海洋鉆井平臺井架安裝工藝探討

王志強(qiáng) 蓋 濤

（中石化石油工程有限公司 黃河鉆井鉆前公司，山東 東營257047）

過去幾十年，石油工業(yè)從淺海到深海再到超深海不斷擴(kuò)張。國際能源署估計(jì)，全球油氣資源量三分之一位于海洋。全球近10年發(fā)現(xiàn)的大型油氣田中，海洋占60%以上。這10年間，我國新增石油產(chǎn)量53%

來自海洋，2010年這一比例超過80%。海洋油氣總產(chǎn)量占全球油氣總產(chǎn)量的比例已從1997年的20%上升到目前的40%以上，其中深海油氣產(chǎn)量約占海洋油氣產(chǎn)量的30%以上。海洋油氣的產(chǎn)量和儲量一直保持較快增長，也帶動(dòng)了海洋鉆井技術(shù)、石油開采技術(shù)、海洋油氣管道技術(shù)及裝備市場的迅猛發(fā)展發(fā)展，我國雖然在相關(guān)的石油開發(fā)勘探、

石油鉆采工藝技術(shù)及裝備方面起步較晚，但隨著海洋石油開發(fā)節(jié)奏的加快，近年來也有了較快的發(fā)展，海洋鉆井平臺的建造數(shù)量不斷增加。

鉆前公司作為專業(yè)化的陸地鉆機(jī)井架安裝施工隊(duì)伍，近年來不斷加大了海洋鉆井平臺井架安裝施工市場的開拓力度，作業(yè)施工量逐年增加。由于海洋鉆井平臺在結(jié)構(gòu)、施工要求與陸地井架存在較大的區(qū)別，

對現(xiàn)場施工帶來了較大的難度，為此，本文結(jié)合今年的現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)對海洋井架的安裝施工工藝進(jìn)行探討。

1 海洋鉆井平臺分類

海洋鉆井平臺是主要用于鉆探井的海上結(jié)構(gòu)物。平臺上裝鉆井、動(dòng)力、通訊、導(dǎo)航等設(shè)備，以及安全救生和人員生活設(shè)施，是海上油氣勘探開發(fā)不可缺少的手段。海洋鉆井平臺經(jīng)歷了一個(gè)比較漫長的發(fā)展過程,鉆井平臺無論在形式上、數(shù)量上,還是在性能方面均發(fā)生了巨大變化。

海上鉆井因特殊的海洋作業(yè)環(huán)境，海上鉆井設(shè)備必須特別設(shè)計(jì)制造，以克服在海上作業(yè)的困擾，海洋鉆井平臺應(yīng)適應(yīng)海洋鉆井區(qū)域環(huán)境且安全、成本較低、滿足鉆井、采油、測試等各項(xiàng)作業(yè)的要求，它的主要技術(shù)特點(diǎn)有：1）作業(yè)范圍廣且質(zhì)量要求高。2）使用壽命長,可靠性指標(biāo)高。高可靠性主要體現(xiàn)在：①強(qiáng)度要求高。②疲勞壽命要求高。③建造工藝要求高。為了保證海洋工程的質(zhì)量,采用了高強(qiáng)度或特殊鋼材(包括Z向鋼材、大厚度板材和管材);④生產(chǎn)管理要求高。海洋工程的建造、下水、海上運(yùn)輸、海上安裝甚為復(fù)雜,生產(chǎn)管理明顯地高于常規(guī)船舶。 3）安全要求高。4）學(xué)科多,技術(shù)復(fù)雜。主要分為移動(dòng)式平臺和固定式平臺兩大類。以下對幾類主要鉆井平臺做簡要介紹。

