自升式鉆井平臺樁腿建造工藝探索

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(中海油能源發展股份有限公司，天津 300452)

樁腿是自升式平臺最重要，最關鍵的結構之一，由于尺度大，結構復雜。樁腿建造技術已經成為自升式平臺建造的核心。海洋石油281/282平臺設有3條圓柱型樁腿，其上附有齒條，每條樁腿由下端帶有小段圓筒的樁靴支撐，樁靴尺寸為11.9 m×11.9 m×1.97 m，每條樁腿的高度約為78.8 m，重量約為266.7 t。樁腿圓筒尺寸外徑2 515 mm、壁厚38 mm，材料為ABS EQ43，屈服強度為8.7 MPa；齒條的總長度約為77 m，材料為ASTM A514Q，屈服強度為14.5 MPa。

樁腿為全鋼質圓筒型焊接結構，圓筒內部設有環形框架和環形水密隔板，圓筒外部設有一組對稱齒條。除圓筒和內部加強筋(與齒條相對應)材料為ABS EQ43外，次要附件所用材料主要為AH36、DH36級鋼[1]。材料的化學成分和力學性能均須滿足ABS或CCS規范的有關技術條件的規定。

1 樁腿分段劃分

1.1 分段劃分

樁腿分段的建造方式為側造。根據船廠的起重和運輸能力以及場地條件，結合樁腿材料及齒條的訂貨情況，將每根樁腿劃分為4個合攏分段(從樁腿底部向上，分別為411A/B/C分段、412A/B/C分段、413A/B/C分段、414A/B/C分段)。具體分段劃分見圖1。

圖1 樁腿結構分段示意

1.2 樁腿與齒條分段編號

樁腿合攏狀態的4條樁腿分段(411/412/413/414)稱為大分段；組成大分段的分段稱為小分段；由若干(2～3)小分段對接的過程稱為小組立；由小組立再對接成大分段的過程稱為中組立；由大分段合攏的過程稱為大組立。為了反映該材料在整個樁腿上的位置，便于對材料進行跟蹤，每條樁腿圓筒、齒條、內部加強筋以及焊縫的編號都是惟一的。材料到貨時按如下的規則進行編號，登記入庫。

1.2.1 樁腿編號

XXX X-X

| | |——數字：1，2，3，4，5，… 依次為各小分段從下而上的順序號。

| |——A為船艏左舷樁腿；B為船艏右舷樁腿；C為船艉中部樁腿。

|——分段名如411/412/413/414。

如412A-3：樁腿412分段船艏左舷樁腿從下而上第三小分段。

1.2.2 齒條編號

R-XXX X- X-X

通過人體皮膚斑貼試驗研究，苯基苯并咪唑磺酸32例里出現了9例1級不良反應、2例2級不良反應；二苯酮-3，32例中出現7例1級不良反應、1例2級不良反應，對人體皮膚有不良反應；其余防曬劑32例里分別出現了5例或5例以下的1級不良反應，對人體皮膚無不良反應。

| | |——數字：1，2，3，4，5，… 依次為各段齒條從下而上的順序號。

| | |——字母：C 為嵌補段。

| |——字母: F 為船艏方向； A 為船艉方向。

|——見樁腿編號說明。

如R-412A-F-3：位于412分段船艏左舷樁腿靠船艏方向從下而上第3根齒條。

1.3 樁腿分段安裝方式

根據上述描述，樁腿4個合攏段的長度與重量見表1。其中411、412分段在搭載場地上安裝，413、414分段在平臺下水后，靠碼頭利用120 t岸吊進行安裝。

表1 樁腿合攏段的長度與重量

2 樁腿的建造流程

1)樁腿劃線。樁腿來料按照工藝要求，進行預處理，按照實模試驗得出的數據下料，劃線(坡口位置)，加工橫向坡口，坡口按焊接工藝卡進行加工；縱向坡口先只加工內部坡口，外部坡口待卷板完成后進行，加工坡口形式見圖2。坡口加工采用數控火焰切割，切割時必須留邊1～2 mm，然后打磨至劃線要求位置。

