JU2000E型自升式鉆井平臺鉆臺制造工藝技術(shù)

王懷剛

(南通振華重型裝備制造有限公司，江蘇 南通 226017)

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JU2000E型自升式鉆井平臺鉆臺制造工藝技術(shù)

王懷剛

(南通振華重型裝備制造有限公司，江蘇 南通 226017)

以鉆井平臺核心結(jié)構(gòu)之一的鉆臺結(jié)構(gòu)作為研究對象，通過分析其功能結(jié)構(gòu)、核心組件的裝配關(guān)系，研究、總結(jié)鉆臺用高強度結(jié)構(gòu)鋼的焊接變形，不斷優(yōu)化鉆臺組件及拼裝工藝流程，成功實現(xiàn)了自升式鉆井平臺鉆臺結(jié)構(gòu)模塊的建造工作。通過優(yōu)化革新鉆臺吊裝工藝建造方案，實現(xiàn)了鉆臺設(shè)備完整性吊裝工作。

鉆臺；建造；吊裝；成型

0 引言

JU2000E 自升式鉆井平臺是海上移動式石油鉆井平臺的主要代表之一。該平臺型長70.4 m，型寬76 m，最大作業(yè)水深約122 m，最大鉆井深度約10 668 m，額定人員達140人。 鉆臺作為自升式鉆井平臺的核心模塊之一，材料等級高，設(shè)備密集，建造及安裝難度大。本文通過研究鉆臺模塊的結(jié)構(gòu)特點，優(yōu)化制造工藝流程，模擬分析結(jié)構(gòu)吊裝變形情況，實現(xiàn)了鉆井平臺核心模塊建造工藝的精度制造。

1 鉆臺結(jié)構(gòu)簡介

鉆臺是鉆井系統(tǒng)、 井架等作業(yè)設(shè)備及相關(guān)結(jié)構(gòu)的承載體，其結(jié)構(gòu)強度直接影響到鉆井平臺是否能夠正常鉆井作業(yè)，因此鉆臺的結(jié)構(gòu)建造工藝具有重要的工程意義。鉆臺主要的承力結(jié)構(gòu)采用梁單元。鉆臺結(jié)構(gòu)作為平臺鉆井包的核心結(jié)構(gòu)之一，由于安裝在鉆臺面的鉆井設(shè)備精度要求高，因此裝配、焊接質(zhì)量要求亦相當高。鉆臺主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 鉆臺組件制作

鉆臺主要由大梁、井口組件、井架支柱及井架基座等重要組件組成。鉆臺組件制作時，首先進行數(shù)控下料，檢驗合格后進行零件的加工，轉(zhuǎn)運至小組工位進行小組件制作；然后分別進行大梁、井口組件、井架支柱及井架基座等重要結(jié)構(gòu)的預(yù)制；最后進行金工處理滿足后續(xù)鉆臺中組。

井心組件制作地樣線勘劃后，井心小組件預(yù)制后上胎拼裝，所有工字型鋼小組件上下面板平行度不大于1 mm，上面板平整度、直線度不大于2 mm，長度、寬度不大于2 mm，高度±1.5 mm。由于鉆井核心設(shè)備轉(zhuǎn)盤對井心組件結(jié)構(gòu)精度要求高，所以通過在轉(zhuǎn)盤安裝面板上事先加放6 mm厚度余量。井心組件結(jié)構(gòu)制作完成后，根據(jù)測量結(jié)果，畫出余量加工標線后運送金工車間進行銑面金加工。通過結(jié)構(gòu)制作階段的精度控制及金加工，不僅保證了井口轉(zhuǎn)盤的順利安裝，而且為鉆臺結(jié)構(gòu)拼裝提供了水平參考基準。

3 鉆臺拼裝合攏工藝

3.1 勘劃地樣線

勘劃地樣線時，首先鉆臺胎架搭建前需將搭建區(qū)域雜物清理干凈；然后使用全站儀劃地樣線，重要的定位基準線需在預(yù)埋件上使用洋沖眼標記，并使用膠帶保護；最后使用全站儀勘劃鉆臺地樣線，以井心為基準點，勘劃鉆臺結(jié)構(gòu)定位線。地樣線劃線偏差保證在±0.5 mm內(nèi)。

