建造程序和工藝對海洋鉆機(jī)模塊建造工期影響的研究

溫良波（中海油田服務(wù)股份有限公司綜合服務(wù)事業(yè)部 天津 300451）

引言

全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,使得石油的消耗越來越大。雖然世界各國已經(jīng)不斷地進(jìn)行各種新能源的開發(fā)，但是全球石油資源的短缺,油田的開發(fā)難度也日趨復(fù)雜化。因此，海洋石油工程裝備制造產(chǎn)業(yè)是直接關(guān)系到油氣資源開發(fā)，影響國內(nèi)礦產(chǎn)能源采掘進(jìn)程的技術(shù)和制造產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前，我國海洋石油開發(fā)主要以中國海洋石油總公司、中國石油海洋公司和中國石化勝利油田為主，海上油氣田開發(fā)中，模塊鉆機(jī)與自升式鉆井平臺相比有著總鉆井費(fèi)用較低的優(yōu)勢，可以取得好的經(jīng)濟(jì)效益。

模塊鉆機(jī)是布置和安裝在海上固定平臺上的，依靠或部分依靠固定生產(chǎn)平臺支持的模塊式鉆井裝置。我國的模塊建造技術(shù)在2008年已經(jīng)由中海油田服務(wù)股份有限公司申請了自主專利。2009年的渤海遼東灣XX36-1K模塊鉆機(jī)也是國家863重點(diǎn)科研項(xiàng)目，并由中海油田股份有限公司成功建造完成并投入使用。目前，參與模塊鉆機(jī)建造的企業(yè)多數(shù)依托船舶建造資源和海洋工程資源，各企業(yè)的建造方式存有很大差異。建造場地資源的不同，建造程序和工藝的選取不同，因而在建造工期和成本上有著天壤之別。[1]，[3]

一般鉆機(jī)模塊主要有鉆井設(shè)備模塊(DrillingEquipment Set,DES)、鉆井服務(wù)模塊(DrillingSupportModule,DSM)和散料儲存橇(P-TANK模塊)等。鉆機(jī)模塊采用陸地建造后裝船,分成3-5塊整體起吊安裝到海洋平臺上。也有的海洋模塊鉆機(jī)模塊劃分較小,采用平臺自身吊機(jī)多次吊裝的方式安裝到平臺上,如圖1所示。[2]

圖1 海洋鉆機(jī)模塊整體布置和拆分裝運(yùn)

一、影響建造工期的重要因素分析

模塊鉆機(jī)建造項(xiàng)目一般要經(jīng)過業(yè)主的基本設(shè)計(jì)，總包商的詳細(xì)設(shè)計(jì)、加工設(shè)計(jì)和設(shè)備采辦、材料采辦和現(xiàn)場建造，海上安裝等過程。項(xiàng)目工期的總長度由關(guān)鍵路徑中的每一個關(guān)鍵活動決定，即為每項(xiàng)關(guān)鍵活動的工期總和。在此類項(xiàng)目中采辦階段的主要設(shè)備采辦周期，尤其是卡特彼勒等廠家為首的工程設(shè)備供應(yīng)商的產(chǎn)品，吊車、柴油發(fā)電機(jī)組，是進(jìn)口設(shè)備周期最長的；井架、泥漿泵，這些是建造工期較長的鉆井專業(yè)設(shè)備，多數(shù)已經(jīng)國產(chǎn)化，在設(shè)計(jì)工作中相關(guān)部分設(shè)備規(guī)格書完成后，進(jìn)行采辦工作，隨后在設(shè)備到貨后進(jìn)行安裝，設(shè)備安裝工作完成后，結(jié)合整體模塊的進(jìn)度，進(jìn)行建造期間的系統(tǒng)調(diào)試，確保海上安裝工作零調(diào)試。這就是確定工期的一種方法，下面以典型的7000米鉆機(jī)項(xiàng)目的建造工期為例，對項(xiàng)目現(xiàn)場建造階段影響建造工期的因素進(jìn)行分析：

表1 典型鉆機(jī)模塊建造工期計(jì)劃

1.物料和設(shè)備的采辦

設(shè)備的采辦周期很大程度上決定著項(xiàng)目的建造工期。因?yàn)樵诮ㄔ焓┕ぶ?，設(shè)備的到位影響建造中的機(jī)械安裝和電氣、配管的連接工作，如果大尺寸的設(shè)備不能按時到貨，艙室間的封頂和圍壁封倉就不能進(jìn)行，如果預(yù)留設(shè)備進(jìn)倉的通道則影響該位置的其他專業(yè)施工。