圖2 樁腿開坡口形式

2)鋼板卷制。利用三錕非對稱式卷板機進行小分段圓筒卷制。

3)筒體焊接。樁腿卷制完畢后。利用埋弧自動焊機進行內部縱向焊接，焊接完畢，分別將小分段旋轉180°，進行外部焊縫清根，再進行外部縱向焊接。等到焊縫溫度緩慢降至常溫，72 h后再進行NDT探傷并打磨外焊接余高至0.5 mm，然后檢測直線度及橢圓。焊接工裝見圖3。

圖3 樁腿焊接工裝

圖4 分段對接示意

5)樁腿中組立。樁腿和齒條安裝順序按圖5所示進行(以其中船艏左舷樁腿為例)。

6)樁腿中組立完成后，進行樁腿大分段整體測量測繪，并記錄。

7)樁腿內縱向加強筋的預制及樁腿內附件安裝。

圖5 樁腿和齒條安裝順序

8)齒條與樁腿的焊接。樁腿預合攏完畢，進行齒條定位劃線。齒條預先根據設計的長度在場地胎架上接長，然后拆開4大合攏分段，按照齒條焊接工藝進行焊接。

9)分段涂裝。中組立分段完成后，按照相關的涂裝工藝對4大合攏分段進行涂裝。

10)分段重量檢測。分段重量檢測應按照重量控制程序進行。

樁腿制作精度要求。樁腿整體的直線度及橢圓度等精度要求均基于以下要求。

①船級社和船東認可的基本設計文件;

②橢圓度公差： +/- 3 mm;

③直線度公差： +/- 3mm/10m;

④樁腿周長公差：+/- 6mm;

⑤齒條安裝垂直度公差：+/- 6mm;

⑥齒條對正公差：180°+/- 0.05°。

3 樁腿之間的預合攏

由于樁腿的直徑、中心直線度、齒條直線度等精度公差要求較高，因此，應將建造完成的樁腿4大分段(411A/B/C、412A/B/C、413A/B/C、414A/B/C)，在胎架上按次序串聯銜接擺放，在固定胎架上進行整體預合攏，預合攏的工裝見圖6。注意每個對接口處的縱向焊縫的位置。分段預合攏前的總體測量測繪(含411A/B/C分段下口與510A/B/C分段連接口)，做好有關數據的記錄。

圖6 預合攏的工裝

4 樁靴與樁腿搭載合攏

1)樁靴分段的搭載安裝。主船體的各分段在搭載場地合攏后(包括樁腿圍阱)，調整平臺主船體有關支撐胎架墩位點，為樁靴分段的到位騰出空間，將樁靴分段按照搭載順序將其挪運至其對應位置，利用可調樁靴工裝進行找正、定位及支撐固定。

2)樁腿分段與樁靴的搭載安裝。樁靴及圍阱定位后，將樁腿分段插入圍阱座與樁靴相對接，見圖7。吊裝時用激光經緯儀等測量工具來檢測分段接口處的檢驗線之間的距離，確定樁腿的垂直度及直線度，還須與樁腿圍阱、樁腿升降機構的齒輪組相配合的相對位置進行定位，定位安裝精度應符合相關公差要求。

3)樁腿分段合攏安裝。在411(A/B/C)分段與412(A/B/C)分段合攏口焊縫檢驗合格后，依據安裝位置線，安裝兩分段的嵌補齒條和內部嵌補加強筋。樁腿分段414(A/B/C)與413(A/B/C)的合攏安裝以及之間的嵌補段齒條的安裝將在主船體下水后利用120 t岸吊進行安裝，利用升降系統，將樁靴插入海床，升樁進行搭建合攏口處的腳手架及固定其它設備。

圖7 樁腿分段吊裝示意

5 結論

通過海洋石油281/282平臺的創新和實踐，表明樁腿建造工藝可以隨施工作業環境、人員技術水平及設備配置能力差異化而不斷設計優化。

[1] 中國工程建設標準化協會組織.GB50017-2003，鋼結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2006.