3.2 井口組件定位和拼裝要求

井口組件加工后，應(yīng)保證平面度不大于1 mm，檢驗合格后方可上胎拼裝。井口組件上胎后，需調(diào)整轉(zhuǎn)盤安裝平面水平，利用全站儀將轉(zhuǎn)盤上表面水平高度值引到標高柱上，并作好標記。基準標高值作為后續(xù)組件定位的水平基準。轉(zhuǎn)盤安裝面水平必須做好實時監(jiān)控工作，使用卡板將井口組件封胎，井口處轉(zhuǎn)盤安裝梁表面保證平面度不大于1 mm。

3.3 定位和拼裝要求

-FRA大梁、-FRD大梁定位拼裝要求如圖2所示。根據(jù)預(yù)先勘劃的地樣線定位-FRA梁，-FRA梁中心線距井口中心線為6 096±1 mm。以井心轉(zhuǎn)盤安裝面為基準面，根據(jù)500 mm等高線調(diào)整大梁水平，要求平行度：≤3 mm，-FRA梁上面板整體平面度：≤3 mm、≤1.5 mm/1 m，直線度：≤3 mm、≤1.5 mm/m。根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸修割合攏口余量，保證-FRA梁與-FRD梁開檔12 192 mm(+6 mm焊接收縮補償量)。

3.4 擋風(fēng)墻安裝

安裝擋風(fēng)墻時，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)圖，使用經(jīng)緯儀勘劃擋風(fēng)墻及頂棚支柱定位點，然后將擋風(fēng)墻槽型組件吊裝到位，并使用工藝撐固定。槽型上下垂直度整體偏差≤4 mm。

3.5 井架基座安裝

根據(jù)結(jié)構(gòu)圖定位井架基座時，必須保證開檔尺寸公差要求。井架基座安裝時先劃出下合攏口的余量修割線，再修割余量。上鉆臺整體劃出中心十字線及每個基座的上法蘭厚度加工線、螺栓孔中心十字線，基座送金工車間金工銑面、鉆孔。

4 鉆臺總成吊裝工藝

由于鉆臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拼裝精度高，鉆井設(shè)備昂貴，安裝密集等原因，使得鉆臺總成吊裝相當困難。目前國內(nèi)外同行普遍采用在鉆臺面四角安裝傳統(tǒng)的A型吊耳進行吊裝。但這種吊裝方式不能保證鉆臺系統(tǒng)設(shè)備安裝的完整性，使得后期上船設(shè)備安裝工作量大，平臺插樁后施工困難，制造成本增加很大，且增加了很多高空作業(yè)安全隱患。針對傳統(tǒng)A型吊耳的缺陷，本鉆井平臺吊裝時采用新型栓接吊耳，其形狀如圖3所示。通過有限元分析，發(fā)現(xiàn)主體支柱間的最大位移僅25 mm，在應(yīng)力變形及結(jié)構(gòu)位移量方面都比傳統(tǒng)的A型吊耳有明顯優(yōu)勢。吊耳的鉆臺總成吊裝有限元分析圖如圖4所示。

新型栓接吊耳無需焊接、探傷，減少了大量寶貴工時，可實現(xiàn)多次、重復(fù)應(yīng)用于后續(xù)同類型JU2000E鉆臺的吊裝， 大大降低了材料成本、人工成本，提高了公司經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

JU2000E自升式鉆井平臺作為公司進入海洋工程領(lǐng)域的關(guān)鍵產(chǎn)品，技術(shù)含量高，施工復(fù)雜。鉆臺結(jié)構(gòu)作為鉆井包的核心結(jié)構(gòu)之一，通過研究、總結(jié)鉆臺用高強度結(jié)構(gòu)鋼的焊接變形，不斷優(yōu)化鉆臺組件及拼裝工藝流程，實現(xiàn)了自升式鉆井平臺鉆臺結(jié)構(gòu)模塊的精度控制工作，通過有限元計算新型栓接吊耳在鉆臺吊裝中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)比傳統(tǒng)內(nèi)部安裝A型吊耳方式的結(jié)構(gòu)變形要小。通過優(yōu)化革新鉆臺吊裝工藝建造方案，成功實現(xiàn)鉆臺設(shè)備完整性吊裝工作，為公司海洋工程裝備鉆井模塊建造積累了經(jīng)驗。

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[2] 夏侯命勝,周佳,王璞.自升式鉆井平臺鉆臺結(jié)構(gòu)強度研究[J].船舶工程,2014，36(4):104-107.

[3] 陳曉俊.高強鋼高效焊接與加工技術(shù)在船舶與海工建造上的應(yīng)用[J].金屬加工(熱加工),2015(20):15-16.

2016-04-25

王懷剛(1985—)，男，工程師，主要從事船舶與海洋工程建造工藝設(shè)計工作。

U671.4

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