某自升式鉆井平臺(tái)樁腿弦管修復(fù)工藝

王楊志

摘 ? ?要：自升式鉆井平臺(tái)在插樁作業(yè)時(shí)，如果沒(méi)有做好前期的地質(zhì)勘探或者操作不當(dāng)，容易發(fā)生樁腿穿刺事故，導(dǎo)致樁腿屈曲破壞和平臺(tái)結(jié)構(gòu)受損，甚至造成人員傷亡以及環(huán)境污染。本文介紹了我司在承修某自升式鉆井平臺(tái)因樁腿穿刺事故而受損的桁架型樁腿時(shí)，通過(guò)技術(shù)分析，制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男蘩砉に嚪桨?，為高質(zhì)量地修復(fù)受損的桁架型樁腿提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，也為以后承接此類(lèi)修理工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：自升式鉆井平臺(tái);穿刺;弦管修復(fù);工藝設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE5 ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： During the pile insertion of a jack-up drilling rig， if the previous geological exploration or piling operation is not done well， punch-through accidents are likely to occur， resulting in pile leg buckling damage and damage to the rig structure， even casualties and environmental pollution. This paper introduces that when repairing a truss-type pile leg damaged by a punch-through accident on a jack-up drilling rig， through technical analysis， a rigorous repair process design is made for high-quality repair in the later stage， it provides a strong technical support to repair the damaged truss-type legs of the rig and also accumulates valuable experience for undertaking such repair works in the future.

Key words： Jack-up drilling rig; Punch-through; Chord repair; Process design

1 ? ? 前言

自升式鉆井平臺(tái)具有定位能力強(qiáng)、一次定位鉆井范圍大、建造及維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于我國(guó)南海及國(guó)際范圍主要淺海海域，是近海海域油氣勘探、開(kāi)采作業(yè)的主力裝備，為海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)做出了巨大貢獻(xiàn)。

大型自升式鉆井平臺(tái)平面形狀普遍采用近似三角形，布置3條三角形桁架型樁腿（首部1條、尾部2條），樁腿的材料大多使用超高強(qiáng)度鋼管，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)使主船體沿3個(gè)樁腿同步升降。但是，自升式鉆井平臺(tái)在插樁作業(yè)時(shí)，如果沒(méi)有做好前期的地質(zhì)勘探或者人為操作不當(dāng)，容易發(fā)生樁腿穿刺事故，通俗的說(shuō)就是樁靴刺穿了承載地基，導(dǎo)致樁腿屈曲破壞和平臺(tái)結(jié)構(gòu)受損，甚至造成人員傷亡以及環(huán)境污染。穿刺事故對(duì)平臺(tái)最直接的損傷就是樁腿，因此自升式鉆井平臺(tái)的樁腿修理具有廣闊的市場(chǎng)。樁腿修理技術(shù)，特別是桁架型樁腿修理技術(shù)，一直被新加坡等少數(shù)國(guó)家的船廠(chǎng)所掌握，國(guó)內(nèi)船廠(chǎng)修理桁架型樁腿時(shí)都是花費(fèi)巨資依賴(lài)技術(shù)進(jìn)口的方式來(lái)完成，造成我國(guó)船廠(chǎng)在桁架型樁腿修理技術(shù)方面一直無(wú)法突破。

2 ? ?1#和3#樁腿的受損情況

國(guó)內(nèi)某大型自升式鉆井平臺(tái)在海上插樁作業(yè)時(shí)發(fā)生了樁靴穿刺事故，導(dǎo)致該平臺(tái)樁腿的主弦管局部受損，部分斜撐管斷裂、彎曲變形，平臺(tái)的升降受到嚴(yán)重影響。本文以其中受損最嚴(yán)重的1#和3#樁腿為例，其主要受損情況如下：

（1）1#樁腿（見(jiàn)圖1）

105-110.5 m A-B面，一條斜撐管變形，需要換新修理;

105-110.5 m A-C面，X節(jié)點(diǎn)連續(xù)管擠壓變形，需要換新修理;

107 m 水平內(nèi)三角支撐管，部分切割釋放應(yīng)力，需要局部換新。

（2）3#樁腿（見(jiàn)圖2）

105-110.5 m A-B面和A-C面，樁腿斜撐管X節(jié)點(diǎn)受損斷裂，需要換管修理（各3條）;

110.5-116 m A-B面，一根斜撐管變形彎曲，需要換管修理;

110.5-116 m A-C面，X節(jié)點(diǎn)連續(xù)管擠壓變形，需要換管修理（3條）;

107 m 水平內(nèi)三角支撐管，部分切割釋放應(yīng)力，需要局部換新;

113.5 m 水平內(nèi)三角支撐管，部分切割釋放應(yīng)力，需要局部換新。

3 ? ?1#和3#樁腿的修理施工步驟及注意事項(xiàng)

