海洋平臺模塊鉆機結(jié)構(gòu)建造工藝論述

中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津300452

1 概述

海洋平臺模塊鉆機是坐落在井口平臺（WHP）頂甲板上完成鉆井和修井作業(yè)的裝備，由鉆井設(shè)備模塊（DES）、鉆井支持模塊（DSM）和散料存儲罐（P-TANK）組成，設(shè)計壽命25年。

DES模塊的結(jié)構(gòu)部分主要由鉆臺、下移動底座和平臺滑軌三部分組成。

DSM模塊結(jié)構(gòu)主要由4根主立柱、4根輔立柱支撐，為3層框架式結(jié)構(gòu)。其由立柱底部的8根底座支撐安裝在組塊頂部甲板上，每層安裝有不同的設(shè)備，用于支持鉆井。

2 建造工藝

2.1 確定建造方案

模塊鉆機作為“機械裝置”，它的建造方案的確定需要考慮詳細(xì)設(shè)計圖紙要求、施工成本及周期、結(jié)構(gòu)尺寸及重量、結(jié)構(gòu)特點及復(fù)雜程度、現(xiàn)場起重能力、現(xiàn)場加工制造能力、施工場地、場地承載力、裝船的形式、調(diào)試的需要等，因此制定模塊鉆機總體建造方案是一項基礎(chǔ)且關(guān)鍵的工作，不能在建造中途輕易變更建造方案，那將會是一件費力不討好的工作。

確定方案的步驟如下：第一步，根據(jù)裝船的方式、模塊重量尺寸、場地承載力、施工周期確定鉆機在建造現(xiàn)場擺放的位置。第二步，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試要求，確定DES、DSM模塊的相對位置。為了保證調(diào)試，模塊鉆機盡量按照在組塊上的相對位置進(jìn)行布置，高度通過滑靴及墊塊進(jìn)行調(diào)整。第三步，根據(jù)設(shè)計圖紙、結(jié)構(gòu)的特點及復(fù)雜程度、現(xiàn)場起重能力、現(xiàn)場加工制造能力綜合考慮確定DES和DSM的立片及安裝方案。

2.2 繪制結(jié)構(gòu)加工圖紙

模塊鉆機結(jié)構(gòu)加設(shè)圖紙主要包括結(jié)構(gòu)布置圖、節(jié)點詳圖（編桿件號、節(jié)點號）、單件圖、排版圖、組合梁預(yù)制方案、立柱和拉筋的單件圖、造管圖等。

圖紙繪制的難點主要在節(jié)點吊點位置的繪制、立柱拉緊造管圖的繪制、環(huán)板單件圖排版圖的繪制，對于這些位置要盡可能詳細(xì)，以方便工人理解，避免現(xiàn)場工人理解偏差發(fā)生下料錯誤，最終導(dǎo)致返工造成損失，進(jìn)而影響進(jìn)度。

加工設(shè)計要貼近工廠及現(xiàn)場的加工及建造水平，實時考察確定工廠設(shè)備的鋼管卷制能力、型鋼加工水平，本著降低成本的原則，按照工廠的設(shè)備生產(chǎn)能力排版、編制采辦清單。

材料排版要兼顧通用和節(jié)省的原則，考慮在一定的加工損耗的前提下盡量采用通用規(guī)格尺寸的材料，避免定制產(chǎn)品增加采購成本及延長供貨周期。

2.3 采辦結(jié)構(gòu)材料

結(jié)構(gòu)材料采辦的依據(jù)主要有請購單、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及鋼材采辦招標(biāo)文件。

采辦招標(biāo)文件中要詳細(xì)描述采購清單以外的信息，包括供貨周期、供貨地點、標(biāo)識要求、材質(zhì)證書的要求及一些特殊或通用的要求。在采辦評標(biāo)過程中，需嚴(yán)格按照詳細(xì)設(shè)計要求的材質(zhì)性能進(jìn)行考評，同時要考慮是否符合項目要求的交貨期。

2.4 預(yù)制結(jié)構(gòu)

模塊鉆機結(jié)構(gòu)的主要采用的受力構(gòu)件有熱軋型鋼材質(zhì)SM490YB、高強度組合型鋼及箱形梁材質(zhì)DH36、卷制鋼管DH36、環(huán)板DH36（帶Z向性能）、厚鋼板（DH36）。

