自升式鉆井維修平臺(tái)樁腿搭載精度控制

彭海祥

摘 要：本文主要介紹自升式鉆井維修平臺(tái)樁腿搭載精度控制，包括樁腿搭載吊裝前精度監(jiān)控準(zhǔn)備、搭載過(guò)程精度控制方法、精度測(cè)量、測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算等，確保搭載精度滿足樁腿升降系統(tǒng)要求。

關(guān)鍵詞：樁腿；精度測(cè)量；精度控制

中圖分類號(hào)：U674.39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Erection Accuracy Control of Jack-up Drilling Spud Leg

PENG Haixiang

（ Guangxin Shipbuilding&Heavy Industry Co.，Ltd. Zhongshan 528437 ）

Abstract： This paper mainly introduces the erection accuracy control of Jack-up Drilling spud leg， including the preparation of spud leg erection， accuracy control method for carrying process， accuracy measurement， the measurement data calculation. Meet the accuracy requirements of l spud leg lift system.

Key words： spud leg； accuracy measurement； accuracy control

1 前言

自升式鉆井維修平臺(tái)樁腿的作用是支撐平臺(tái)海上作業(yè)，并將平臺(tái)所承受的全部荷載傳到海底。樁腿一般要承擔(dān)及傳遞水平荷載、彎曲力矩及升降過(guò)程的局部荷載。樁腿精度的好壞，直接影響到整個(gè)升降系統(tǒng)性能及整個(gè)平臺(tái)的支撐穩(wěn)定。在樁腿建造搭載最終階段，需要將建造過(guò)程中的累積偏差減少，其中搭載定位調(diào)節(jié)難度相當(dāng)大，需要通過(guò)吊機(jī)點(diǎn)精確調(diào)整，將樁腿綜合精度控制在可控范圍內(nèi)。如果樁腿精度超差，將會(huì)造成大量返工，影響工程進(jìn)度，且高空作業(yè)、密閉空間作業(yè)存在極大的安全隱患。

2 自升式鉆井維修平臺(tái)樁腿的建造特點(diǎn)

本平臺(tái)為四樁腿布置（如圖1所示），樁腿升降系統(tǒng)為齒輪齒條式。考慮到龍門吊的高度、樁腿吊裝翻身、龍門吊機(jī)的使用效率及船塢的周轉(zhuǎn)效率，故將每根樁腿劃分為3節(jié)搭載，搭載前樁腿在地面進(jìn)行預(yù)合攏劃線，平臺(tái)移塢前安裝前四條樁腿的第一節(jié)，平臺(tái)移塢后用龍門吊吊裝樁腿的第二、三節(jié)。由于超出龍門吊高度，使用履帶吊車進(jìn)行搭載定位。

3 樁腿搭載吊裝前精度監(jiān)控準(zhǔn)備

本平臺(tái)圓管樁腿總高91.5 m，若采用傳統(tǒng)的吊線錘、經(jīng)緯儀測(cè)量，由于測(cè)量位置過(guò)高，測(cè)量作業(yè)安全難以保證，且受風(fēng)力等環(huán)境因素影響，精度誤差大，不能滿足生產(chǎn)需求。為了保證測(cè)量作業(yè)安全及測(cè)量精度，本平臺(tái)整個(gè)樁腿搭載精度監(jiān)控過(guò)程均采用全站儀測(cè)量，全站儀測(cè)量使用精度較高的IR（有棱鏡）測(cè)量模式，測(cè)程最佳距離為250 m，單次測(cè)量精度為2 mm+2 ppm，單次測(cè)量時(shí)間為1s，滿足精度測(cè)量要求。

樁腿搭載吊裝前，在每節(jié)樁腿上、中、下的兩邊升降齒條上貼6個(gè)反射片，作為樁腿精度測(cè)量監(jiān)控的目標(biāo)點(diǎn)，監(jiān)控整根樁腿前后、左右方向的精度偏差。此外，為了保證測(cè)量較佳入射角度（角度a介于45°～90°）及精確的目標(biāo)視準(zhǔn)值，全站儀架設(shè)在離樁腿約85 m的塢邊位置（其中塢高11 m，樁腿高于地面約80 m），以船塢邊的半寬線作為基準(zhǔn)參考直線，測(cè)量樁腿前后、左右方向精度。

