DSJ300-L1 自升式鉆井平臺桁架式樁腿維修技術(shù)

王 磊，王 偉，劉金營，佟玉鵬

中國石油集團海洋工程（青島） 有限公司，山東青島266555

DSJ300-L1 自升式鉆井平臺于2020 年10 月20 日拖航至青島碼頭插樁，平臺在插樁下降過程中發(fā)出較為刺耳的異響，隨即平臺RPD 系統(tǒng)報警，平臺操作人員立即停止插樁操作，隨后檢查發(fā)現(xiàn)平臺左舷樁腿主弦管、橫撐及斜撐出現(xiàn)肉眼可見變形，另外兩條樁腿肉眼未見變形。后期對平臺艏樁和右舷樁腿進行變形測量，均未發(fā)現(xiàn)變形超差，而對平臺左舷樁腿進行測量表明發(fā)生了塑性變形，因此需對平臺左舷樁腿的塑性變形進行維修。本文介紹了平臺左舷樁腿塑性變形的維修技術(shù)。

1 平臺概述

DSJ300-L1 自升式鉆井平臺主體為三角形結(jié)構(gòu)，由3 根樁腿支撐，樁腿為3 根弦管組成的三角形桁架結(jié)構(gòu)。平臺型長62.8 m、型寬60.2 m、型深8 m，設(shè)計吃水4.9 m，樁腿總長為125.3 m，最大作業(yè)水深為91.44 m。

2 變形分析

自升式鉆井平臺在插樁過程中常見風(fēng)險有穿刺、滑移和掏空[1]。而此次事故發(fā)生于碼頭區(qū)域，且此次插樁位置為首次插樁，可排除穿刺和掏空風(fēng)險的可能，最終確定此次事故是由樁腿滑移造成。此類滑移事故對樁腿的最大影響為樁腿樁靴處到升降齒輪位置會發(fā)生彎曲變形超差，在插樁時升降齒輪接觸主弦管的最高位置存在折點，從而導(dǎo)致平臺樁腿無法正常升降，必須通過維修使樁腿各類參數(shù)符合設(shè)計要求。

施工單位對樁腿變形程度和變形范圍進行實際測量，平臺原設(shè)計單位將變形量與主弦管允許屈服強度下的變形量進行對比，可確認彎曲變形的類型，再針對變形類型制訂維修方案。本文描述的此次插樁事故經(jīng)設(shè)計單位分析后，確認為塑性變形，該變形無法通過切除變形支撐管的方式使主弦管回彈恢復(fù)至原有的直線度，故基于塑性變形進行維修方案的考慮。

3 維修范圍確認

鑒于鉆井平臺投入使用后的經(jīng)濟效益，需在最短時間內(nèi)對變形樁腿進行維修。施工單位采用局部樁腿更換的方式進行維修，即通過測量確定樁腿變形的最高點及最低點，將此段范圍作為樁腿更換的區(qū)域，而后制作出同等長度的樁腿進行替換。而在此過程中，最高點和最低點的確定尤為重要。

3.1 最高點的選擇

為減少多次測量造成累計誤差，操作平臺使其處于插樁狀態(tài)，在三角形結(jié)構(gòu)的樁腿內(nèi)部搭設(shè)腳手架；在樁腿中心位置使用FARO Focus 3D X330 三維激光掃描儀對樁腿三根弦管的空間位置進行掃描[2]，見圖1。

圖1 樁腿測量儀器布置點位置

采用此方式，可一次掃描出三根主弦管空間模型，并在Geomagic Control 軟件中體現(xiàn)，再將樁腿設(shè)計模型圖導(dǎo)入軟件，可測出樁腿變形量，將變形量與設(shè)計允許偏差進行對比，即可識別變形點，諸多變形點中最高位置的變形點即為樁腿更換區(qū)域的最高點。

3.2 最低點的選擇

最低點的選擇可參照最高點的選擇方法一并進行，但由于此次滑樁事故位于碼頭前沿，插樁深度約為9 m，樁腿最大變形位置位于樁靴側(cè)，鑒于此，為最大程度地保證更換段樁腿的安裝精度，規(guī)避同時控制上下6 道焊口的精度控制難題，最低點可直接選擇在樁腿全部回收后鎖緊塊下部區(qū)域的無用齒位置。