模塊鉆機的鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)制環(huán)節(jié)主要分為原材料領(lǐng)料出庫、標(biāo)識、預(yù)涂、劃線下料、切割打磨、壓頭卷制、組對焊接、熱處理、外觀檢驗、無損檢驗、構(gòu)件除銹防腐等。在各環(huán)節(jié)中要嚴(yán)格按施工程序、設(shè)計圖紙及規(guī)范執(zhí)行。

預(yù)制中關(guān)鍵工序有鋼管卷制焊接、組合梁預(yù)制、鋼管馬鞍口切割、環(huán)板下料、拖拉點吊裝點的焊接、熱處理、導(dǎo)軌的預(yù)制及變形的控制。這些關(guān)鍵工序都需要編制相應(yīng)的施工程序予以約束，在施工前嚴(yán)格進(jìn)行施工技術(shù)交底。

2.5 建造DSM模塊和DES模塊結(jié)構(gòu)

（1）建造DSM模塊結(jié)構(gòu)。在不考慮吊裝能力限制的情況下，最佳的分片建造方案如下：一層水平片在總裝位置預(yù)制，預(yù)制完成后，安裝一層立柱拉筋、擋風(fēng)墻，安裝一層設(shè)備；安裝二層水平片，繼續(xù)安裝二層立柱拉筋、擋風(fēng)墻，安裝二層設(shè)備；安裝三層水平片；整體插立柱，最后安裝測井平臺、管子堆場等附件。如果吊機能力受到限制，可以考慮二層和三層分片預(yù)制進(jìn)行吊裝，但是施工效率會明顯降低。這種方案的優(yōu)點在于建造速度快、精度高、避免交叉施工，缺點在于主立柱安裝過晚，部分房間不能過早交付。

（2）建造DES模塊結(jié)構(gòu)。根據(jù)DES模塊結(jié)構(gòu)的特點分片預(yù)制，DES模塊結(jié)構(gòu)各層從上至下分為鉆臺甲板面、鉆臺支腿、上滑道梁、上滑道梁甲板片、中層水平片、底層水平片，加上立面的XA軸、XB軸、1軸、2軸4個分片，共計分為10個部分。建造步驟如下：首先將完成建造的處于臥式的XA軸立起來，就位于滑靴上，就位后調(diào)整水平度及垂直度合格，底部同滑靴剛性固定，頂部通過4根可調(diào)節(jié)的斜拉的牽引鋼絲繩固定，用于調(diào)節(jié)其垂直度；然后安裝底部水平片，安裝1軸、2軸、中部水平片，XB軸合攏，再安裝上滑道梁甲板片，調(diào)平后安裝上滑道梁，滑道梁檢驗合格安裝鉆臺支腿并固定，吊裝并固定鉆臺，最后安裝其他附件。這種方案同立式建造的對比優(yōu)點在于前期避免了大量的高空作業(yè)，不需要頻繁搭拆腳手架、建造速度快、建造精度高、避免交叉施工。

2.6 模塊鉆機導(dǎo)軌的制作

模塊鉆機導(dǎo)軌由供整個DES橫向滑移使用安裝于組塊甲板平臺的上導(dǎo)軌和供鉆臺縱向滑移使用安裝于滑道梁甲板層的上導(dǎo)軌兩部分構(gòu)成。相互垂直的導(dǎo)軌、鉆臺、下移動底座4部分共同構(gòu)成了鉆機滑移系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

導(dǎo)軌一般為2根通長的組合T形梁，T形梁上表面設(shè)置有步行孔，滑移油缸驅(qū)動棘抓深入步行孔，通過拖曳或者推拉驅(qū)動整個模塊運動。為了保證鉆機能夠精準(zhǔn)運動，采取的建造工藝如下：導(dǎo)軌翼緣板厚度的選擇要高出設(shè)計10mm作為加工余量，首先進(jìn)行導(dǎo)軌翼緣板及腹板的下料，下料后采用鋼板壓平機初步調(diào)整翼緣板的水平度滿足需要，然后進(jìn)行導(dǎo)軌組對焊接。組對焊接要求采用嚴(yán)格的防變形措施，通用的做法是增加臨時支撐并將2根滑道梁背靠背剛性固定在一起。其需要嚴(yán)格按照先焊垂直筋板的豎向焊縫，再焊其橫向焊縫，接著焊腹板與翼緣板的角焊縫，最后焊接水平筋板的工藝施焊。焊接完成經(jīng)過檢驗確定合格后，打開臨時固定，使用矯直機及火焰進(jìn)行初步調(diào)平（火焰溫度不允許超過500℃），確保上表面水平度誤差在1mm以下后，再上銑床進(jìn)行精加工（加工精度要求水平度偏差不超過0.2mm）。

