淺談自升式鉆井平臺特殊結構的質量控制

王政嚴+王全偉

摘 要：自升式鉆井平臺的建造為我國海上石油的勘探、開采工作的展開提供保證。除了平臺主體，自升式鉆井平臺有許多特殊結構，主要包括樁腿、樁靴、升降系統、樁懸臂梁及懸臂梁的支撐結構，這些結構保證了鉆井平臺功能的實現。本文將闡述這些特殊鋼結構的質量控制過程及重點控制內容。

關鍵詞：自升式鉆井平臺；質量控制；特殊結構

中圖分類號：U671 文獻標識碼：A

一、自升式鉆井平臺特殊結構-樁腿

鉆井平臺的樁腿結構為三角形桁架式結構，樁腿的3個主舷管位于三角形的3個角上，齒條在主舷管上。樁腿建造與安裝是制造自升式鉆井平臺最重要也是最困難的工作。

1.齒條接長的組對控制

齒條接長時，由于成品齒條的來料狀態存在一定的偏差，在組對時，應根據每根舷管的來料尺寸檢測結果（主要有端部齒距、長度、平面度、撓度等），選擇尺寸誤差在標準范圍內的舷管。組對定位后，要測量接長段的尺寸，包括齒間距、齒條平面度和撓度。當接長處尺寸測量結果滿足標準要求后方能進行下一步工作。

2.焊接過程控制

由于齒條的材料等級非常高，焊接性能非常差，焊接過程中的任何即使是很小的放松都會導致嚴重后果，如延遲裂紋等。因此，齒條及樁腿的焊接過程必須嚴格按程序進行，而且焊接過程需要進行現場監控。在焊接過程中需要保證的參數包括：焊前預熱過程及預熱溫度；層間溫度控制；焊接速度；擺寬；電流；電壓；焊后保溫與降溫的過程等，都需要按照WPS工藝規定嚴格進行控制。在焊接齒條前，先將工裝與引弧板焊好，并打磨處理連接處。焊接過程中，焊接方法采用手工電弧焊立焊，為了控制焊接變形，焊接時需要兩個焊工對稱施焊。在確認齒條尺寸合格后，兩名焊工開始同時對稱施焊。每焊一層都要進行一次尺寸檢驗，包括直線度、水平度（即齒條板的平面度和撓度）及齒間距。并對每次測量的數據進行對比，以控制焊接過程中的焊接質量與變形。

二、自升式鉆井平臺特殊結構-升降系統

升降系統主要包含兩個方面，升降底座和齒輪箱。升降底座與船體圍井區相連接，齒輪箱位于升降底座的上部。由于該兩個結構預制及合攏的精度要求非常高，現場建造過程中，我們對該部分結構重點全程控制，將每一步的檢驗工作都做細做精，確保了升降系統的建造質量。

1.預制胎架和劃地樣線

為了控制齒輪箱及升降底座的建造精度，需要在特制的胎架上進行預制。用作胎架的材料需要有良好的剛性，并且胎架水平需要保證在±1mm之內。地樣線是今后進行后續工作的一個主要參考點，起到相當重要的作用，因此地樣線要保證其準確性及不可破壞性。

2.材料切割

在下料的時候要考慮切割鋒線，在凈尺寸的基礎上加2mm～3mm不等的余量。在本項目中發現過一批桿件實際尺寸比理論尺寸小3mm，就是因為切割下料時未考慮到鋒線的影響所造成的。

3.組對

在組對焊接前需加放適當的焊接收縮量及加臨時支撐，在本項目停工整改前所制作的01、02后箱體在組對時未加放焊接收縮量。在現場測量時發現箱體無論是在長度方向還是寬度方向均小于理論尺寸3mm～5mm不等，在后續的工作中由于都進行了放量并加支撐，因此再未出現同類問題。

4.焊前準備

加熱必須采用電加熱的形式，用以保證焊前預熱溫度、層間溫度及起到焊后保溫緩冷的作用。在本項目停工之前進行的一些工作中的焊前預熱采用的是火焰加熱，并且在焊接后沒有進行保溫。因此，曾發現軸圈環焊縫在氣刨清根后出現大量裂紋的情況。所以，在焊接壁厚超過50mm的焊縫時盡量采用電加熱。