4 首節(jié)樁腿搭載吊裝

第一節(jié)樁腿是整個(gè)樁腿的基礎(chǔ)，高度為35 m，直接搭載安裝在樁靴上，搭載定位精度尤為關(guān)鍵。樁腿平衡吊裝插入固樁架，靠攏在樁鞋上，樁腿前后方向垂直度通過(guò)龍門吊點(diǎn)行走精細(xì)調(diào)整，左右方垂直度通過(guò)采用龍門吊上小車點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，確保樁腿與樁鞋中心對(duì)正在3 mm以內(nèi)，垂直度精度控制在10 mm以內(nèi)。

測(cè)量精度滿足要求后，將首節(jié)樁腿下端面與樁鞋進(jìn)行定位焊接固定，同時(shí)樁鞋與平臺(tái)主體用臨時(shí)支撐柱進(jìn)行焊接固定，樁腿與固樁架上端用鐵尖固定，最終整個(gè)樁腿與平臺(tái)主體組成一個(gè)鋼性體，保證整個(gè)樁腿建造基礎(chǔ)穩(wěn)固可靠。

5 平臺(tái)移塢后樁腿吊裝精度控制及撓曲度數(shù)據(jù)換算

平臺(tái)移塢定位后，重新測(cè)量第一節(jié)樁腿的精度，垂直度控制在10 mm以內(nèi)；對(duì)樁鞋位置的塢墩進(jìn)行打緊及加固，檢查樁腿各鋼性支撐位置是否牢固，重新修正塢邊的半寬線及前后端點(diǎn)位置，以塢邊半寬線作為測(cè)量監(jiān)控長(zhǎng)度方向的坐標(biāo)系，檢查各項(xiàng)定位基準(zhǔn)滿足要求后，便可以準(zhǔn)備吊裝第二節(jié)樁腿。

第二節(jié)樁腿（35 m）與第三節(jié)樁腿（18 m）搭載精度控制工藝流程大體相同，主要通過(guò)以下流程控制樁腿搭載精度：

（ 1 ）吊裝前檢查各作業(yè)圍欄是否安全、各預(yù)裝件是否已預(yù)裝到位、測(cè)量反射片是否有脫落、反射片十字線是否清晰看見(jiàn)；

（ 2 ）樁腿吊裝找正、粗定位：粗定位時(shí)，檢查樁腿預(yù)組時(shí)十字中心線的對(duì)合性，同時(shí)拉尺測(cè)量合攏縫齒條間距離是否滿足±3 mm要求；

（ 3 ）垂直度、撓曲度測(cè)量：用全站儀測(cè)量整個(gè)樁腿齒條上、中、下各精度監(jiān)控點(diǎn)，為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要重復(fù)測(cè)量取測(cè)量平均值；計(jì)算各點(diǎn)之間在長(zhǎng)度和寬度方便的垂直度偏差，控制在20 mm以內(nèi)，同時(shí)滿足撓曲度精度要求（整根樁最大撓曲公差為20 mm），測(cè)量監(jiān)控垂直度超差時(shí)，通過(guò)吊機(jī)精確點(diǎn)動(dòng)調(diào)整樁腿上端，確保垂直度精度滿足規(guī)定要求；

（ 4 ）樁腿固定：垂直度、撓曲度精度滿足要求后樁腿固定，樁腿合攏縫間留好焊接補(bǔ)償量2～3 mm，在樁腿外側(cè)采用長(zhǎng)馬板進(jìn)行固定；

（ 5 ）吊機(jī)松鉤精度測(cè)量監(jiān)控：吊機(jī)松鉤后，由于樁腿不受吊機(jī)水平方向力的約束作用，松鉤后整根樁腿的垂直度偏差較大，通過(guò)重復(fù)測(cè)量監(jiān)控，確保樁腿精度滿足公差要求；

（ 6 ）焊前裝配處理：對(duì)于偏差較大位置，通過(guò)加馬板裝配調(diào)順合攏口，裝配完后再次測(cè)量樁腿的垂直度、撓曲度，為樁腿合攏口焊接提供數(shù)據(jù)參考；