模塊鉆機建造中的重難點除了上下滑軌的制作工藝，還有DES下底座支腿滑板的制作與安裝工藝、DES鉆臺支腿滑板的制作工藝、DES下底座整體精度的控制工藝、DES上下滑軌的安裝精度控制工藝、DSM整體插立柱工藝、DSM吊耳板及底座焊接施工工藝等。這些關(guān)鍵工藝，同樣也是質(zhì)量控制的關(guān)鍵，都需要采取具有針對性的施工工藝技術(shù)措施予以約束，并在施工前嚴(yán)格進(jìn)行施工技術(shù)交底，從而保證建造精度及施工質(zhì)量滿足要求。

2.7 結(jié)構(gòu)涂裝

結(jié)構(gòu)涂裝要嚴(yán)格按照業(yè)主規(guī)格書及批準(zhǔn)的涂裝程序進(jìn)行。所有結(jié)構(gòu)材料在下料前應(yīng)作防腐預(yù)處理，噴涂車間底漆。分片預(yù)制后，各個分片的涂裝步驟因其結(jié)構(gòu)特點和現(xiàn)場準(zhǔn)備情況會有所不同。例如DES下移動座結(jié)構(gòu)，屬于敞開式結(jié)構(gòu)，適合建成后整體噴砂涂裝，省時省料；而DSM結(jié)構(gòu)，外圍壁以內(nèi)是密閉的房間結(jié)構(gòu)，若也采用整體噴砂涂裝，因房間內(nèi)不具備照明條件，會影響噴砂質(zhì)量，且廢砂的清理工作也很費時費力。因此，推薦各分片在預(yù)制完成后即進(jìn)行噴砂涂裝，吊裝合攏后只需對焊道做局部補漆處理，避免了整體打砂，其他專業(yè)可立即進(jìn)駐施工，從而能同時作業(yè)，節(jié)省工期。

2.8 結(jié)構(gòu)吊裝

吊裝方案作為指導(dǎo)性文件用于吊裝的施工組織、前期準(zhǔn)備、吊裝過程以及現(xiàn)場的安全控制等方面。影響吊裝方案編制的因素有組裝的深度（整體吊裝、分片吊裝）、結(jié)構(gòu)片的形狀和參數(shù)、就位難道、吊裝平面布置、環(huán)境條件、地基耐力、吊裝機械的性能、吊裝機械的潛力、操作水平、吊裝經(jīng)驗、作業(yè)難度、勞動強度、受力分析、經(jīng)濟(jì)分析、安全檢查等，因此科學(xué)、合理的吊裝方案必然是綜合考慮了這些因素的影響結(jié)晶。對于非常規(guī)吊裝作業(yè)、大型吊裝作業(yè)（吊裝噸位不小于40t）、雙機聯(lián)吊作業(yè)，編制的施工方案必須經(jīng)過專家論證并報上級單位審批，并在吊裝前嚴(yán)格檢查吊裝機械及操作人員證書、證件，檢查安全限位等是否有效，同時對吊裝場地提前進(jìn)行隔離警戒。吊裝前要嚴(yán)格完成吊裝安全技術(shù)交底、吊裝作業(yè)單審批、現(xiàn)場JSA風(fēng)險分析，所有參與吊裝的人員必須全部參與，保證分工明確，指令統(tǒng)一。吊裝過程中要嚴(yán)格按照方案執(zhí)行，如遇緊急情況，按照應(yīng)急方案執(zhí)行。

3 結(jié)束語

綜上所述，模塊鉆機的結(jié)構(gòu)建造工作在整臺鉆機的建造中有著基礎(chǔ)性的作用，合理的結(jié)構(gòu)建造工藝是打好基礎(chǔ)的前提，也是綜合費用、工期、質(zhì)量、安全這些因素的考慮的最優(yōu)集合，更是工程順利完工、鉆井設(shè)備平穩(wěn)運行的保障。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，模塊鉆機的結(jié)構(gòu)形式也在發(fā)生變化，相信還有許多工藝步驟可以進(jìn)一步完善，還有很多細(xì)節(jié)可以進(jìn)一步優(yōu)化提高，這需要進(jìn)一步探索總結(jié)。