淺談自升式鉆井平臺(tái)特殊結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制

王政嚴(yán)+王全偉

摘 要：自升式鉆井平臺(tái)的建造為我國海上石油的勘探、開采工作的展開提供保證。除了平臺(tái)主體，自升式鉆井平臺(tái)有許多特殊結(jié)構(gòu)，主要包括樁腿、樁靴、升降系統(tǒng)、樁懸臂梁及懸臂梁的支撐結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)保證了鉆井平臺(tái)功能的實(shí)現(xiàn)。本文將闡述這些特殊鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制過程及重點(diǎn)控制內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：自升式鉆井平臺(tái)；質(zhì)量控制；特殊結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：U671 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、自升式鉆井平臺(tái)特殊結(jié)構(gòu)-樁腿

鉆井平臺(tái)的樁腿結(jié)構(gòu)為三角形桁架式結(jié)構(gòu)，樁腿的3個(gè)主舷管位于三角形的3個(gè)角上，齒條在主舷管上。樁腿建造與安裝是制造自升式鉆井平臺(tái)最重要也是最困難的工作。

1.齒條接長的組對(duì)控制

齒條接長時(shí)，由于成品齒條的來料狀態(tài)存在一定的偏差，在組對(duì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)每根舷管的來料尺寸檢測結(jié)果（主要有端部齒距、長度、平面度、撓度等），選擇尺寸誤差在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的舷管。組對(duì)定位后，要測量接長段的尺寸，包括齒間距、齒條平面度和撓度。當(dāng)接長處尺寸測量結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求后方能進(jìn)行下一步工作。

2.焊接過程控制

由于齒條的材料等級(jí)非常高，焊接性能非常差，焊接過程中的任何即使是很小的放松都會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果，如延遲裂紋等。因此，齒條及樁腿的焊接過程必須嚴(yán)格按程序進(jìn)行，而且焊接過程需要進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控。在焊接過程中需要保證的參數(shù)包括：焊前預(yù)熱過程及預(yù)熱溫度；層間溫度控制；焊接速度；擺寬；電流；電壓；焊后保溫與降溫的過程等，都需要按照WPS工藝規(guī)定嚴(yán)格進(jìn)行控制。在焊接齒條前，先將工裝與引弧板焊好，并打磨處理連接處。焊接過程中，焊接方法采用手工電弧焊立焊，為了控制焊接變形，焊接時(shí)需要兩個(gè)焊工對(duì)稱施焊。在確認(rèn)齒條尺寸合格后，兩名焊工開始同時(shí)對(duì)稱施焊。每焊一層都要進(jìn)行一次尺寸檢驗(yàn)，包括直線度、水平度（即齒條板的平面度和撓度）及齒間距。并對(duì)每次測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以控制焊接過程中的焊接質(zhì)量與變形。

二、自升式鉆井平臺(tái)特殊結(jié)構(gòu)-升降系統(tǒng)

升降系統(tǒng)主要包含兩個(gè)方面，升降底座和齒輪箱。升降底座與船體圍井區(qū)相連接，齒輪箱位于升降底座的上部。由于該兩個(gè)結(jié)構(gòu)預(yù)制及合攏的精度要求非常高，現(xiàn)場建造過程中，我們對(duì)該部分結(jié)構(gòu)重點(diǎn)全程控制，將每一步的檢驗(yàn)工作都做細(xì)做精，確保了升降系統(tǒng)的建造質(zhì)量。

1.預(yù)制胎架和劃地樣線

為了控制齒輪箱及升降底座的建造精度，需要在特制的胎架上進(jìn)行預(yù)制。用作胎架的材料需要有良好的剛性，并且胎架水平需要保證在±1mm之內(nèi)。地樣線是今后進(jìn)行后續(xù)工作的一個(gè)主要參考點(diǎn)，起到相當(dāng)重要的作用，因此地樣線要保證其準(zhǔn)確性及不可破壞性。

2.材料切割

在下料的時(shí)候要考慮切割鋒線，在凈尺寸的基礎(chǔ)上加2mm～3mm不等的余量。在本項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)過一批桿件實(shí)際尺寸比理論尺寸小3mm，就是因?yàn)榍懈钕铝蠒r(shí)未考慮到鋒線的影響所造成的。

3.組對(duì)

在組對(duì)焊接前需加放適當(dāng)?shù)暮附邮湛s量及加臨時(shí)支撐，在本項(xiàng)目停工整改前所制作的01、02后箱體在組對(duì)時(shí)未加放焊接收縮量。在現(xiàn)場測量時(shí)發(fā)現(xiàn)箱體無論是在長度方向還是寬度方向均小于理論尺寸3mm～5mm不等，在后續(xù)的工作中由于都進(jìn)行了放量并加支撐，因此再未出現(xiàn)同類問題。

4.焊前準(zhǔn)備

加熱必須采用電加熱的形式，用以保證焊前預(yù)熱溫度、層間溫度及起到焊后保溫緩冷的作用。在本項(xiàng)目停工之前進(jìn)行的一些工作中的焊前預(yù)熱采用的是火焰加熱，并且在焊接后沒有進(jìn)行保溫。因此，曾發(fā)現(xiàn)軸圈環(huán)焊縫在氣刨清根后出現(xiàn)大量裂紋的情況。所以，在焊接壁厚超過50mm的焊縫時(shí)盡量采用電加熱。