（ 7 ）樁腿合攏縫焊接及精度控制：合攏縫預(yù)熱后做好防風(fēng)措施，一般按照對(duì)稱焊接方式進(jìn)行焊接，若焊前精度測(cè)量發(fā)現(xiàn)撓曲度有較大偏差時(shí)，需要調(diào)整焊接順序；焊縫兩側(cè)100 mm范圍內(nèi)預(yù)熱達(dá)到100℃～150℃，焊接前兩道打底焊（打底焊接為整個(gè)焊接過(guò)程變形最大階段），先焊接樁腿折彎位置背面大的一側(cè)，同時(shí)進(jìn)行精度測(cè)量；通過(guò)計(jì)算樁腿撓曲度變化，確認(rèn)撓曲度滿足要求后安排2或4人進(jìn)行對(duì)稱焊接，每焊完一道焊縫必須認(rèn)真清理焊渣和飛濺物再焊下一道焊縫，同時(shí)可用錘子輕輕敲打焊縫以釋放焊接應(yīng)力，各道焊縫接頭應(yīng)錯(cuò)開大約30 mm；焊接完成后，繼續(xù)保溫和自然冷卻，最后做100%UT探傷報(bào)驗(yàn)。

由于要充分利用吊機(jī)資源，龍門吊機(jī)（履帶吊機(jī)）在樁腿固定后立即松鉤，吊裝后續(xù)其它樁腿。樁腿定位時(shí)，可通過(guò)吊機(jī)帶動(dòng)樁腿最上端，使整根樁腿垂直度保持在20 mm以內(nèi)。但樁腿搭載固定松鉤后，樁腿上端的鋼性較差，垂直偏差數(shù)據(jù)大，難以直接判斷整根樁腿撓曲度能否滿足標(biāo)準(zhǔn)公差，需要對(duì)撓曲度進(jìn)行計(jì)算。

撓曲度根據(jù)點(diǎn)到直線距離公式進(jìn)行計(jì)算。首先，樁腿齒條上下兩端兩測(cè)量點(diǎn)不垂直（重合），可將齒條最低和最高的已知兩點(diǎn)坐標(biāo)（X1，Y1）、（X2，Y2）代入直線方程斜截式Y(jié)=kX+b，即可求得斜率k和常數(shù)b值：

（1）

（2）

將其化作一般直線式方程：AX+BY+C=0 （3）

式中：A=k，B=-1，C=b。

計(jì)算其它測(cè)量點(diǎn)（X0，Y0）到上下兩點(diǎn)連線的距離d，即是其它點(diǎn)到該直線的撓曲度：

（4）

此外，確定其它實(shí)測(cè)點(diǎn)（X0，Y0）的方向性，可將實(shí)測(cè)點(diǎn)高度值Y0代入直線方程，比較直線上的理論值與實(shí)測(cè)值X0 的差值，便可判斷撓曲度的方向：

X0-（C+BY0）/（-A）>0，為在該直線X軸的正方向（即撓曲度為正方向）；

X0-（C+BY0）/（-A）<0，為在該直線X軸的正方向（即撓曲度為負(fù)方向）；

X0-（C+BY0）/（-A）=0，為在該直線X軸的直線上（即撓曲度為0）。

以樁腿B最終實(shí)際搭載數(shù)據(jù)為例，垂直度、撓曲度計(jì)算結(jié)果如表1、表2所列。

由表1、表2可以看出：樁腿B整體搭載松鉤后，通過(guò)比較測(cè)量點(diǎn)數(shù)值，樁腿長(zhǎng)度、半寬方向垂直度偏差超過(guò)20 mm，憑此垂直度數(shù)據(jù)無(wú)法直接判定撓曲度是否超差；通過(guò)點(diǎn)到直線距離計(jì)算，樁腿B寬度方向撓曲度偏差5 mm，長(zhǎng)度方向偏差14 mm，均滿足樁腿搭載精度要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

本自升式鉆井維修平臺(tái)此樁腿搭載過(guò)程中，確保各步驟測(cè)量精度滿足要求，雖然搭載到最后階段，由于樁腿過(guò)長(zhǎng)、剛性不足導(dǎo)致垂直度偏差較大，但通過(guò)對(duì)樁腿撓曲度進(jìn)行精確計(jì)算，確認(rèn)精度滿足公差要求，實(shí)現(xiàn)了搭載精度零返工，保證樁腿按工藝要求建造，縮短了平臺(tái)建造周期，出塢后經(jīng)航海試驗(yàn)，驗(yàn)證了樁腿升降系統(tǒng)性能滿足要求。

參考文獻(xiàn)

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