自升式鉆井平臺升降基礎建造工藝介紹和分析

周瑩， 李云鵬， 景方剛， 杜淵， 趙春明， 羅佩豪

（寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞 721002）

自升式鉆井平臺升降基礎建造工藝介紹和分析

周瑩， 李云鵬， 景方剛， 杜淵， 趙春明， 羅佩豪

（寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞 721002）

升降基礎分段是自升式鉆井平臺的關鍵結構，是升降裝置和鎖緊裝置的載體，其為樁腿升降提供導向，起到連接樁腿和主船體的作用,是把平臺各種載荷傳遞給樁腿的唯一必經路徑。由于它的特殊用途，其板材多為高強度厚板，結構形式緊密，且分段精度要求較高，多處需要機加工。升降基礎分段的建造是整個平臺建造的難點和關鍵。文中對DSJ300自升式鉆井平臺升降基礎的建造工藝流程進行分析和總結，為相關制造企業(yè)在海洋工程大型結構建造過程中提供借鑒。

升降基礎；工藝；結構；步驟；精度

1 概述

DSJ300自升式鉆井平臺是寶石機械為中技開建造的出口300ft海洋鉆井平臺項目，由大船海工和遼河重工分別承建。平臺設計水深300ft，呈三角形結構，共有3個樁腿，9個升降基礎，全部為焊透結構，每個升降基礎結構形式基本相同，分為上基礎和下基礎兩部分，上基礎用于安裝升降裝置系統(tǒng)，滿足平臺沿樁腿上下升降的功能，下基礎基礎用于安裝鎖緊裝置系統(tǒng)，將平臺與樁腿鎖緊固定在一起，以抵抗更惡劣的海洋環(huán)境。升降齒輪箱和鎖緊基礎結構的制作與安裝是該平臺建造的難點和關鍵。

圖1

上基礎的外形尺寸為 5109 mm×2790 mm×677 mm（L×B×H）,結構重量約16 t；下基礎的外形尺寸為8915 mm×4732 mm×1270 mm（L×B×H），結構重量約38t。

2 升降基礎建造工藝要求

2.1 來料加工

1）對升降基礎結構，所有鋼板具有經過船級社認可的材質證件。并且預先按照CSQS標準及廠標相關規(guī)定檢查板材平整度，檢查鋼板表面是否有麻點等缺陷。平整度要求為±1 mm/1 m。

2）所有升降基礎上用的鋼板均需要進行表面拋丸或噴砂除銹處理，表面粗糙度達到Sa2.5級標準；表面除銹后要噴涂車間底漆保護。

3）所有板材零件應采用數控下料。根據板厚選擇等離子切割或火焰切割，切割板厚應在切割機質量切割厚度的范圍之內。切割前，應對數控切割機進行精度調校，對切割割嘴和行走軌道進行檢查，根據板厚選擇正確的切割參數，保證零件切割精度，避免短尺等超差現象發(fā)生?？紤]工廠普通采用的數控切割機技術參數，厚度不大于30 mm的鋼板采用數控等離子切割機切割；厚度大于30 mm厚鋼板應采用數控氧乙炔火焰切割機切割，保證切割精度±1 mm。