對(duì)于1#樁腿和3#樁腿受損區(qū)域的修理，總體上分為兩個(gè)批次進(jìn)行。其中，1#樁腿和3#樁腿為兩個(gè)獨(dú)立單元，可同時(shí)進(jìn)行施工操作，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件（人力、物力、設(shè)備等）進(jìn)行先后施工操作。

（1）首先，1#樁腿受損區(qū)域?yàn)?07 m處，A-B面和A-C面不同程度受損，通過(guò)建立三維模型模擬計(jì)算得出的結(jié)論，需將受損變形區(qū)域同時(shí)進(jìn)行應(yīng)力釋放，在確定結(jié)構(gòu)未發(fā)生塑性變形的情況下，使樁腿變形區(qū)域自然回彈回歸原位，達(dá)到修理校正的效果;

（2）3#樁腿受損區(qū)域?yàn)?07 m處和114 m處A-B面和A-C面不同程度受損，通過(guò)建立三維模型模擬計(jì)算得出的結(jié)論，在考慮到施工安全及過(guò)量反彈的情況下，需將受損變形區(qū)域進(jìn)行分批次應(yīng)力釋放，使局部變形區(qū)域回歸原位，達(dá)到修理校正的效果。其中，單獨(dú)以A-B面的兩個(gè)X交叉點(diǎn)為第一批施工，以A-C面的兩個(gè)X交叉點(diǎn)為第二批施工。

3.1 ? 1#樁腿的修理步驟

首先，對(duì)修理區(qū)域受損的斜撐管進(jìn)行割除，其中：（1）A-B面割除一根斜撐管，長(zhǎng)度為5 m;（2）A-C面割除一個(gè)X交叉點(diǎn)，長(zhǎng)度分別為2 m、1 m各一根;（3）然后，測(cè)量核對(duì)建造公差值。如回彈后樁腿型值滿(mǎn)足建造公差，則可繼續(xù)進(jìn)行施工;如測(cè)量結(jié)果不滿(mǎn)足建造公差時(shí)，需進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并重新制定相應(yīng)的校正方案;（4）最后，回裝新管、焊接及完工處理。

3.2 ?3#樁腿的修理施工步驟

首先，對(duì)修理區(qū)域受損的斜撐管進(jìn)行分批割除，其中：（1）第一批，A-B面割除兩個(gè)X交叉點(diǎn)，共四根斜撐管，長(zhǎng)度分別為6.134 m、7.634 m和1 m兩根;并且需割除107 m水平內(nèi)支撐管兩根，長(zhǎng)度分別為0.5m、5.689 m;（2）第二批，A-C面同時(shí)割除兩個(gè)X交叉點(diǎn)，共六根斜撐管，長(zhǎng)度分別為2 m兩根和1 m四根;并且需割除107 m水平內(nèi)支撐管一根，長(zhǎng)度為0.5 m;114 m水平內(nèi)支撐管兩根，長(zhǎng)度分別均為0.5 m;（3）然后，測(cè)量核對(duì)建造公差值，如回彈后樁腿型值滿(mǎn)足建造公差，則可繼續(xù)進(jìn)行施工;如測(cè)量結(jié)果不滿(mǎn)足建造公差，則需進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并重新制定相應(yīng)的校正方案;（4）最后，回裝新管、焊接及完工處理。

3.3 ?1#和3#樁腿修理施工注意事項(xiàng)

首先，切割前現(xiàn)場(chǎng)必須做好擋風(fēng)遮雨措施，防止切割過(guò)程中急速降溫，避免母材發(fā)生冷脆裂紋;其次，切割、打磨、修整坡口、點(diǎn)焊馬板工裝、定位焊接、焊接等操作，必須進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度控制在110 ℃～ 200 ℃之間;再次，按切割批次切割完成之后，應(yīng)按照測(cè)量方案進(jìn)行測(cè)量檢驗(yàn)，或按船東、船檢現(xiàn)場(chǎng)提出的測(cè)量要求進(jìn)行測(cè)量檢驗(yàn)，所有的測(cè)量數(shù)據(jù)必須真實(shí)有效并記錄在冊(cè)，以供備查;最后，在切割變形彎曲的斜撐管時(shí)，必須做好相應(yīng)的防護(hù)措施，防止較大的集中應(yīng)力反彈傷人。建議在需要切割的管材兩端畫(huà)好切割線(xiàn)后，先將一端破壞性切割至2/3位置，再切割另一端，這樣可減小反彈力;或是使用扎帶、繩索、吊索等工具，在切割前將切割的管材進(jìn)行捆綁固定，之后再進(jìn)行切割作業(yè);施工作業(yè)人員，必須掛好安全帶并服從安全管理人員的監(jiān)管。

