限的作业时机尤 为关键，否则良好的时机稍纵即逝，需要等待下一个机会的到来，要么几小时，要么一 个潮汐周期。 （４）所实施的钻探方法和工艺不合理，轻则延误工程进度或停工，重则发生事故， 莫建等著，海上工程地质钻探安全分析 ８ｌ 危及人身和设备的安全。 （５）海上钻探作业不可预知性大，许多时候是摸着石头过河。由于客观环境时刻 的变化，有时是主、客观因素的共同作用，会突发预想不到的事件或事故，在处理事故 过程中，要求钻探人员特别严格地无条件遵守所有安全技术规程。违反这些规程，可能 导致十分严重的后果，以至人身伤亡【３】、设备损坏，造成二次事故。 ３．２客观因素的影响 海上实施工程地质钻探，由于以船舶为钻机系统的载体，必然受到风、浪、流、潮、 涌、天气、水深、底质、地层等各种客观因素的综合影响，这是与陆地钻探的最大不同。 （１）海水深度的影响 ①水深增大，船舶的抛锚难度和风险加大，作业时间随即成倍增加； ②水深增大，从开孔到终孔所需要的作业时间长，各种风险急剧增加； ③水深增大，隔水套管极易产生自然弯曲，而且水流对套管弯曲的作用更为明显。 影响到一定程度后，钻具不能下入到套管内，造成停工； ④水深增大，每个钻进回次钻具所需的往返时间长，而且采集的样品在管内滞留 时间长，容易掉样，造成无功而返和作业效率下降； ⑤水深增大，钻杆连接增长，钻杆极易变形，与套管内壁的摩擦位置增多，使钻 进动力损耗大，机械效率低。 （２）海流、潮汐、浪涌的影响 ①海水流速对钻探的影响随水深的增大而愈加严重，当流速达到一定程度时，隔 水套管会产生严重的弯曲，钻具不能下入到套管内，造成停工。海流流速大时，船舶的 艏或艉会单方向受力，造成艏或艉出现左右摆动现象，影响船的稳定性，严重时需停工 等待； ②潮汐的变化，会增加作业的复杂性，意味着降低了施工效率。涨潮时需要加接 短套管，落潮时需要减拆短套管。船随潮水涨落的起伏，会将隔水管拔起或使隔水管底 端顶在海底上造成套管的弯曲。船舶也会由于涨落潮时锚缆的松紧程度不同，使船的稳 定性变差： ③浪涌大会对钻探设备带来损害，大浪涌可将动力头抛起，然后动力头又自由坠 下，巨大的冲撞力给钻机操作带来很大的风险，操作时必须小心谨慎，否则就会损坏钻 机和发生人身事故。 （３）底质、地层的影响 ①底质硬给船舶的抛锚作业带来极大的困难，抓锚下沉浅，锚抓力不够，极易造 成走锚； ②底质硬给隔水管的沉管带来极大的困难，隔水管不易垂直下稳，沉管成功率和 效率都很低； ③复杂多变的地层，会使套管封不住水，无泥浆上返，作业效率迅速下降。如果 遇到厚度大的沙地层，孔内极易塌陷，轻则每个回次要付出更多的作业时间；重则引起 埋钻事故，可能要丢弃钻具甚至弃孔。 ８２ 海洋地质 ２０１５年第１期 ４安全隐患分析与预防 ４．１安全隐患分析 根据“安全”是海上施工中“重中之重”的工作原则，回顾以往海上钻探工作过程 中出现的各种安全现象并加以总结分析，可将钻探安全隐患大致分为以下几类： （１）船舶抛锚定位后的跑锚。海水的流向流速会对抛锚产生很大影响，甚至已经 抛好锚，锚位也可能发生移动。一旦锚位发生移动，钻杆和套管就会发生倾斜，轻则损 失套管和钻杆，重则卡在井口使船不能移动。 （２）海上钻探设备复杂，工序繁琐，施工条件恶劣，加上海水对设备的腐蚀及对 电路的影响，使变频器程序出现混乱或电子电路出现故障，造成严重的安全事故。其中 较为常见的钻机正反转倒置，使拧卸钻具的作业工具突然松动造成人员伤亡。 （３）由于主卷扬机钢缆突然断裂或液压油路故障，动力头悬挂或作业过程中的突 然坠落，造成钻探设备的重大故障，也可能造成人员伤亡。 （４）在如今的钻探配件市场上，绝大数专用工具及管材配件只针对陆地钻探工程， 不完全适合海上深水深孔的钻孔作业，其材质的好坏也很难鉴别，这是造成强力起拔时 钻具等零部件破裂破碎的重要原因，而破碎后的碎片会飞出射入人体而造成人员伤亡。 （５）当有泥浆循环系统出现故障时，需要经常对泥浆泵、循环管道、控制阀、高 压水龙头进行撤卸、检修、清洗。在极为频繁的拆卸及紧张的钻探过程中，作业人员可 能会忽略打开卸压阀，循环系统内的高压泥浆将携带着沙石等以３～５ Ｍ．Ｐａ的压力喷涌 而出引起的人身安全事故。 （６）各类管材起落过程中，由于钻探管材提升装置设计的专业性和特殊性，对提 升器往往不能正确使用，从而埋下重大安全隐患，容易造成重物的突然坠落。 （７）各类管材在搬运、移动的过程中，人员配合不当而造成的砸手砸脚安全事故； 或在平台上拆卸钻具时由于钻具的反弹力造成对人体的伤害；或工作服变形后不合体而 卷入高速旋转的机器造成的人身伤害。 ４．２安全隐患预防措施 （１）２４小时观察锚位变化，同时由海流计记录海水流速流向变化以降低风险。 （２）针对系统出现的各种问题要对相应的设备及部件作出一定的技术改造；建立 长期有效的维护机制，坚持日常保养设备及实时监控。 （３）作业时严格执行操作规程，尽可能保证系统处于正常的工作状态；必须加强 钻探工作人员专业素质培训，严格履行各种操作规程，做好各工种间的配合，重点是加 强人员对各种故障及事故的认知、预判和处理能力，养成定时进行设备维护检查的习惯； 同时需强化钻探人员的安全意识，杜绝散漫随意的工作态度。 （４）在硬件方面，必须配备特殊的、不同作业环境的、满足海上钻探作业安全的 各种劳保用品。在配备常规劳保用品的基础种类之上，增加护眼、护颈的劳动保护措施； 同时提高船上医务人员的专业水平，配备必要的医疗器械及药品。 （５）从软件方面着手，继续严格完善各种钻探规程，从各个方面加强钻探安全管 莫建等著，海上工程地质钻探安全分析 理，通过各种形式的钻探培训，提高工人的钻探安全意识；同时业务部门的负责人要具 备较为丰富的海上钻探经验，还要具有较强的人员管理能力，具备团队意识，掌握人员 思想动态，善于做好思想工作，带好钻探队伍。 ５海上钻探安全管理应遵循的主要原则 为了控制风险、预防安全事故，海上钻探作业管理应遵循以下原则： ５．１对钻探主体要有明确的认识 对钻探船舶、钻探设备和钻探队伍要有深刻的认识。明确钻孔水深、钻孔孔深是否 达到船舶、钻探系统的极限能力，钻探管材及钻探工艺设备的配制是否满足钻探技术要 求，各种钻探消耗材料、各种打捞工具及配件数量是否能满足总体钻探工程的消耗及事 故处理需求。 ５．２明确海上钻探目的，做好施工前的技术交底工作 明确钻探勘察目的，对钻探技术要求或实施方案进行详尽的了解。全面的收集查阅 钻探勘察所执行的各种规范标准，同时与设计单位就技术要求、组织管理、施工方法及 工艺、原位测试方案、海上资料整理、室内试验项目、成果报告编写等情况进行详尽的 沟通。 ５．３收集资料。制定预案 搜集施工海区的各种气象、水文、地理位置信息、海底底质、大致海底地层资料， 确定钻探方法和工艺，预估海上生产作业所将遇到的问题，制定有效的应急预案。 ５．４钻探专用工具的准备 目前钻探市场上大部分材料主要针对陆地勘察，其管材、工具的品质往往难于满足 海上施工要求，是海上钻探施工事故发生的主要原因之一。因此，要把好采购的质量关， 在数量上要有充足的备份。同时，对一些特殊的工具进行针对性的改进制作。 ５．５要以人为本 海上钻探作业任务的安全、优质、高效完成，除了钻探技术管理者本身具有的专业 素质和组织管理能力之外，还要善于带好能吃苦耐劳的钻工队伍，充分调动他们的工作 积极性和主观能动性，了解他们的思想，主动解决他们的困难或诉求，经营好钻工之家。 因此，必须坚持“安全第一、以人为本”的管理原则。 ６结语 海洋工程钻探本身就是一项高危作业，它与人、机、环境等有着密切的联系。特别 是小口径的海洋地质钻探施工较为繁琐复杂，涉及面比较广泛，再加上一些海上钻探人 员钻探安全理念较为薄弱，每项工作稍不注意就会发生危险，各种安全隐患无处不在。 为了实现安全生产，一方面需要配备满足海上钻探作业安全条件的各种设备及劳保 用品：另一方面，需严格遵守钻探作业指导书、钻探操作规程、安全规程，从各个方面 不折不扣地加强钻探安全管理，通过各种具体情况的仔细讲解和深入分析，提高钻探人 海洋地质 ２０１５年第１期 员的自身安全意识，达到治标又治本的目的。几年来的海上钻探施工，各种安全状况层 出不穷。因此，必须吸取各种经验教训，以“史”为鉴，未雨绸缪，尽最大努力从各个 环节预防海上钻探安全事故的发生，真正做到“安全生产”。 参考文献 ［１】 修宪民，李启佑．探矿工程概论．北京：地质出版社，１９９２． ［２ ２］覃家海．地质勘探安全规程读本．北京：煤炭工业出版社，２００５． ［３３］ （苏）Ｂ・Ｍ・列勃里克．工程地质钻探手册．北京：地质出版社，１９８８ ［作者简介］ 莫健（１９７６一），男，现在广州海洋地质调查局海洋地质勘查技术方法所。从事海 洋地质钻探及海洋地质取样工作．联系方式：０２０．８２２５０７７３ ［审 稿］ 张志刚，杨丽娟，范广慧