材料的采辦對項(xiàng)目工期的影響是顯而易見的。海洋模塊鉆機(jī)項(xiàng)目中的生產(chǎn)周期長的物料主要是特殊材質(zhì)或者特殊規(guī)格的產(chǎn)品，如管線類的鎳銅管線、玻璃鋼管線，舾裝專業(yè)的定制舾裝板。這些材料的到貨時間都將對項(xiàng)目工作產(chǎn)生影響，尤其是影響建造程序的選擇。

2.車間預(yù)制

在建造程序的選取中，車間預(yù)制將是影響建造項(xiàng)目工期的一個因素。在建造過程中的天氣因素對項(xiàng)目進(jìn)度有一定的影響，不管是風(fēng)還是雨都會影響建造工作中的一些作業(yè)，尤為重要的是焊接、涂裝施工。例如，噴砂和噴漆作業(yè)對空氣的濕度要求很高，否則很難達(dá)到質(zhì)量上的要求；焊接工作如果采用效率較高的氣體保護(hù)焊，就要盡可能的降低風(fēng)的影響，以保證焊接的質(zhì)量。

另外，車間預(yù)制時可以依靠車間內(nèi)的資源，如大型起重設(shè)備，自動化焊接設(shè)備，這些都將影響到建造的方案，或者工藝。如果資源充分的條件下，可以將模塊鉆機(jī)的分片做的大一些，單片上在車間預(yù)置的其他專業(yè)可以提高完成的程度，例如管支架，電纜馬腳等安裝。

3.設(shè)計(jì)進(jìn)程的影響

設(shè)計(jì)工作同樣也會影響項(xiàng)目建造的工期。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，設(shè)備和材料的采辦規(guī)格書產(chǎn)生，各種料單和清冊也都是詳細(xì)設(shè)計(jì)的成果。而在加工設(shè)計(jì)階段，施工作業(yè)需要的相關(guān)圖紙、施工程序等技術(shù)文件就是直接影響建造進(jìn)度的因素，必須保證設(shè)計(jì)工作的及時才能保證按計(jì)劃施工。

設(shè)計(jì)工作的準(zhǔn)確性也是影響進(jìn)度的，沒有返工的設(shè)計(jì)那將大大提高工作效率，節(jié)約時間。很多項(xiàng)目實(shí)際中會遇到原本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)位置和其他專業(yè)相互干涉的現(xiàn)象，這樣的設(shè)計(jì)工作帶來的就是重復(fù)進(jìn)行相同位置的相同工作，也就是返工。

4.正確選擇程序和工藝

建造程序是根據(jù)現(xiàn)有的場地、大型設(shè)備、施工機(jī)具、人力資源和項(xiàng)目要求制定的，是決定建造工期的最主要因素。一個項(xiàng)目的建造方案是項(xiàng)目建造的原則，也就是決定建造工期是以月為單位還是以天為單位的。建造的工藝也在很大程度上對建造進(jìn)度和建造成本起到促進(jìn)、推動或者相反的作用，當(dāng)分清楚哪些由配套廠或?qū)I(yè)協(xié)作廠預(yù)制，哪些在場地總裝，采用何種設(shè)備進(jìn)行施工，合理的對上面的因素取舍都將極大的縮短建造項(xiàng)目的工期，如果沒有充分利用資源或者不具備足夠的條件則很難確保較短的建造工期。

二、國內(nèi)鉆機(jī)模塊建造的主要方式和建造程序介紹

模塊鉆機(jī)建造中，鋼結(jié)構(gòu)的工作量較大，其他專業(yè)也都是附著在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行施工的。這個專業(yè)的完工也就將項(xiàng)目施工的主體或者框架完成了，后面的工作才有了依托，也就可以把預(yù)制的各種部件或設(shè)備直接安裝。因此下面討論的主要是結(jié)構(gòu)專業(yè)的幾種建造程序和方式。

表2 建造部分專業(yè)在項(xiàng)目造價中的比重

1.正造法和反造法

正造，即按照傳統(tǒng)的順序制作和安裝的方式，在進(jìn)行模塊建造時，先制作最下一層的甲板，即組對框架然后在框架上鋪板，完成后安裝立柱再進(jìn)行第二層的甲板制作并安裝到一層上，依次順序從下往上制作成模塊，然后進(jìn)行各層的其他專業(yè)施工。

反造，即把每個甲板片底面向上甲板面向下擺放，組對、制作甲板，然后安裝框架，下一步同時進(jìn)行其他專業(yè)制作安裝，如管支架等，在單片完成后使用大型設(shè)備進(jìn)行翻身，再將各片甲板進(jìn)行順序安裝。