4）下料后，應將板材的爐批號和材質等級號碼用鋼印移植到每一枚零件上，打在遠離板邊且易于檢查的位置。

5）按照套料圖要求切割出坡口，角度公差為±2°。

2.2 接板平面組立

1）所有拼板均需在專用接板鐵平臺上進行，厚板焊接時要兩面對稱焊接，避免焊后對接口變形嚴重。

2）拼板要求：兩枚或兩枚以上板件拼接時，依照圖紙進行尺寸檢查，包含長、寬、對角線、邊緣直線度等，滿足要求方可定位焊接。對角線尺寸偏差不大于1.5 mm。

3）拼板焊接采用雙面埋弧自動焊或專船焊接工藝執(zhí)行。4）角焊縫采用CO2焊或按照專船焊接工藝執(zhí)行。5）焊后對所有板材平整度進行校正，并背燒。

2.3 焊接要求

1）所有焊工要有焊接資質，應持有船級社認可的證書。

2）根據母材材質，厚度，焊接位置和方向，選擇適合的焊接工藝規(guī)程。

3）焊接前對焊口必須進行除銹、除污、除濕、打磨等邊緣準備并按要求報驗。

4）定位焊的焊材應與母材匹配，焊接參數及要求參考焊接工藝規(guī)程。

5）定位焊的焊接長度不小于50 mm。

6）埋弧自動焊的要求：采用埋弧自動焊的對接坡口兩側需裝焊引弧板和息弧板，其厚度和材質與母材相同或相近。引弧板和息弧板的坡口和母材坡口一致，引弧和息弧的長度需不小于50 mm。單側焊完后翻身，反面需碳弧氣刨背扣后焊接。多道焊之間如間隔時間較長，下一次焊接前需重新除銹和預熱。

2.4 劃線要求

1）基準線及外圍板、內圍板、前壁板、后壁板、側壁板等關鍵結構劃線公差為±0.5 mm，其他次要結構劃線公差為±1 mm。劃線應采用劃針，劃線應清晰，并打洋銃標記。施工中應予以保護。

2）在建造升降基礎的胎位上支胎前，應劃出升降基礎的地樣線，地樣線包括：升降基礎的中心線、上下口位置線（上口位置線要加上3 mm的補償值）、左右側圍壁位置線、齒條圍壁板各層高處半寬位置線。各地樣線應有足夠的延長長度，保證升降基礎胎上總組后用地樣線進行復核尺寸。

3）地樣線應由專門的找線人員進行劃線，做出易于查找和不易丟失的標記，并由質量部門驗收。

2.5 胎架

1）胎架的設計不設反變形，分段建造以前圍壁板為胎臥造。2）胎架使用模板胎，由工藝部門專門設計胎架結構圖。3）胎架制作精度要求：胎架中心線偏差為±0.5 mm，胎架上端平面度偏差為±1.5 mm。

應該特別注意的是胎架本體以及胎架地基應有足夠的剛度和強度,不允許在升降基礎制作焊接周期里發(fā)生變形和塌陷。

3 制造工藝流程和步驟

3.1 上基礎制造工藝流程及關鍵點、難點

第一步：制造場地的選擇，每個升降基礎的面積為3 m×5.5 m，重量約為16t，場地應選擇分段制作車間預埋件強度較好的的位置，將場地清理干凈。

第二步：胎架的制造與安裝，胎架制作后安裝到選好的胎位，胎架底座與預埋件焊接牢固，進行胎架水平度的測量、調整。

圖2

第三步：前圍板上胎定位，利用激光經緯儀測量圍板水平度，合格后封胎。

第四步：前圍板劃線，劃出前圍板上所有結構線（升降基礎中心線、結構中心線、結構板厚線、結構檢查線、軸套中心線）并打上標記。并將基礎中心線、軸套中心線返到圍板下表面打上標記，結構劃線時焊接收縮量加放，見圖2。

第五步：安裝內部結構、外圍板進行定位焊，測量結構安裝尺寸、結構水平度、圍板水平度、結構切角尺寸等。

第六步：根據生產工藝部門制定的焊接工藝進行內部結構焊接，焊接工藝（WPS）需提前得到船級社的審批。

第七步：焊后的測量，測量結構尺寸、結構水平度、圍板水平度、焊肉大小，并進行焊縫探傷。劃出基礎腰線打出標記。

第八步：安裝后蓋板，（安裝前在拼焊后的蓋板上劃出圓心，交錯開出3個直徑600 mm圓孔），進行水平度測量、中心線定位、高度方向的測量定位調整，合格后定位焊。

第九步：焊接后蓋板，由于內部結構焊不到，先進行蓋板四周的焊接，并在后蓋板上開出3個臨時孔進行內部定位焊。

第十步：焊接精度交驗后利用吊車或者其它起重設備進行起胎、翻身，吊裝前要制定專門的升降基礎上基礎吊運方案。

第十一步：翻身后，利用后蓋板平面重新上胎，以腰線為基準進行水平的定位找正。

第十二步：以軸套中心為基點，在前蓋板上開出6個直徑500 mm臨時孔，以便焊工進行內部結構的焊接，切掉的圓板保留。

第十三步：先焊接后蓋板開出圓孔位置的結構，再將后蓋板另外3個直徑600 mm圓孔開出，內部結構全部焊接結束后，將圓板恢復到原來位置進行圓心二次找線，開出加工之前的圓孔（半徑加放10 mm加工余量），前蓋板開出軸套圓孔后開出坡口、打磨。

