建造程序和工藝對海洋鉆機模塊建造工期影響的研究

溫良波（中海油田服務股份有限公司綜合服務事業部 天津 300451）

引言

全球經濟的高速發展,使得石油的消耗越來越大。雖然世界各國已經不斷地進行各種新能源的開發，但是全球石油資源的短缺,油田的開發難度也日趨復雜化。因此，海洋石油工程裝備制造產業是直接關系到油氣資源開發，影響國內礦產能源采掘進程的技術和制造產業。當前，我國海洋石油開發主要以中國海洋石油總公司、中國石油海洋公司和中國石化勝利油田為主，海上油氣田開發中，模塊鉆機與自升式鉆井平臺相比有著總鉆井費用較低的優勢，可以取得好的經濟效益。

模塊鉆機是布置和安裝在海上固定平臺上的，依靠或部分依靠固定生產平臺支持的模塊式鉆井裝置。我國的模塊建造技術在2008年已經由中海油田服務股份有限公司申請了自主專利。2009年的渤海遼東灣XX36-1K模塊鉆機也是國家863重點科研項目，并由中海油田股份有限公司成功建造完成并投入使用。目前，參與模塊鉆機建造的企業多數依托船舶建造資源和海洋工程資源，各企業的建造方式存有很大差異。建造場地資源的不同，建造程序和工藝的選取不同，因而在建造工期和成本上有著天壤之別。[1]，[3]

一般鉆機模塊主要有鉆井設備模塊(DrillingEquipment Set,DES)、鉆井服務模塊(DrillingSupportModule,DSM)和散料儲存橇(P-TANK模塊)等。鉆機模塊采用陸地建造后裝船,分成3-5塊整體起吊安裝到海洋平臺上。也有的海洋模塊鉆機模塊劃分較小,采用平臺自身吊機多次吊裝的方式安裝到平臺上,如圖1所示。[2]

圖1 海洋鉆機模塊整體布置和拆分裝運

一、影響建造工期的重要因素分析

模塊鉆機建造項目一般要經過業主的基本設計，總包商的詳細設計、加工設計和設備采辦、材料采辦和現場建造，海上安裝等過程。項目工期的總長度由關鍵路徑中的每一個關鍵活動決定，即為每項關鍵活動的工期總和。在此類項目中采辦階段的主要設備采辦周期，尤其是卡特彼勒等廠家為首的工程設備供應商的產品，吊車、柴油發電機組，是進口設備周期最長的；井架、泥漿泵，這些是建造工期較長的鉆井專業設備，多數已經國產化，在設計工作中相關部分設備規格書完成后，進行采辦工作，隨后在設備到貨后進行安裝，設備安裝工作完成后，結合整體模塊的進度，進行建造期間的系統調試，確保海上安裝工作零調試。這就是確定工期的一種方法，下面以典型的7000米鉆機項目的建造工期為例，對項目現場建造階段影響建造工期的因素進行分析：

表1 典型鉆機模塊建造工期計劃

1.物料和設備的采辦

設備的采辦周期很大程度上決定著項目的建造工期。因為在建造施工中，設備的到位影響建造中的機械安裝和電氣、配管的連接工作，如果大尺寸的設備不能按時到貨，艙室間的封頂和圍壁封倉就不能進行，如果預留設備進倉的通道則影響該位置的其他專業施工。

材料的采辦對項目工期的影響是顯而易見的。海洋模塊鉆機項目中的生產周期長的物料主要是特殊材質或者特殊規格的產品，如管線類的鎳銅管線、玻璃鋼管線，舾裝專業的定制舾裝板。這些材料的到貨時間都將對項目工作產生影響，尤其是影響建造程序的選擇。

2.車間預制

在建造程序的選取中，車間預制將是影響建造項目工期的一個因素。在建造過程中的天氣因素對項目進度有一定的影響，不管是風還是雨都會影響建造工作中的一些作業，尤為重要的是焊接、涂裝施工。例如，噴砂和噴漆作業對空氣的濕度要求很高，否則很難達到質量上的要求；焊接工作如果采用效率較高的氣體保護焊，就要盡可能的降低風的影響，以保證焊接的質量。

另外，車間預制時可以依靠車間內的資源，如大型起重設備，自動化焊接設備，這些都將影響到建造的方案，或者工藝。如果資源充分的條件下，可以將模塊鉆機的分片做的大一些，單片上在車間預置的其他專業可以提高完成的程度，例如管支架，電纜馬腳等安裝。

3.設計進程的影響

設計工作同樣也會影響項目建造的工期。在詳細設計階段，設備和材料的采辦規格書產生，各種料單和清冊也都是詳細設計的成果。而在加工設計階段，施工作業需要的相關圖紙、施工程序等技術文件就是直接影響建造進度的因素，必須保證設計工作的及時才能保證按計劃施工。

設計工作的準確性也是影響進度的，沒有返工的設計那將大大提高工作效率，節約時間。很多項目實際中會遇到原本設計的結構位置和其他專業相互干涉的現象，這樣的設計工作帶來的就是重復進行相同位置的相同工作，也就是返工。