2.晴天吊裝和開孔進(jìn)艙

所謂晴天就是抬頭看見天的意思，晴天吊裝的含義就是在模塊建造施工中吊裝工作是在上下沒有阻擋，豎直方向做吊裝作業(yè)。這是施工中最期望的方式，因?yàn)檫@樣的施工程序最簡單，風(fēng)險最小，成本最低，最容易控制。

開孔進(jìn)艙就是類似修船施工中側(cè)向開艙，設(shè)備或者物料從側(cè)面進(jìn)入后進(jìn)行施工，完成后再對開艙位置進(jìn)行封堵。這樣的施工方式與上面的晴天吊裝作業(yè)進(jìn)行比較結(jié)果十分明顯，晴天吊裝優(yōu)勢十分突出。

3.設(shè)計(jì)與替換

設(shè)計(jì)和替換是指在投入相同的情況下，采用各種方式替代以達(dá)到降低成本或者加快進(jìn)度的目的。例如進(jìn)口型材供貨周期長，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行組合部件的加工來替代型材。

三、建造關(guān)鍵點(diǎn)中程序和工藝的選取對工期的影響舉例

根據(jù)上述的建造程序和工藝不同，下面簡單分析一下幾種典型建造方式對工期的影響

1.反造正裝

反造法進(jìn)行預(yù)制施工，然后在場地進(jìn)行總裝的方式可以大大節(jié)約施工時間。這體現(xiàn)在，反造法施工中，組對、焊接作業(yè)都是對著地面做的，是最簡單的，容易保證質(zhì)量，也是效率最高的施工方法，其他專業(yè)的預(yù)制件安裝也都是在面對地面的方向，相比正造的仰面作業(yè)難度減小了很多。一般正造法的2000噸模塊建造項(xiàng)目工期大約在6－7個月，而采用反造法建造工期最小可在3－4個月。

2.晴天吊裝

以單臺電控柜體（尺寸2.2m×1m×0.6m，重量約0.5噸）為例，采用晴天吊裝的方法安裝就位只需要不到12分鐘的時間，2人即可完成；側(cè)面開孔進(jìn)艙的方式，不但在時間上達(dá)到了1－1.5小時，人員也增加到至少3人。

3.其他

如建造場地或預(yù)制車間內(nèi)擁有2臺以上50－100噸絎吊，即可容易的完成建造期間的單片翻身和各種設(shè)備吊裝作業(yè)，甲板單片翻身時不需空中翻身，可以甲板片一端接觸地面，這樣減少了人員投入，更加節(jié)約時間，還大大降低了施工安全風(fēng)險。

在焊接作業(yè)中，滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，采取最優(yōu)化的、合理的施工工藝是節(jié)約時間的一個很好方法。

例如，滑道梁制造傳統(tǒng)的制造方式：先將滑道梁的整體接組對，然后進(jìn)行整體焊接，新的滑道梁制作工作分成兩個階段：滑道梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)預(yù)制階段、滑道梁總裝階段。新工藝更加有力的保障了滑道梁制作裝配焊接質(zhì)量、降低了工作量減少了人工投入，而且縮短了制作工期15天左右。[4]

表3 滑道梁制造典型工藝的的工期和人力對比

除了新工藝，在建造過程中使用一些臨時和輔助性的措施，也可以大大縮短工期。例如，在進(jìn)行鉆井設(shè)備模塊(Drilling EquipmentSet,DES)的建造中，當(dāng)場地條件（吊裝能力）受到限制的時候，不能夠把兩塊分開施工，必須按照平臺安裝后的位置，具有上下滑移關(guān)系的兩個部分同時施工方可加快進(jìn)度。這時使用臨時的立柱，支撐起上部模塊，模擬安裝后的位置，可以節(jié)約時間，在XX36-1K鉆修機(jī)模塊建造中使用了這種方式，縮短了近10天的工期。

結(jié)束語

影響模塊鉆機(jī)建造項(xiàng)目的建造工期的因素很多，建造程序和工藝的選擇就是最主要的一個方面，根據(jù)每個項(xiàng)目的不同要求和項(xiàng)目不同的環(huán)境資源，在傳統(tǒng)建造程序和工藝上進(jìn)行創(chuàng)新，科學(xué)合理的將新工藝應(yīng)用于建造施工，勢必對建造工期產(chǎn)生極大的積極影響。

[1]張用德，袁學(xué)強(qiáng) 我國海洋鉆井平臺發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]石油礦場機(jī)械，2008，37（9）：14-17.

[2]馮定等 模塊鉆機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]石油礦場機(jī)械，20008，36（9）：143-149.

[3]朱江 海洋鉆井設(shè)備綜述[J]中國海上油氣（油氣），2000，12（6）44-45.

[4]王士濤組合滑道梁制造加工（企業(yè)內(nèi)部資料）.