1.1 固定式鉆井平臺

固定式鉆井平臺是所有鉆井平臺中最古老、最傳統(tǒng)的平臺形式,這類平臺隨著時(shí)間的推移先后涌現(xiàn)出樁基式、重力式、繃?yán)K塔式、張力腿式等多種形式。一般來說,固定式平臺的共同特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、鉆井風(fēng)險(xiǎn)小、制造成本低、受海風(fēng)海浪等環(huán)境因素影響小,同時(shí)還兼有前期鉆井和后期采油的多功能特點(diǎn)。因此,多年來該類平臺在世界上仍然擁有一定的數(shù)量,占據(jù)著一定的市場份額。

1．2 坐底式鉆井平臺

又叫鉆駁或插樁鉆駁，適用于河流和海灣等30m以下的淺水域，從穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)方面看，作業(yè)水深不但有限，而且也受到海底基礎(chǔ)（平坦及堅(jiān)實(shí)程度）的制約。所以這種平臺發(fā)展緩慢。

1．3 自升式鉆井平臺

自升式鉆井平臺又稱甲板升降式或樁腿式平臺,由平臺、樁腿和升降機(jī)構(gòu)組成，平臺能沿樁腿升降，一般無自航能力。該型鉆井平臺造價(jià)較低、運(yùn)移性好、對海底地形的適應(yīng)性強(qiáng)，因而，中國海上鉆井多使用自升式鉆井平臺。

1．4 半潛式鉆井平臺

由坐底式平臺發(fā)展而來，上部為工作甲板，下部為兩個(gè)下船體，用支撐立柱連接。工半潛式與自升式鉆井平臺相比，優(yōu)點(diǎn)是工作水深大，移動(dòng)靈活；缺點(diǎn)是投資大，維持費(fèi)用高，需有一套復(fù)雜的水下器具，有效使用率低于自升式鉆井平臺。到目前為止，半潛式鉆井平臺已經(jīng)經(jīng)歷了第一代到第六代的歷程。

1．5 鉆井船

鉆井船是浮船式鉆井平臺，它通常是在機(jī)動(dòng)船或駁船上布置鉆井設(shè)備。平臺是靠錨泊或動(dòng)力定位系統(tǒng)定位。目前，海上鉆井船的定位常用的是拋錨法，但該方法一般只適用于200m以內(nèi)的水深，水再深時(shí)需用一種新的自動(dòng)化定位方法。

2 海洋鉆井平臺井架與陸地井架的不同

由于海洋鉆井平臺特殊的作業(yè)環(huán)境、較高的安全要求、高質(zhì)量要求等原因，海洋平臺井架與陸地井架在結(jié)構(gòu)、質(zhì)量要求等方面存在很大的不同。

陸地鉆機(jī)井架建井周期一般較短，輔助設(shè)備相對較少且對空間沒有過嚴(yán)格地要求，側(cè)重強(qiáng)調(diào)井架的易運(yùn)輸、易拆卸、易安裝，井架結(jié)構(gòu)間連接點(diǎn)較少，在保障結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下降低現(xiàn)場經(jīng)濟(jì)組裝的難度，結(jié)構(gòu)重量較小，對吊機(jī)要求較低。目前，常用的陸地鉆井井架桁架式塔型結(jié)構(gòu)、A型結(jié)構(gòu)等形式，其中以A型結(jié)構(gòu)居多，井架安裝運(yùn)輸需要分成多個(gè)模塊，模塊內(nèi)部以焊接為主，模塊間通過螺栓或者銷連接。

海洋鉆井平臺一般要求25-40年不進(jìn)塢維修,因此對結(jié)構(gòu)防腐、高應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)型式以及焊接工藝等提出了更高要求，其井架結(jié)構(gòu)承載力較大，一般采用高強(qiáng)度或特殊鋼材桁架式結(jié)構(gòu)，一次安裝多年不進(jìn)行拆卸；要充分利用平臺有限的空間，井架上的附屬設(shè)備較多，設(shè)備安裝精度要求較高；井架結(jié)構(gòu)螺栓連接為主，連接點(diǎn)多，一個(gè)井架經(jīng)常需要使用上萬套螺栓，螺栓安裝有較高的軸向力要求；總體重量較大，對安裝場地和吊機(jī)有較高的要求。