4 ? ?1#和3#樁腿修理工藝及檢驗(yàn)要求

4.1 ?切割工藝及檢驗(yàn)要求

所有管材切割前，必須畫(huà)好切割線(xiàn)和檢驗(yàn)線(xiàn)。建議切割前在保留的管材上打好裝配檢驗(yàn)樣沖點(diǎn)（因管材裝配時(shí)，不便于檢驗(yàn)管材中心線(xiàn)的長(zhǎng)度，只能依靠管壁的外觀(guān)標(biāo)記進(jìn)行核對(duì)和檢驗(yàn)）;管材切割區(qū)域做好擋風(fēng)遮雨措施，原則上在下雨天不宜進(jìn)行切割操作，若工程需要?jiǎng)t必須做到施工區(qū)域保持干燥;管材切割前必須進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱范圍不低于切割線(xiàn)兩側(cè)各75 mm;切割作業(yè)必須有專(zhuān)人監(jiān)控。

4.2 ?裝配工藝及檢驗(yàn)要求

裝配定位時(shí)，一般使用裝配馬板進(jìn)行定位固定，也可使用定位焊進(jìn)行定位。但必須注意，定位焊的焊點(diǎn)在接縫根部且符合打底焊的基本要求;定位焊焊縫不宜過(guò)長(zhǎng)，盡量控制在30 mm左右，且定位焊不宜設(shè)置在背面、夾角面等不利于焊接操作的位置，防止因定位焊夾渣或存在缺陷而導(dǎo)致后期整體焊接的缺陷;裝配時(shí)還需注意裝配坡口要符合要求，為滿(mǎn)足夾角焊縫（銳角）的根部坡口要求，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行預(yù)裝。

4.3 ?焊接工藝及檢驗(yàn)要求

焊接作業(yè)必須保證作業(yè)區(qū)域擋風(fēng)遮雨。焊接前必須進(jìn)行焊前預(yù)熱，焊前預(yù)熱溫度控制在110 ℃～200℃之間，預(yù)熱完成后進(jìn)行焊接作業(yè);焊接過(guò)程中控制道間溫度在110 ℃～200 ℃之間，原則上連續(xù)施焊至焊縫成形，不建議中途停頓至完全冷卻再焊接;如焊接中止后重新施焊，必須進(jìn)行焊前消氫處理，加熱至200℃保溫2.5小時(shí)，然后重新預(yù)熱至110 ℃～200 ℃之間，之后再繼續(xù)施焊;焊接時(shí)，還需控制最大焊縫擺幅不超過(guò)8 mm;焊接時(shí)必須有專(zhuān)人測(cè)溫監(jiān)控。

4.4 ?預(yù)熱、后熱工藝要求及控制方法

預(yù)熱可采用電加熱片加熱或烘槍加熱，一般不建議使用烘槍加熱。為保證加熱區(qū)域精確的溫度控制，以及加熱的均勻性，建議使用電加熱片進(jìn)行加熱。加熱時(shí)的溫度檢測(cè)，可使用測(cè)溫色筆、紅外線(xiàn)測(cè)溫儀或接觸式測(cè)溫儀進(jìn)行檢測(cè);溫度檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)位于焊接點(diǎn)周?chē)蟹较蛏?，不得小于焊件的最大厚度值處，最低不小?5 mm。其中，層間溫度檢測(cè)，應(yīng)在焊縫本體金屬上或其根部鄰近母材處進(jìn)行檢測(cè)，層間溫度不小于預(yù)熱溫度;按WPS要求的預(yù)熱溫度、層間溫度及后熱溫度，進(jìn)行加熱和保溫，嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)。

4.5 ?完工檢驗(yàn)及要求

完成焊縫焊接后，應(yīng)立即進(jìn)行后熱處理，將焊接接頭處包裹加熱至200 ℃并保溫2.5小時(shí)，之后進(jìn)行緩冷，降溫溫差不宜超過(guò)50 ℃/h;待焊縫將至接近常溫后，使用鋼絲刷進(jìn)行焊縫清潔。如飛濺等雜質(zhì)不易清除，可使用打磨設(shè)備進(jìn)行表面修整，待焊縫清潔完成之后，按ABS及CCS船級(jí)社檢驗(yàn)要求，至焊后72小時(shí)方可進(jìn)行NDT檢測(cè)，以防止延遲裂紋出現(xiàn)。

5 ? ?結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)技術(shù)分析，按照制定的修復(fù)工藝方案，最終高效、高質(zhì)量地完成了樁腿受損區(qū)域的修理任務(wù);隨后的平臺(tái)升降試驗(yàn)檢驗(yàn)了修復(fù)效果，也驗(yàn)證了修理工藝方案的合理性和可行性。此次平臺(tái)樁腿穿刺的成功修理，是我司第一次也是國(guó)內(nèi)首次由船廠(chǎng)獨(dú)立自主完成整個(gè)修復(fù)過(guò)程，成功打破了自升式平臺(tái)桁架型樁腿結(jié)構(gòu)修理技術(shù)長(zhǎng)年被國(guó)外壟斷和技術(shù)封鎖的局面，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)船廠(chǎng)自主修復(fù)桁架型樁腿的先河，也對(duì)國(guó)內(nèi)同行業(yè)具有學(xué)習(xí)和借鑒的意義。

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