自升式鉆井平臺樁腿接樁工藝方案及其實施要點

侯文輝，周 旭，李紅艷，柴俊義

(太重(天津)濱海重型機械有限公司海工裝備分公司 天津300460)1234 ,1234

0 引 言

隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮娜找鏀U大，海洋成為世界各國獲取資源的新焦點，海洋資源開采已經(jīng)成為世界各國能源戰(zhàn)略發(fā)展方向。自升式鉆井平臺是海洋油氣開發(fā)的重要設備之一，太重(天津)濱海重型機械有限公司研發(fā)制造的 TZ400自升式鉆井平臺是太重第一臺海工裝備產(chǎn)品，是太重集團實施“藍海戰(zhàn)略”，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的標志產(chǎn)品，適用最大工作水深400英尺(121.92m)，鉆機能力 9000m，型長 73m，型寬 72m，型深 9.5m，重量約 15000t，是進行海上石油天然氣勘探開發(fā)作業(yè)的鋼質(zhì)非自航自升式鉆井平臺(圖1)，具備深井探井和大位移叢式井/水平井鉆井功能和試油輔助功能。

自升式鉆井平臺的顯著特點是帶有能夠自由升降的樁腿，站立和作業(yè)時樁腿下伸至海底，站立在海床上，使船體底部距離海面留有一定氣隙。樁腿是自升式鉆井平臺站立、工作、風暴自存等工況下保證平臺安全的關鍵組成部分，因此，其建造和合攏安裝精度對整個平臺起著關鍵作用。

圖1 TZ400自升式鉆井平臺Fig.1 TZ400 jack up drilling platform

1 TZ400鉆井平臺樁腿簡介

TZ400鉆井平臺有3條樁腿，分別布置于平臺艏部，艉部左、右舷，樁腿為三角桁架式結構，單條樁腿共分 8節(jié)，總長度 164m(連樁靴高度為 167m)，單條樁腿總重量約 1231t，樁腿三角截面邊長為13.6m；樁腿齒條板材質(zhì) A517，弦管材質(zhì) X80，樁腿合攏分為樁腿與樁靴合攏，樁腿與樁腿合攏，施工地點分為船臺接樁和平臺下水后接樁。樁腿平面布置及長度分段設置如圖2所示。

圖2 樁腿平面布置及長度分段設置圖Fig.2 Layout and length of pile legs

樁腿接樁作業(yè)高度高，重量大，吊裝設備能力要求高，吊裝作業(yè)次數(shù)多，費用高，風險大，接樁方案要求合理、安全、經(jīng)濟；樁腿合攏焊接質(zhì)量要求高，樁腿齒條板和半圓板材質(zhì)為 A517，碳當量高，熱影響淬硬性大，冷裂紋敏感性大，焊接時易出現(xiàn)焊接缺陷；合攏精度(尤其是樁腿直線度)要求高，齒條板厚度177.8mm，窗戶板厚度 82.5mm 均要求全熔，焊接工程量大，易產(chǎn)生焊接變形。

2 接樁工藝流程

樁腿合攏接樁工藝流程見圖3。

圖3 工藝流程Fig.3 Technological process

樁腿按生產(chǎn)設計分為8個分段，接樁即將此8個樁腿分段依次接長并焊接，本項目為太重首臺套制造，必須有經(jīng)船級社審批的焊接工藝規(guī)程(WPS)，樁腿接樁主要一部分就是樁腿的吊裝方案，由于場地吊機能力有限，平臺分為在船臺接樁和下水后接樁。樁腿分段建造完成后，依次進行船臺接樁、平臺下水后接樁。

2.1 吊裝方案簡介

由于接樁高度達百米以上，無法在船臺完成全部樁腿接樁，根據(jù)公司現(xiàn)有吊裝設備進行船臺接樁，平臺下水后再選擇其他起重設備，平臺下水后接樁高度達到147m，如圖4所示。

圖4 平臺下水后的接樁高度Fig.4 Pile height after launching of platform

通過幾種方案對比，確定在船臺部分樁腿選用自有門機和履帶式起重機進行對接，平臺下水后選用履帶式起重機和浮船起重機進行吊裝。此方案優(yōu)點是:平臺一次插樁固定后，無需移動和轉(zhuǎn)向；可在船臺進行樁腿預合攏，這樣可以減少吊裝次數(shù)，縮短施工時間。

2.2 接樁流程簡介

由于浮吊起重能力較大，可一次吊裝兩節(jié)樁腿，可適當在船臺進行樁腿預合攏，減少浮吊使用次數(shù)、縮短作業(yè)周期和避免作業(yè)人員窩工，提高施工作業(yè)經(jīng)濟性。

2.3 接樁焊接工藝簡介

TZ400自升式鉆井平臺樁腿合攏處焊接主要有齒條板、窗戶板、支撐管焊接。其結構如圖5所示。

圖5 結構示意圖Fig.5 Schematic diagram of structure

齒條板寬度 838.2mm，厚度 177.8mm，材質(zhì)ASTM A517，為低合金高強度調(diào)質(zhì)鋼，擁有優(yōu)良的綜合力學性能，其化學成分和力學性能分別見表1、2。

由于齒條板含 C、S、P量較低，其產(chǎn)生熱裂紋的傾向小，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后獲得良好的強度和韌性，同時在焊接熱影響區(qū)有較大的淬硬傾向，易出現(xiàn)脆硬組織。另外齒條板厚度大，焊接時易產(chǎn)生較大的焊接應力，加之焊接接頭中氫的存在，導致齒條板焊接有較大的冷裂紋敏感性。針對上述問題，與天津大學合作制定樁腿焊接工藝評定(WPQR)，并經(jīng)中國船級社(CCS)正式批準，用以指導樁腿焊接，根據(jù)海工現(xiàn)場實際施工條件編制了各階段焊接工藝規(guī)程(WPS)，涵蓋了樁腿建造、合攏的全部施工過程。對于此類重要鋼結構，理論上不允許補焊，因此在焊接過程中，各種工藝參數(shù)嚴格按 WPS執(zhí)行，其中重點控制焊前預熱、層間溫度控制、焊接速度、焊后保溫等焊接工藝參數(shù)。

表1 ASTM A517 GRQ化學成分Tab.1 ASTM A517 GRQ chemical component

表2 ASTM A517 GRQ力學性能Tab.2 ASTM A517 GRQ mechanical component

2.4 接樁精度控制簡介

樁腿齒條與升降鎖緊系統(tǒng)中齒輪嚙合，樁腿的建造和合攏精度直接影響著整個平臺的升降。針對焊接應力大，易產(chǎn)生變形，對樁腿精度提出了很高的要求，同時精度控制項目多，涉及到樁腿與樁靴、樁腿與固樁架、樁腿與樁腿的合攏精度。

接樁精度控制的前提是樁腿建造精度的嚴格控制，因此接樁前需對樁腿分段進行尺寸復測，接樁精度主要指樁腿與樁靴合攏、樁腿與樁腿合攏，精度控制項目見表3。

表3 接樁精度控制項目Tab.3 Accuracy of spud leg lengthening

3 結 語

樁腿接樁施工是鉆井平臺建造中重要的一環(huán)，對安全、焊接質(zhì)量、精度都有很高的要求，接樁方案選擇需要從安全、可行、經(jīng)濟各方面考慮，對于樁腿焊接，需加強焊接工藝和精度的過程控制。目前接樁施工已全部完成，達到了各項預定目標，本項任務的完成是鉆井平臺成功建造的一個重要節(jié)點。