因此，在海洋井架的安裝建造過程中，質(zhì)量控制點(diǎn)多，施工難度大，需采取有效地質(zhì)量保障措施，在安裝工藝方法上與陸地井架也有很大的不同，建造施工周期較長。

3 海洋鉆井平臺井架安裝施工工藝

由于受到場地大小、吊機(jī)載荷、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等原因，海洋井架的具體安裝工藝有較大的不同，一般目前常用安裝作業(yè)方法有場地單件吊裝法、分段地面面裝法、扒桿吊裝法。單件吊裝法是在地面工裝上，將井架部件逐一吊裝，單件安裝的方法，一般適用于地面場地有限的作業(yè)方法，安裝精度控制難度較大，施工速度較慢。分段地面面裝法，“分片地面組裝，分段井架安裝”的施工模式，該工藝可有效提高施工速度對場地和吊機(jī)有較高的要求。扒桿吊裝法，使用扒桿作為施工機(jī)具，完成井架部件的吊裝施工，逐件進(jìn)行組裝的施工方式，適用于場地受限、大型吊機(jī)作業(yè)受限的工況，可應(yīng)用于井架在平臺的安裝作業(yè)，施工速度較慢，井架的安裝精度控制較難。

目前，由于分段地面面裝的施工方法可有效提高施工進(jìn)度，降低特高空作業(yè)工作量，井架垂直度、尺寸等控制精度較高，應(yīng)用較為廣泛，下面將主要針對此法進(jìn)行介紹和探討。

3.1 分段地面面裝施工工藝

結(jié)合多年的海洋井架安裝施工經(jīng)驗(yàn)，我們目前海洋井架的施工工藝為：“分片地面組裝，分段井架安裝”的施工模式，一般將井架主體分三段進(jìn)行地面整體組裝，此外井架天車及人字架作為一個(gè)整體進(jìn)行地面組裝，最后的整體對接組裝在懸臂梁上完成。該工藝可有效提高施工速度，降低特高空作業(yè)量。

（1）施工準(zhǔn)備

A）井架部件清點(diǎn)：在作業(yè)現(xiàn)場需根據(jù)甲方提供的部件與設(shè)備清單對其進(jìn)行細(xì)致的清點(diǎn)；發(fā)現(xiàn)實(shí)物與清單不符的情況，及時(shí)與甲方相關(guān)人員溝通，這可以為后續(xù)的施工提供有效地保障，有時(shí)一個(gè)部件就可能導(dǎo)致整個(gè)工程施工周期的大大延長。

第一段示意圖

第二段示意圖

第三段示意圖

第四段示意圖

B）場地準(zhǔn)備：現(xiàn)場需提供壓縮空氣氣源、電源接線等，40個(gè)以上的高度不小于800mm、截面尺寸500mmX500mm以上的水泥墩或其他支撐。依據(jù)井架安裝的經(jīng)驗(yàn)和井架安裝施工圖紙，確定一個(gè)滿足現(xiàn)場施工需求尺寸的場地。

C）工裝準(zhǔn)備：施工前需根據(jù)井架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸合適、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、較強(qiáng)剛性的地面工裝，其結(jié)構(gòu)應(yīng)與井架與懸臂梁上的底部安裝耳板相同，作為井架地面安裝的基礎(chǔ)。同時(shí)還需根據(jù)實(shí)際情況，加工制作其他各段井架安裝時(shí)的工裝,并需配備各種厚度的鋼板墊片若干，用于水平度調(diào)整。

工裝需要擺放在具有足夠地基承載力的地基上，并需對地基表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚瑥亩构ぱb擺放地面（主要是工裝四角位置）處于同一水平面內(nèi)。按照工裝設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行工裝的現(xiàn)場組裝，組裝完畢后，需對工裝的尺寸、四角水平度進(jìn)行檢測和調(diào)整。所有各段工裝的檢測和調(diào)整需做記錄（水平度和尺寸檢測表），調(diào)整完成后，需向甲方進(jìn)行報(bào)驗(yàn)。

