自升式鉆井平臺懸臂梁負荷試驗優(yōu)化方案探討①

摘 要：自升式鉆井平臺的懸臂梁系統(tǒng)是關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，在設(shè)計規(guī)定的懸臂梁移動最大范圍位置，通過利用鉆臺游動系統(tǒng)提升駁船和在立根盒上施加壓載鐵的辦法對懸臂梁進行負荷試驗，測量并記錄懸臂梁結(jié)構(gòu)發(fā)生的撓度變形量，用以驗證懸臂梁的結(jié)構(gòu)強度，是一種被船級社認可的、較為優(yōu)化的方案。懸臂梁的最大負荷設(shè)置，應(yīng)符合船級社規(guī)范要求。試驗同時也對井架及整個游動系統(tǒng)（頂驅(qū)、鉆井絞車、游車、天車）等進行了負載試驗，驗證其性能，本方案優(yōu)化了試驗步驟，大大提高了試驗效率和安全。

關(guān)鍵詞：懸臂梁 最大負載 變形 試驗

中圖分類號：TE2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0087-02

目前，隨著國際社會對于石油能源的需求越來越大，海洋石油的勘探開發(fā)力度也大幅提高，海洋石油鉆井平臺建造數(shù)量越來越多，懸臂梁式鉆井平臺由于可以在一個位置進行多口叢式井的鉆探而備受歡迎。在建造鉆井平臺的過程中，懸臂梁的負載試驗非常關(guān)鍵，它可以確定懸臂梁在不同位置的負載能力，明確平臺以后的作業(yè)載荷，關(guān)乎到整個平臺的安全。本文對整個懸臂梁負載試驗的程序進行了優(yōu)化，采用鉆臺游動系統(tǒng)提升駁船和在立根盒上施加壓載鐵的辦法模擬懸臂梁載荷對其進行負荷試驗，系統(tǒng)闡述了試驗過程的注意事項和工作重點，特別是對試驗過程中可能存在的安全隱患提出了針對性的措施，為整個試驗過程安全順利的進行提供了技術(shù)指導(dǎo)和安全保障。

1 說明事項

（1）在懸臂梁負荷試驗前，需提前將技術(shù)文件，圖紙和方案提交船東、船檢人員審核，并得到相關(guān)人員認可后方可進行操作。

（2）懸臂梁負荷試驗必須在懸臂梁稱重試驗結(jié)束后，得到準確的懸臂梁和鉆臺重量重心后方可進行。

（3）所有參與試驗的人員必須熟悉試驗程序，明確各自崗位職責(zé)，保證分工明確，在試驗過程中由專人統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。

（4）要求做試驗的當(dāng)天天氣狀況良好、風(fēng)力小于4級、浪高小于1m，且當(dāng)日最高潮距離平臺下底面不小于3英尺（約0.92 m）。

（5）對試驗海域進行一定的地質(zhì)調(diào)查和計算，確保試驗過程中不會出現(xiàn)樁腿下沉導(dǎo)致平臺傾斜的風(fēng)險。

（6）對于在試驗過程中可能存在的潛在風(fēng)險要提前做好應(yīng)對措施。

2 試驗總體方案

首先需要明確懸臂梁的負載主要包括以下3個部分：大鉤載荷，立根載荷，轉(zhuǎn)盤載荷。

總體方案是針對懸臂梁移到最外側(cè)位置、鉆臺中心移至左/右舷最外側(cè)位置進行懸臂梁負載試驗。首先用足大鉤載荷（基本設(shè)計中明確了此位置的大鉤載荷），準備一艘駁船用于模擬大鉤載荷，對其進行壓載水配載，使其總重量等于基本設(shè)計中的大鉤載荷，此時轉(zhuǎn)盤載荷為零，剩余的立根載荷則用一定重量的壓載鐵加在立根盒上（基本設(shè)計中已經(jīng)明確了此位置的懸臂梁載荷的數(shù)值，用這個數(shù)值減去此位置的大鉤載荷得到的數(shù)值就是應(yīng)該添加的壓載鐵的重量）。通過吊索具將駁船與頂驅(qū)吊環(huán)連接（如附圖1所示），然后用鉆井絞車將整個駁船提離水面完成懸臂梁負荷試驗，并測量記錄懸臂梁結(jié)構(gòu)發(fā)生的撓性變形量。