4.正確選擇程序和工藝

建造程序是根據現有的場地、大型設備、施工機具、人力資源和項目要求制定的，是決定建造工期的最主要因素。一個項目的建造方案是項目建造的原則，也就是決定建造工期是以月為單位還是以天為單位的。建造的工藝也在很大程度上對建造進度和建造成本起到促進、推動或者相反的作用，當分清楚哪些由配套廠或專業協作廠預制，哪些在場地總裝，采用何種設備進行施工，合理的對上面的因素取舍都將極大的縮短建造項目的工期，如果沒有充分利用資源或者不具備足夠的條件則很難確保較短的建造工期。

二、國內鉆機模塊建造的主要方式和建造程序介紹

模塊鉆機建造中，鋼結構的工作量較大，其他專業也都是附著在結構上進行施工的。這個專業的完工也就將項目施工的主體或者框架完成了，后面的工作才有了依托，也就可以把預制的各種部件或設備直接安裝。因此下面討論的主要是結構專業的幾種建造程序和方式。

表2 建造部分專業在項目造價中的比重

1.正造法和反造法

正造，即按照傳統的順序制作和安裝的方式，在進行模塊建造時，先制作最下一層的甲板，即組對框架然后在框架上鋪板，完成后安裝立柱再進行第二層的甲板制作并安裝到一層上，依次順序從下往上制作成模塊，然后進行各層的其他專業施工。

反造，即把每個甲板片底面向上甲板面向下擺放，組對、制作甲板，然后安裝框架，下一步同時進行其他專業制作安裝，如管支架等，在單片完成后使用大型設備進行翻身，再將各片甲板進行順序安裝。

2.晴天吊裝和開孔進艙

所謂晴天就是抬頭看見天的意思，晴天吊裝的含義就是在模塊建造施工中吊裝工作是在上下沒有阻擋，豎直方向做吊裝作業。這是施工中最期望的方式，因為這樣的施工程序最簡單，風險最小，成本最低，最容易控制。

開孔進艙就是類似修船施工中側向開艙，設備或者物料從側面進入后進行施工，完成后再對開艙位置進行封堵。這樣的施工方式與上面的晴天吊裝作業進行比較結果十分明顯，晴天吊裝優勢十分突出。

3.設計與替換

設計和替換是指在投入相同的情況下，采用各種方式替代以達到降低成本或者加快進度的目的。例如進口型材供貨周期長，可根據設計要求進行組合部件的加工來替代型材。

三、建造關鍵點中程序和工藝的選取對工期的影響舉例

根據上述的建造程序和工藝不同，下面簡單分析一下幾種典型建造方式對工期的影響

1.反造正裝

反造法進行預制施工，然后在場地進行總裝的方式可以大大節約施工時間。這體現在，反造法施工中，組對、焊接作業都是對著地面做的，是最簡單的，容易保證質量，也是效率最高的施工方法，其他專業的預制件安裝也都是在面對地面的方向，相比正造的仰面作業難度減小了很多。一般正造法的2000噸模塊建造項目工期大約在6－7個月，而采用反造法建造工期最小可在3－4個月。

2.晴天吊裝

以單臺電控柜體（尺寸2.2m×1m×0.6m，重量約0.5噸）為例，采用晴天吊裝的方法安裝就位只需要不到12分鐘的時間，2人即可完成；側面開孔進艙的方式，不但在時間上達到了1－1.5小時，人員也增加到至少3人。

3.其他

如建造場地或預制車間內擁有2臺以上50－100噸絎吊，即可容易的完成建造期間的單片翻身和各種設備吊裝作業，甲板單片翻身時不需空中翻身，可以甲板片一端接觸地面，這樣減少了人員投入，更加節約時間，還大大降低了施工安全風險。

在焊接作業中，滿足設計要求的條件下，采取最優化的、合理的施工工藝是節約時間的一個很好方法。

例如，滑道梁制造傳統的制造方式：先將滑道梁的整體接組對，然后進行整體焊接，新的滑道梁制作工作分成兩個階段：滑道梁基礎結構預制階段、滑道梁總裝階段。新工藝更加有力的保障了滑道梁制作裝配焊接質量、降低了工作量減少了人工投入，而且縮短了制作工期15天左右。[4]

表3 滑道梁制造典型工藝的的工期和人力對比

除了新工藝，在建造過程中使用一些臨時和輔助性的措施，也可以大大縮短工期。例如，在進行鉆井設備模塊(Drilling EquipmentSet,DES)的建造中，當場地條件（吊裝能力）受到限制的時候，不能夠把兩塊分開施工，必須按照平臺安裝后的位置，具有上下滑移關系的兩個部分同時施工方可加快進度。這時使用臨時的立柱，支撐起上部模塊，模擬安裝后的位置，可以節約時間，在XX36-1K鉆修機模塊建造中使用了這種方式，縮短了近10天的工期。

結束語

影響模塊鉆機建造項目的建造工期的因素很多，建造程序和工藝的選擇就是最主要的一個方面，根據每個項目的不同要求和項目不同的環境資源，在傳統建造程序和工藝上進行創新，科學合理的將新工藝應用于建造施工，勢必對建造工期產生極大的積極影響。

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

[2]馮定等 模塊鉆機的現狀及發展趨勢[J]石油礦場機械，20008，36（9）：143-149.

[3]朱江 海洋鉆井設備綜述[J]中國海上油氣（油氣），2000，12（6）44-45.

[4]王士濤組合滑道梁制造加工（企業內部資料）.