（2）井架安裝

A）分段組裝要點(diǎn)

a）每段中選擇具有對稱性或結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的兩個(gè)側(cè)面，采取地面單片水平組裝的方式進(jìn)行施工。

按照部件先大后小的原則（即從立柱、大平拉筋、大斜拉筋至小平拉筋、小斜拉筋的順序）按照圖紙要求進(jìn)行兩面的水平組裝，所有螺栓在初步組裝階段只進(jìn)行手工擰緊，不可緊固。吊裝過程中，需在井架部件的下方墊放木片或枕木（用于調(diào)整水平和保護(hù)部件鋅層）。

b）在確保單片水平度誤差控制在±3mm以內(nèi)，對角線和開檔尺寸誤差控制在±3mm以內(nèi)的前提下，完成所有螺栓的緊固，然后安裝井架梯子平臺、梯子、各種支撐與支架等井架部件。在完成兩側(cè)面單片的地面組裝后，使用吊機(jī)將兩片分別吊起放置于地面工裝上，在確保四個(gè)井架底部柱尺寸和水平度誤差后，做好扶正措施的同時(shí)，采取從下至上的順序，逐一吊裝其他兩面的井架主體部件，開始階段不可安裝井架附件和設(shè)備。

c）完成兩面所有井架部件的組裝后，需對井架四個(gè)底柱的水平和尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)整。調(diào)整完成后，進(jìn)行所有螺栓逐層的預(yù)緊，做好相應(yīng)的標(biāo)記，并需對井架四個(gè)底柱的水平和尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)整。調(diào)整完成，報(bào)驗(yàn)合格后，進(jìn)行所有螺栓逐層的終緊作業(yè)，并做好標(biāo)記。

d）在完成螺栓的終緊施工后，進(jìn)行平臺、梯子、BELLYBOARD、V—DOOR ROLLER、支架（攝像頭、燈、防噴管線、STANDBUILD、管匯等）、電纜托架、穩(wěn)繩器等部件及設(shè)備的安裝。

B）段組裝

a）組裝前準(zhǔn)備

對兩段所有需要終緊的螺栓進(jìn)行檢查，確保無漏緊、未安裝的情況，并及時(shí)對需吊裝段上的遺留物進(jìn)行仔細(xì)清理，連接吊裝吊耳、牽引繩。

提前場地清理，為吊機(jī)預(yù)留擺放位置和行走路線，作業(yè)范圍內(nèi)不允許非施工人員停留。

b）段組裝

一般在完成各段的單獨(dú)安裝后，將第一和二段、第三和四段分別組成一個(gè)整體，最終完成整體組裝時(shí)，通過兩次吊裝在懸臂梁上完成。

①吊機(jī)吊起吊裝段，離開地面500mm以上后，對其底部開檔尺寸進(jìn)行再次檢驗(yàn)、調(diào)整，檢查各處有無結(jié)構(gòu)變化。

②第二段（第四段）吊至第一段（第三段）上部后，進(jìn)行初步的對正，并指揮吊機(jī)緩慢下方至第二段（第四段）立柱底部對正定位銷距離第一段（第三段）上部耳板300mm處。

③井架四角安裝人員手動(dòng)扶正第二段（第四段）井架，并檢查有無對接妨礙之處。檢查無問題后，將定位銷對正銷孔，指揮吊機(jī)緩慢下方，實(shí)現(xiàn)兩段的對接。