第十四步：安裝6個軸套，定位時按先畫好的中心線，拉出鋼絲，測量軸套水平面、高度定位尺寸，定位過程中考慮加工余量。

第十五步：軸套焊前需要進行加溫，按船級社審批的預熱加溫工藝進行。

第十六步：焊接軸套，為控制焊接變形，進行3個軸套交替焊接。先3個焊后再焊另外3個，焊后進行緩冷和探傷。

第十七步：安裝耐磨板底座結構與軸套的加強筋并進行焊接。并裝焊頂部箱型結構。

第十八步：根據前期制定的吊運方案對上基礎再次翻身裝焊3個小套。

第十九步：整體焊后精度測量。第二十步：進行振動時效處理。第二十一步：按照加工圖進行耐磨板位置、軸套與后蓋板圓孔的機加工。

上基礎是升降齒輪箱的載體，結構精度要求高，內部空間小，關鍵點和難點較多：

1）鋼板材料厚度大，焊縫坡口大，焊透結構多而且密集，焊接變形大，所以焊接質量應與嚴格控制。焊接變形要連續(xù)及時監(jiān)控。

2）側板與后蓋板焊接時，側板的直線度不易保證，在焊接前，要用剛度較大的背板進行約束，減少焊接變形。

3）軸套材料為A514,屈服限高達690MPa，是升降基礎的關鍵部件，材料的質量應高度重視，應檢查其CCS證書，材料性能證書以及探傷報告。其與前壁板的焊接應嚴防有裂紋產生。組裝時預留足夠的焊接收縮量，保證有足夠的加工裕量。焊接收縮量的確定可以先試驗一個基礎，根據實際值的大小，調整后續(xù)基礎。

4）與下基礎合攏的合攏口尺寸應與嚴格控制，一般焊接收縮量應加8 mm。焊后尺寸誤差控制在±1.5 mm。

5）后壁板的平面度及平行度要保證，變形太大不能保證基礎與升降減速箱連接的法蘭端面的加工裕量，加工后鋼板的厚度要滿足圖紙的要求。

6）安裝上導向板的內側圍壁板距中心的間距結構精度要求為±2 mm，裝配前需校核劃線尺寸，焊接過程中要求隨時監(jiān)控。焊前、焊后需測量尺寸并記錄。前壁板、中壁板、后壁板的平面度及平行度要保證，以便齒輪箱軸套的安裝。

7）齒輪箱擋塊下料上下兩端應各加4 mm余量，高度安裝精度應不大于2 mm。

3.2 下基礎制造工藝流程及關鍵點、難點

第一步：制造場地的選擇，每個升降基礎的面積為5 m×9 m，重量約為39 t，場地應選擇在分段車間預埋件強度較好的的位置，將場地清理干凈。

第二步、第三步與3.1節(jié)中的上基礎流程和要求相同。

第四步：前圍板劃線，劃出前圍板上所有結構線（鎖緊基礎中心線、分段基準線、結構中心線、結構板厚線、結構檢查線）并打上標記。并將基礎中心線及平行于基礎中心線的橫向結構的板中心線（以DSJ300為例共7條）返到圍板下表面打上標記，結構劃線時焊接收縮量加放如圖3所示。