3 試驗前準備工作

（1）檢查平臺和懸臂梁所有設(shè)計修改工作已經(jīng)完成，并保證施工修改已經(jīng)完成。

（2）懸臂梁負荷試驗前，平臺的升降試驗必須完成。

（3）平臺配載工作完成，保證懸臂梁，鉆臺移動到試驗位置時整個船體重心在基本設(shè)計規(guī)定的范圍之內(nèi)。

（4）鉆臺、懸臂梁上設(shè)備設(shè)施安裝完成。

（5）井架整個游動系統(tǒng)（鉆井絞車、游車、頂驅(qū)等設(shè)備）安裝調(diào)試完成。

（6）升起平臺前，必須完成平臺的預(yù)壓載工作，以避免在試驗過程中出現(xiàn)樁腿下沉導(dǎo)致平臺傾斜的風(fēng)險。

（7）查驗并保證下列系統(tǒng)調(diào)試完畢，工裝處于可工作狀態(tài)：電力供應(yīng)系統(tǒng)；升降系統(tǒng)。

懸臂梁和鉆臺的液壓移動系統(tǒng)；平臺各艙壓載系統(tǒng)；懸臂梁及鉆臺的固定裝置；影響懸臂梁的所有其它相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)

（8）檢查并保證參加此次負荷試驗的駁船及相應(yīng)試驗載荷準備完畢，布置在試驗指定區(qū)域。需提供船東和船檢該駁船的自重以及其它一些相應(yīng)資料。

（9）使用駁船前，需對該駁船的自重、重心和預(yù)壓載水重量、重心和提前放入的潛水泵重量重心進行計算、核實，確保準確無誤。確認在駁船壓載艙內(nèi)已有醒目水線標志（若沒有，需重新打上）。在該駁船艏、艉以及左右舷兩側(cè)外板上分別做出醒目吃水線標志（線垂直間距為10 mm），并在岸邊架上若干水準儀。當(dāng)駁船打入預(yù)定壓載水時觀察吃水線變化，保證總壓載水重量一定的前提下，駁船在海面上處于平浮狀態(tài)。此項措施關(guān)系到吊裝駁船的安全性，需要指定專人負責(zé)并跟蹤落實。

（10）駁船上要焊接足夠強度的標準形式眼板，要求分布均勻，使駁船能夠平穩(wěn)吊起，要求試驗前，對使用的眼板進行核實并作MT探傷處理，確認無誤方可試驗。

（11）檢查和準備此次試驗中所用的吊索具，要求吊索具滿足負荷試驗要求，并提供相應(yīng)證書，滿足船東、船檢要求。

（12）檢查確定此次試驗中所用的所有測量設(shè)備和通訊設(shè)備完好，并提前布置完畢。

（13）檢查平臺此次試驗的海域無影響此次試驗的障礙物；在懸臂梁和鉆臺的行程區(qū)域，無影響懸臂梁和鉆臺行程的阻礙物。

（14）檢查所有為記錄偏移量所作的標示，并標示和安置在合適位置。

4 試驗程序

（1）起升平臺到氣隙高度為2 m。

（2）分別在懸臂梁左右兩側(cè)標記5個點，并在左右側(cè)甲板上各架設(shè)一部水平儀用以測量懸臂梁的變形量，如圖1所示。

（3）移動懸臂梁到最外側(cè)位置，移動鉆臺到最左側(cè)位置，為防止出現(xiàn)滑移風(fēng)險，必須安裝固定楔鐵。

（4）要求平臺升起前，駁船預(yù)先到達指定位置，且駁船先處于空載狀態(tài)。根據(jù)預(yù)先制定的配載計劃，向駁船各艙室內(nèi)加壓載水。

注意事項：①應(yīng)均勻加載以避免駁船出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。②加載壓載水時，應(yīng)分三個階段加載，派專人記錄下駁船處于空載以及三個階段時的吃水變化，并在每個階段對駁船進行調(diào)平，在保證壓載水總重量一定的前提下，最終保證駁船前后左右吃水一致，前后左右吃水差不超過50 mm。③加載在懸臂梁上的總負荷（包括駁船自重、壓載水、潛水泵及軟管、立桿盒上的壓載鐵、除鉆臺起重系統(tǒng)外的額外吊索具重量總和）等于基本設(shè)計最大載荷，不得超載。現(xiàn)場派專人注意觀察，避免駁船壓載水過量。

（5）平臺升起后，通過吊索具將鉆臺頂驅(qū)吊環(huán)和駁船連接，緩慢上提鉆井絞車并配合潮水落潮，使駁船底部升至距離水面1～2英尺（約0.3 m～0.6 m）。