④對接過程中，井架作業(yè)人員需同步注意穿越第一二（三四）段的大斜拉筋與第一段（第三段）上部連接耳板的對正。

⑤安裝兩段的立柱的連接螺栓，進(jìn)行全部螺栓的初緊。安裝大斜拉筋的連接螺栓，并進(jìn)行螺栓的初緊。然后完成兩段間的所有螺栓的終緊施工。

⑥對兩段間的井架梯子、附件等進(jìn)行連接。

3．2 螺栓的安裝

螺栓安裝是井架安裝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，一般在實(shí)際施工中，需根據(jù)船東的具體施工要求可采用扭矩法和轉(zhuǎn)角法兩種施工方法，并提供最終的螺栓緊固報(bào)告。轉(zhuǎn)角法施工可參考《AISC鋼結(jié)構(gòu)手冊》結(jié)構(gòu)連接規(guī)范ASTM A325或A490的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)說明書。

（1）螺栓安裝前準(zhǔn)備

A）螺栓等不得被泥土、油污粘染，保持潔凈、干燥狀態(tài)。施工部位摩擦面應(yīng)防止被油污和油漆等污染，如有污染必須徹底清理干凈。檢查螺栓孔的孔徑尺寸，孔邊毛刺必須徹底清理。

B）根據(jù)施工技術(shù)要求，認(rèn)真調(diào)整扭矩扳手。扭矩扳手的扭矩值應(yīng)在允許偏差范圍之內(nèi)。施工用的扭矩扳手，其誤差應(yīng)控制在±5%以內(nèi)。

C）遇到安裝孔有問題時(shí)，在征得甲方同意后方可擴(kuò)孔，不得用氧-乙炔擴(kuò)孔，應(yīng)用擴(kuò)孔鉆床擴(kuò)孔，并重新清理孔周圍毛刺。

D）螺栓應(yīng)自由穿入孔內(nèi)，嚴(yán)禁用錘子將螺栓強(qiáng)行打入孔內(nèi)。螺栓的穿入方向應(yīng)該一致，一般采取朝向井架外側(cè)、向下穿入、螺栓相對等幾個(gè)原則，局部受結(jié)構(gòu)阻礙時(shí)可以除外。安裝圖紙有穿入方向的相關(guān)技術(shù)要求時(shí)，應(yīng)以圖紙為準(zhǔn)。螺栓墊圈位置應(yīng)該一致，安裝時(shí)應(yīng)注意墊圈正、反面方向。

（2）螺栓安裝

A）螺栓全部安裝就位后，可以開始緊固。緊固方法一般分兩步進(jìn)行，即初緊和終緊。

B）應(yīng)對全部螺栓進(jìn)行初緊，使接點(diǎn)板疊的摩擦面緊密接觸，形成“密貼”狀態(tài)。螺栓應(yīng)從節(jié)點(diǎn)剛性最大的部分到自由邊順序地進(jìn)行。先緊的螺栓可能會(huì)因后緊的螺栓而松弛，因此，有必要按同樣的次序復(fù)擰一遍，以使所有的螺栓最終都達(dá)到“密貼”工況。

C）螺栓初緊后應(yīng)做好標(biāo)記，防止漏擰。一般初擰后標(biāo)記用一種顏色，終擰結(jié)束后用一種顏色，加以區(qū)別。所有的螺栓緊固需提供相關(guān)的記錄表格。

3．3 井架校正作業(yè)方法

井架天車中心應(yīng)與轉(zhuǎn)盤中心為于同一垂線上，根據(jù)要求一般需滿足一定的誤差要求，當(dāng)超出誤差范圍時(shí)需進(jìn)行校正調(diào)整作業(yè)。

（1）準(zhǔn)備工作

需準(zhǔn)備與井架底柱固定螺栓相應(yīng)的扳手及經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等其它工具，井架底部四角準(zhǔn)備好千斤頂，各種厚度的墊井架鋼板。

（2）操作方法

A）井架天車中心垂線與轉(zhuǎn)盤中心出現(xiàn)偏差，在井架底部四角墊入相應(yīng)厚度鋼板。

B）松開井架底部聯(lián)結(jié)處的螺栓，根據(jù)需要的調(diào)節(jié)量松開合適的距離；用千斤頂頂起井架一個(gè)或兩個(gè)角，根據(jù)需要的調(diào)節(jié)量增減調(diào)節(jié)墊片；調(diào)整好后取掉千斤頂，擰緊螺栓；然后測量天車的位置，符合設(shè)計(jì)要求即可。