5.焊接

后箱體的焊接直接影響整個(gè)箱體的尺寸外形，因此要嚴(yán)格遵守焊接順序和焊接程序。這里主要說一下前面板與軸圈環(huán)縫的焊接，這4個(gè)環(huán)縫的焊接對(duì)軸圈焊后的尺寸和前面板的平整度會(huì)產(chǎn)生很大的影響。因此，在焊接前一定要采取加固措施。防止4個(gè)軸圈的中心距發(fā)生變化并且每個(gè)軸圈的內(nèi)徑也要加適當(dāng)?shù)刂我员苊廨S圈焊后呈橢圓形。另外，軸圈在焊接之后會(huì)出現(xiàn)整體偏移的情況，會(huì)直接造成軸圈壁厚發(fā)生變化。

6.機(jī)加工

機(jī)加工前的定位工作是機(jī)加工的關(guān)鍵，在機(jī)加工時(shí)需時(shí)刻關(guān)注箱體是否發(fā)生劇烈振動(dòng)或移位。在刀臂先加工后面板齒輪孔再伸長加工前面板軸圈，所以在加工前面板軸圈時(shí)要采取適當(dāng)?shù)毓潭ǚ乐沟侗塾捎谏斐鲞^長導(dǎo)致晃動(dòng)和下垂，從而影響加工精度。

焊接修補(bǔ)后對(duì)該處內(nèi)徑進(jìn)行了重新測量發(fā)現(xiàn)內(nèi)徑由原來的998.27mm變?yōu)?98.49mm已經(jīng)超出圖紙要求的最大直徑（998.40mm）0.09mm。所以，建議以后對(duì)于機(jī)加工出現(xiàn)的問題盡量不要用焊接方法進(jìn)行修補(bǔ)以避免引起變形。

三、自升式鉆井平臺(tái)特殊結(jié)構(gòu)-樁靴

樁靴位于樁腿的下部，在鉆井平臺(tái)作業(yè)時(shí)，樁靴與海底接觸，支撐著整個(gè)平臺(tái)。由于作業(yè)時(shí)樁靴要承受整個(gè)平臺(tái)及其上部結(jié)構(gòu)的重量，其質(zhì)量要求非常高。由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特殊性，在建造中會(huì)遇到很多問題，重點(diǎn)闡述下面幾個(gè)問題：特殊部位的包角完整性；E500鋼的焊接質(zhì)量控制；樁靴焊接變形的控制。

1.樁靴特殊位置包角完整性的保證

樁靴因設(shè)計(jì)的獨(dú)特性和復(fù)雜性，在某些位置施焊時(shí)存在有包角困難的問題，只要有以下幾處：直艙壁與中心圓筒相交處；底板扶強(qiáng)材與中心圓筒相交處；底板扶強(qiáng)材與環(huán)形艙壁相交處；底板扶強(qiáng)材與外圍環(huán)形艙壁相交處。其中，前兩處是因?yàn)榈装迮c中心圓筒形成一定夾角，焊接時(shí)作業(yè)空間小，加之板比較厚，難以完成包角焊。另外兩處也是因?yàn)榘灞容^厚，難以施焊。提出的解決方法有兩種，一種是使用手工電弧焊，將焊條的前段一部分彎曲，完成包角焊，該方法可以完成包角焊，并達(dá)到滿意的效果，但是一根焊條只能使用一部分，造成焊條浪費(fèi)，對(duì)焊工素質(zhì)要求也非常高。另一種方法是將包角處氣刨，將包角位置打出一個(gè)破口，由里向外施焊完成包角焊。

2.樁靴E500鋼焊接質(zhì)量的保證

樁靴的3個(gè)直艙壁將來要與樁腿連接，連接的位置就在E500剛上，整個(gè)鉆井平臺(tái)的重量將來就由這三個(gè)直艙壁承受。因此，E500鋼與其他位置焊接的質(zhì)量必須保證，以確保整個(gè)平臺(tái)作業(yè)時(shí)的安全。由于E500鋼碳當(dāng)量高，強(qiáng)度高，淬硬傾向大，可焊性差。鋼與底板焊接時(shí)應(yīng)跟蹤過程，包括預(yù)熱溫度、焊接參數(shù)、層間溫度等，確保該鋼的焊接符合WPS要求，保證焊接質(zhì)量。

3.樁靴焊接變形的控制

樁靴的尺寸要求非常高，其尺寸要求主要包括下面幾處：樁靴底板的水平度；外圍環(huán)形艙壁及頂板的位置精度；3個(gè)120°位置的尺寸精度。這三部分尺寸的控制主要采用了設(shè)置反變形量、剛性固定、采取合理的焊接順序的方法，以達(dá)到尺寸精度的要求?，F(xiàn)就具體方法展開分析。對(duì)于3個(gè)120°位置的直艙壁，首先與中心圓筒焊接好，將其縱向的位置固定。環(huán)形圍壁與直艙壁組對(duì)完成，調(diào)整好這三個(gè)直艙壁在環(huán)向的位置后，焊接直艙壁與底板的焊縫，最后焊接環(huán)形艙壁與直艙壁的焊縫。在每一次組對(duì)和焊接完成后，都要測量一下直艙壁的位置，保證3個(gè)直艙壁在3個(gè)120°線上。

結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了自升式鉆井平臺(tái)特殊鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制過程，并用常見的問題來闡述它們的主要類型及發(fā)生原因、影響因素等，并提出了相應(yīng)的預(yù)防控制措施，把握每個(gè)細(xì)節(jié)，確保自升式鉆井平臺(tái)工程質(zhì)量，對(duì)質(zhì)量問題及時(shí)處理并提供預(yù)防措施，希望對(duì)海油工程技術(shù)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制的發(fā)展有一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

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