5.焊接

后箱體的焊接直接影響整個箱體的尺寸外形，因此要嚴格遵守焊接順序和焊接程序。這里主要說一下前面板與軸圈環縫的焊接，這4個環縫的焊接對軸圈焊后的尺寸和前面板的平整度會產生很大的影響。因此，在焊接前一定要采取加固措施。防止4個軸圈的中心距發生變化并且每個軸圈的內徑也要加適當地支撐以避免軸圈焊后呈橢圓形。另外，軸圈在焊接之后會出現整體偏移的情況，會直接造成軸圈壁厚發生變化。

6.機加工

機加工前的定位工作是機加工的關鍵，在機加工時需時刻關注箱體是否發生劇烈振動或移位。在刀臂先加工后面板齒輪孔再伸長加工前面板軸圈，所以在加工前面板軸圈時要采取適當地固定防止刀臂由于伸出過長導致晃動和下垂，從而影響加工精度。

焊接修補后對該處內徑進行了重新測量發現內徑由原來的998.27mm變為998.49mm已經超出圖紙要求的最大直徑（998.40mm）0.09mm。所以，建議以后對于機加工出現的問題盡量不要用焊接方法進行修補以避免引起變形。

三、自升式鉆井平臺特殊結構-樁靴

樁靴位于樁腿的下部，在鉆井平臺作業時，樁靴與海底接觸，支撐著整個平臺。由于作業時樁靴要承受整個平臺及其上部結構的重量，其質量要求非常高。由于其結構設計的特殊性，在建造中會遇到很多問題，重點闡述下面幾個問題：特殊部位的包角完整性；E500鋼的焊接質量控制；樁靴焊接變形的控制。

1.樁靴特殊位置包角完整性的保證

樁靴因設計的獨特性和復雜性，在某些位置施焊時存在有包角困難的問題，只要有以下幾處：直艙壁與中心圓筒相交處；底板扶強材與中心圓筒相交處；底板扶強材與環形艙壁相交處；底板扶強材與外圍環形艙壁相交處。其中，前兩處是因為底板與中心圓筒形成一定夾角，焊接時作業空間小，加之板比較厚，難以完成包角焊。另外兩處也是因為板比較厚，難以施焊。提出的解決方法有兩種，一種是使用手工電弧焊，將焊條的前段一部分彎曲，完成包角焊，該方法可以完成包角焊，并達到滿意的效果，但是一根焊條只能使用一部分，造成焊條浪費，對焊工素質要求也非常高。另一種方法是將包角處氣刨，將包角位置打出一個破口，由里向外施焊完成包角焊。

2.樁靴E500鋼焊接質量的保證

樁靴的3個直艙壁將來要與樁腿連接，連接的位置就在E500剛上，整個鉆井平臺的重量將來就由這三個直艙壁承受。因此，E500鋼與其他位置焊接的質量必須保證，以確保整個平臺作業時的安全。由于E500鋼碳當量高，強度高，淬硬傾向大，可焊性差。鋼與底板焊接時應跟蹤過程，包括預熱溫度、焊接參數、層間溫度等，確保該鋼的焊接符合WPS要求，保證焊接質量。

3.樁靴焊接變形的控制

樁靴的尺寸要求非常高，其尺寸要求主要包括下面幾處：樁靴底板的水平度；外圍環形艙壁及頂板的位置精度；3個120°位置的尺寸精度。這三部分尺寸的控制主要采用了設置反變形量、剛性固定、采取合理的焊接順序的方法，以達到尺寸精度的要求。現就具體方法展開分析。對于3個120°位置的直艙壁，首先與中心圓筒焊接好，將其縱向的位置固定。環形圍壁與直艙壁組對完成，調整好這三個直艙壁在環向的位置后，焊接直艙壁與底板的焊縫，最后焊接環形艙壁與直艙壁的焊縫。在每一次組對和焊接完成后，都要測量一下直艙壁的位置，保證3個直艙壁在3個120°線上。

結論

本文詳細介紹了自升式鉆井平臺特殊鋼結構質量控制過程，并用常見的問題來闡述它們的主要類型及發生原因、影響因素等，并提出了相應的預防控制措施，把握每個細節，確保自升式鉆井平臺工程質量，對質量問題及時處理并提供預防措施，希望對海油工程技術鋼結構質量控制的發展有一定的幫助。

參考文獻

[1] GB 50661-2011，鋼結構焊接規范[S].

[2]張用德，我國海洋鉆井平臺發展現狀與趨勢[J].石油礦產機械，2008，37（9）：14-17.