C）井架左右方向的調(diào)節(jié)通過增減井架左右兩側(cè)面井架大腿與井架支座之間的調(diào)節(jié)墊片來進(jìn)行；井架前后方向的調(diào)節(jié)通過增減井架前后兩面井架大腿與井架支座之間的調(diào)節(jié)墊片來進(jìn)行。

3．4 頂驅(qū)導(dǎo)軌調(diào)整

頂驅(qū)導(dǎo)軌是海洋井架中比較重要的一個(gè)部件，對其垂直度有很高的要求，特別是要與天車中心與井口中心的連線保持平行，也是井架安裝中難度較大的一個(gè)環(huán)節(jié)。

頂驅(qū)中心對中主要靠頂驅(qū)導(dǎo)軌的垂直精度保證，在調(diào)整時(shí)，以天車中心與井口中心的連線為對中基準(zhǔn)線，在井架校正作業(yè)完成后，對導(dǎo)軌進(jìn)行井架前后和左右位置進(jìn)行細(xì)致調(diào)整作業(yè)。

（1）調(diào)整前準(zhǔn)備

A）所有導(dǎo)軌必須已經(jīng)全部安裝到位，與支撐間的固定全部螺栓處于預(yù)緊狀態(tài)。

B）導(dǎo)軌墊片表面處理干凈，無泥土、雜物、銹蝕、鐵屑放置相應(yīng)位置，固定牢靠。

C）對導(dǎo)軌連接處進(jìn)行對正，結(jié)合處結(jié)合緊密，并使所有連接螺栓處于終緊狀態(tài)。

（2）調(diào)整作業(yè)

A）一般采取從上之下的方式進(jìn)行。將頂部導(dǎo)軌間距調(diào)至設(shè)計(jì)尺寸呢,誤差0——+5mm范圍內(nèi),緊固導(dǎo)軌與天車梁連接螺栓,再次測量誤差。

B）要找出井口和天車中心點(diǎn)，以底部井口中心和頂部天車中心點(diǎn)連線為基準(zhǔn)線，選擇兩條合適的鋼絲，從鉆臺面至導(dǎo)軌頂端，設(shè)置兩條間距為設(shè)計(jì)尺寸的平行于基準(zhǔn)線的調(diào)整參考線，尺寸誤差控制在2mm，并緊固到松緊合適。

C）以調(diào)整參考線為基準(zhǔn)線，對兩條頂驅(qū)導(dǎo)軌進(jìn)行前后和左右方向的調(diào)整。

D）調(diào)整一般是靠增減導(dǎo)軌不同厚度的固定墊片來實(shí)現(xiàn)。也有部分海洋井架導(dǎo)軌的支架上螺栓孔為長孔，需要手動(dòng)調(diào)整，具體的調(diào)整作業(yè)方式以船廠提供的技術(shù)圖紙為依據(jù)。

E）調(diào)整完成后，要對所有螺栓進(jìn)行終緊施工。

近年來，鉆前公司依靠多年的井架安裝經(jīng)驗(yàn)和成熟的陸地井架安裝工藝技術(shù)，積極開拓海洋鉆井平臺井架安裝作業(yè)市場，依靠較為科學(xué)的施工工藝、精細(xì)的施工組織、完善的安全管理措施、優(yōu)質(zhì)的施工質(zhì)量，與國內(nèi)多家海工單位建立了良好的合作關(guān)系。本文結(jié)合現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，對海洋井架的施工工藝進(jìn)行了初步的總結(jié)和探討，下一步在充分結(jié)合海洋井架自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，還需繼續(xù)進(jìn)行研究和完善更為成熟和高效的施工技術(shù)工藝，為公司的外部市場開拓提供技術(shù)支撐。