（6）在使用鉆井絞車上提駁船過程中，嚴密觀察司鉆室內(nèi)絞車懸重讀數(shù)，分別在讀數(shù)達到駁船總重量的25%、50%、75%以及100%負荷下各停留5分鐘，用水平儀分別記錄在此負荷情況下圖1所示10個位置的懸臂梁變形量。記錄內(nèi)容填入附表1中。

（7）在100%負荷情況下保持上提狀態(tài)15 min后，觀察無異常現(xiàn)象，排出駁船內(nèi)的壓載水。排水要求兩側(cè)壓載艙均勻排水，盡量保持駁船水平狀態(tài)。

（8）然后下放鉆井絞車，使駁船處于完全漂浮狀態(tài)，將連接的吊索具從駁船上拆除。

（9）保持鉆臺立根盒上的配載重量重心不變，記錄駁船卸載后圖1所示10個位置的懸臂梁變形量。

（10）移動鉆臺至最右側(cè)位置。

（11）根據(jù)基本設(shè)計中這個位置的懸臂梁負荷數(shù)據(jù)和大鉤載荷數(shù)據(jù)，對駁船重新進行壓載，操作步驟同4.4項相似，根據(jù)壓載水配置，再通過吊索具將鉆臺頂驅(qū)吊環(huán)和駁船連接。加載在懸臂梁上的總負荷（包括駁船自重、壓載水、潛水泵及軟管、立桿盒上的壓載鐵、除鉆臺起重系統(tǒng)外的額外吊索具重量總和）等于基本設(shè)計最大載荷，不得超載。現(xiàn)場派專人注意觀察，避免駁船壓載水過量。

（12）用鉆井絞車緩慢提升駁船并記錄如圖1所示10個位置的懸臂梁變形量以及司鉆房內(nèi)鉆井絞車懸重讀數(shù)。所有操作過程同上述第4.5項、4.6項相似。記錄內(nèi)容填入附表2中。

（13）在100%負荷情況下保持上提狀態(tài)15分鐘后，觀察無異常現(xiàn)象，則排出駁船內(nèi)的壓載水。排水要求兩側(cè)壓載艙均勻排水，盡量保持駁船水平狀態(tài)。

（14）然后下放鉆井絞車，使駁船處于完全漂浮狀態(tài)，將連接的吊索具從駁船上拆除。

（15）保持鉆臺立根盒上的配載重量重心不變，記錄卸載駁船后如圖1所示10個位置的懸臂梁變形量。

（16）移動鉆臺至懸臂梁中心線位置，完全移走鉆臺立根盒上的壓載鐵，記錄懸臂梁完全卸載后如圖一所示標定的10個位置的懸臂梁變形量。記錄內(nèi)容填入附表2中。

（17）移走駁船，保持平臺高度不變，打掉鐵楔塊，回收懸臂梁到固定位置，同時監(jiān)控回收過程中液壓系統(tǒng)壓力情況，以及回收過程中是否出現(xiàn)移動阻礙異常情況的出現(xiàn)。

（18）整個懸臂梁負荷試驗結(jié)束。

5 試驗完成

懸臂梁負荷試驗后，以下結(jié)構(gòu)需進行外觀檢查和MT探傷檢查以確保在負荷試驗中結(jié)構(gòu)未被損壞。

（1）懸臂梁結(jié)構(gòu)（懸臂梁重要結(jié)構(gòu)，如下底面板相關(guān)聯(lián)的焊縫需MT探傷抽查）。

（2）平臺艉封板內(nèi)外需MT探傷抽查。

（3）鎖緊座、支撐座、頂推座以及導(dǎo)向座與主甲板的連接處需MT探傷抽查。

（4）鎖緊座上部結(jié)構(gòu)需進行MT探傷抽查。

（5）吊裝用吊索具進行外觀檢查。

（6）駁船吊耳進行 MT探傷檢查。

（7）頂驅(qū)吊環(huán)MT進行探傷。

6 結(jié)論

懸臂梁負荷試驗是一項系統(tǒng)的，龐大的工程項目，必須做到程序完善、準備工作充分、安全防范措施到位才能順利的完成，通過嚴謹有效的組織和實施，可以準確測量懸臂梁在承受不同載荷情況下的變形量和結(jié)構(gòu)強度。經(jīng)過試驗得出的懸臂梁負荷試驗結(jié)果，為以后生產(chǎn)過程中明確懸臂梁載荷提供了有力的理論保證。

參考文獻

[1]KAN TAN 6 OPERATING MANUAL.PPL SHIPYARD PTE.LTD.