3.3 接口處端面尺寸

為保證三根主弦管（A、B、C） 的初始建造精度偏差相近，樁腿的預(yù)制通常按照從下向上的順序進行[3]，但始終無法完全消除建造誤差，即每根主弦管間的精度會出現(xiàn)不同的偏差，此種偏差就包含三根主弦管同一齒端位置的高差不同[4]（如圖2 所示）。在對樁腿損壞程度進行測量時，可采用AT960-LR 絕對激光跟蹤儀同時測出所需更換樁腿切割點位置的實際空間位置，供后續(xù)新樁腿預(yù)制使用。

圖2 三根弦管端齒截面圖

4 維修技術(shù)要點

損壞段樁腿的更換維修主要可分為新樁腿預(yù)制、損壞段樁腿拆除、樁腿合攏安裝三個步驟，以下對各階段的技術(shù)要點進行簡要介紹。

4.1 新樁腿預(yù)制

樁腿預(yù)制工作宜在室內(nèi)環(huán)境中使用專用胎架進行，胎架應(yīng)具備支撐、定位及微調(diào)功能，預(yù)制過程中應(yīng)對主弦管的各類精度指標進行重點控制，焊接應(yīng)嚴格按照焊接工藝規(guī)程進行，齒條板對口焊接完成后應(yīng)等待72 h 再進行無損檢測[5]。需要特別注意的是，三根主弦管上下端口的端面高差不應(yīng)按照設(shè)計圖紙布置，而是應(yīng)根據(jù)損壞段樁腿切割點的端面實際空間位置進行布置。

4.2 損壞段樁腿拆除

損壞段樁腿的拆除方案可根據(jù)環(huán)境、資源及成本等因素綜合考慮設(shè)備投入，因樁腿高度為125.3 m，無法直接使用船塢龍門吊進行吊裝作業(yè)，故推薦使用浮吊或大噸位履帶吊進行吊裝作業(yè)，拆除應(yīng)按照自上而下的順序依次拆除。樁腿拆除時，在吊裝設(shè)備能力滿足的條件下，應(yīng)盡可能減少樁腿分段切割次數(shù)，切割完成后應(yīng)將完好段樁腿橫放，并均勻設(shè)置墊木，以確保長時間的放置不會引起樁腿彈性彎曲。損壞段樁腿拆除后，平臺處于漂浮狀態(tài)，應(yīng)采取固定和保護措施使平臺保持穩(wěn)定，推薦做法見圖3。

圖3 平臺碼頭就位固定平面示意

4.3 樁腿合攏安裝

新預(yù)制樁腿的合攏安裝焊接作業(yè)推薦在船塢內(nèi)進行，在樁腿焊接過程中，保證對接口間的直線度及焊接質(zhì)量是整個合攏安裝的質(zhì)量控制重點。在船塢內(nèi)安裝合攏有兩種方法，即吊裝合攏法和頂升合攏法：吊裝合攏法即在船塢旁放置滿足吊裝噸位要求的吊裝設(shè)備，按照自下向上的方式先進行新預(yù)制樁腿的合攏安裝，再依次進行上部完好段樁腿的安裝；頂升合攏法即將平臺升至上切割點以上，用提前加工完成的臨時支撐來固定支撐平臺左舷區(qū)域，使平臺在缺少左舷樁腿的情況下依然能夠保持平衡穩(wěn)定，再通過滑移的方式分別將切除的損壞段樁腿和新預(yù)制完成的樁腿進行拆除和回裝。本次樁腿維修工作采用吊裝合攏法進行，見圖4。

5 維修檢驗

樁腿維修完成后，除對新、舊樁腿接口處的焊縫質(zhì)量和樁腿整體尺寸精度進行檢驗外，還應(yīng)通過平臺升降試驗來檢驗樁腿維修后平臺的其他性能是否符合要求，平臺升降試驗程序應(yīng)得到船東及第三方驗船師的認可，若采用頂升法進行樁腿維修時，在經(jīng)過船東及第三方驗船師同意后，升降試驗可僅升至樁腿更換的最高點位置即可。

圖4 吊裝合攏法示意

6 結(jié)束語

在以往自升式鉆井平臺桁架式樁腿維修研究中，較多是基于樁腿的彈性變形，對樁腿撐管進行切除后，通過消除應(yīng)力使其回彈的方法進行維修，從未使用過通過樁腿局部更換的方式進行樁腿維修，本項目樁腿局部更換技術(shù)的成功應(yīng)用在國內(nèi)自升式鉆井平臺桁架式樁腿維修工作中屬于首例，其維修經(jīng)驗可為日后平臺樁腿類似事故采取通過局部更換方式進行維修的工作提供參考。