第五步至第十一步與3.1節(jié)中的上基礎流程和要求相同。

第十二步：裝焊前蓋板結構及其鎖緊支撐座，先開出4個支撐座方孔，支撐座要提前小組預制。

第十三步：安裝耐磨板底座結構，按照加工圖進行耐磨板的機加工。

下基礎結構的關鍵點和難點主要是：

1）小方盒結構預制：小方盒是安裝鎖緊系統(tǒng)上下頂緊螺桿的座子，是整個平臺受力最大的結構，樁腿和平臺鎖緊時，它的受力要求抗擊平臺的所有重力載荷和51.4 m/s風暴下海洋環(huán)境的載荷。采用的材料為EH550，原材料質量應該嚴格控制，下料精度為±0.5 mm，尺寸精度為±1.5 mm。焊接嚴格執(zhí)行工藝要求。

圖3

2）小方盒組裝在下基礎上要求開孔劃線要精確，安裝鎖緊螺桿的端面垂直于前面板，垂直度誤差為±1 mm。小方盒與基礎的焊接嚴格執(zhí)行工藝要求，焊接變形要隨時監(jiān)控。

3）鎖緊塊導向座安裝座板精度應嚴格控制，座板到小方盒中心的尺寸精度為±0.25 mm，保證鎖緊塊活動時不卡阻，受力方向不偏。

4）連接鎖緊塊油缸支座的精度應嚴格控制，保證油缸伸縮靈活。

5）用于安裝齒條導向耐磨板的兩側內圍板與中心線的間距的控制，精度要求為±2 mm，為保證此精度，要求這些件裝配前其裝配順序之前的零件全部焊接結束，并重新校核裝配線，焊接過程中對其尺寸進行監(jiān)控，合理選擇焊接順序，避免過大的焊接變形。

6）考慮焊接收縮，焊前定位時內圍板應適當向內側偏移1～2 mm，預留焊接收縮量，焊前、焊后應對此尺寸進行測量并記錄。焊接過程中應隨時監(jiān)控。

7）鎖緊裝置的支撐座在小組后、大組前需進行機加工，同時使用設備廠商提供的模板配鉆鎖緊設備安裝的螺栓孔。支撐座小組注意控制焊接變形，保證加工面的水平。

3.3 整體焊后精度測量

1）精度檢測必須在結構全部焊接結束，分段脫胎處于自由狀態(tài)。用于檢驗的儀器和設備經過校準。

2）升降基礎主要結構的尺寸公差要求見表2、表3。

4 結語

以上對同時對升降基礎建造的前期要求進行了闡述，并簡要介紹了升降基礎建造的先后步驟，其目的在于：1）了解專業(yè)海工產品生產單位自升式鉆井平臺升降基礎分段建造方式和流程。2）通過這些要求可以為生產設計下料及焊接方式選擇提供依據。3）根據這些步驟能夠指導施工人員合理正確施工，避免返工。4）在建造過程中控制升降基礎分段建造精度，確保建造質量。5）對于自升式鉆井平臺高強度結構件的制作流程有指導性作用。6）焊接的要求提出，對于自升式鉆井平臺的升降基礎建造有重要的參考價值。7）能夠為制作加工此類產品的生產單位提供重要的參考依據。

表1 分段裝配精度標準 mm

表2 分段裝配極限精度標準 mm

［1］蒙占彬，曹宇光，張士華.自升式平臺齒輪齒條升降系統(tǒng)結構設計［J］.機械設計與制造，2013，11（3）：33-35.

［2］王剛，孟祥偉，彭曼，等.自升式平臺支撐升降系統(tǒng)結構設計與分析［J］.機械設計，2011，7（5）：42-46.

［3］徐曉平，付鵬，羊字軍，等.自升式鉆井平臺升降系統(tǒng)安裝精度控制［J］.鋼結構，2012（增刊 1）：389-392.

［4］彭洪軍，吳建，劉陽.海上自升式平臺電動升降裝置的研究［J］.東北電力大學學報，2007，4（5）：79－83.

［5］中國船級社.海上移動平臺入級與建造規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［6］中國船級社.鋼質海船入級規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2012.

（編輯 黃 荻）

TE951

B

1002-2333（2015）08-0254-04

周瑩（1980—），女，工程師，從事海洋石油鉆井裝備制造工作。

2015-03-05