自升式鉆井平臺(tái)樁腿建造工藝探索

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(中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300452)

樁腿是自升式平臺(tái)最重要，最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)之一，由于尺度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。樁腿建造技術(shù)已經(jīng)成為自升式平臺(tái)建造的核心。海洋石油281/282平臺(tái)設(shè)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(qiáng)度為8.7 MPa；齒條的總長(zhǎng)度約為77 m，材料為ASTM A514Q，屈服強(qiáng)度為14.5 MPa。

樁腿為全鋼質(zhì)圓筒型焊接結(jié)構(gòu)，圓筒內(nèi)部設(shè)有環(huán)形框架和環(huán)形水密隔板，圓筒外部設(shè)有一組對(duì)稱齒條。除圓筒和內(nèi)部加強(qiáng)筋(與齒條相對(duì)應(yīng))材料為ABS EQ43外，次要附件所用材料主要為AH36、DH36級(jí)鋼[1]。材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能均須滿足ABS或CCS規(guī)范的有關(guān)技術(shù)條件的規(guī)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(cè)造。根據(jù)船廠的起重和運(yùn)輸能力以及場(chǎng)地條件，結(jié)合樁腿材料及齒條的訂貨情況，將每根樁腿劃分為4個(gè)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(jié)構(gòu)分段示意

1.2 樁腿與齒條分段編號(hào)

樁腿合攏狀態(tài)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(duì)接的過程稱為小組立；由小組立再對(duì)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(gè)樁腿上的位置，便于對(duì)材料進(jìn)行跟蹤，每條樁腿圓筒、齒條、內(nèi)部加強(qiáng)筋以及焊縫的編號(hào)都是惟一的。材料到貨時(shí)按如下的規(guī)則進(jìn)行編號(hào)，登記入庫。

1.2.1 樁腿編號(hào)

XXX X-X

| | |——數(shù)字：1，2，3，4，5，… 依次為各小分段從下而上的順序號(hào)。

| |——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(hào)

R-XXX X- X-X

通過人體皮膚斑貼試驗(yàn)研究，苯基苯并咪唑磺酸32例里出現(xiàn)了9例1級(jí)不良反應(yīng)、2例2級(jí)不良反應(yīng)；二苯酮-3，32例中出現(xiàn)7例1級(jí)不良反應(yīng)、1例2級(jí)不良反應(yīng)，對(duì)人體皮膚有不良反應(yīng)；其余防曬劑32例里分別出現(xiàn)了5例或5例以下的1級(jí)不良反應(yīng)，對(duì)人體皮膚無不良反應(yīng)。

| | |——數(shù)字：1，2，3，4，5，… 依次為各段齒條從下而上的順序號(hào)。

| | |——字母：C 為嵌補(bǔ)段。

| |——字母: F 為船艏方向； A 為船艉方向。

|——見樁腿編號(hào)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(jù)上述描述，樁腿4個(gè)合攏段的長(zhǎng)度與重量見表1。其中411、412分段在搭載場(chǎng)地上安裝，413、414分段在平臺(tái)下水后，靠碼頭利用120 t岸吊進(jìn)行安裝。

表1 樁腿合攏段的長(zhǎng)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(jìn)行預(yù)處理，按照實(shí)模試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)下料，劃線(坡口位置)，加工橫向坡口，坡口按焊接工藝卡進(jìn)行加工；縱向坡口先只加工內(nèi)部坡口，外部坡口待卷板完成后進(jìn)行，加工坡口形式見圖2。坡口加工采用數(shù)控火焰切割，切割時(shí)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(duì)稱式卷板機(jī)進(jìn)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(dòng)焊機(jī)進(jìn)行內(nèi)部縱向焊接，焊接完畢，分別將小分段旋轉(zhuǎn)180°，進(jìn)行外部焊縫清根，再進(jìn)行外部縱向焊接。等到焊縫溫度緩慢降至常溫，72 h后再進(jìn)行NDT探傷并打磨外焊接余高至0.5 mm，然后檢測(cè)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(duì)接示意

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

6)樁腿中組立完成后，進(jìn)行樁腿大分段整體測(cè)量測(cè)繪，并記錄。

7)樁腿內(nèi)縱向加強(qiáng)筋的預(yù)制及樁腿內(nèi)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(yù)合攏完畢，進(jìn)行齒條定位劃線。齒條預(yù)先根據(jù)設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度在場(chǎng)地胎架上接長(zhǎng)，然后拆開4大合攏分段，按照齒條焊接工藝進(jìn)行焊接。

9)分段涂裝。中組立分段完成后，按照相關(guān)的涂裝工藝對(duì)4大合攏分段進(jìn)行涂裝。

10)分段重量檢測(cè)。分段重量檢測(cè)應(yīng)按照重量控制程序進(jìn)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(jí)社和船東認(rèn)可的基本設(shè)計(jì)文件;

②橢圓度公差： +/- 3 mm;

③直線度公差： +/- 3mm/10m;

④樁腿周長(zhǎng)公差：+/- 6mm;

⑤齒條安裝垂直度公差：+/- 6mm;

⑥齒條對(duì)正公差：180°+/- 0.05°。

3 樁腿之間的預(yù)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(yīng)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(lián)銜接擺放，在固定胎架上進(jìn)行整體預(yù)合攏，預(yù)合攏的工裝見圖6。注意每個(gè)對(duì)接口處的縱向焊縫的位置。分段預(yù)合攏前的總體測(cè)量測(cè)繪(含411A/B/C分段下口與510A/B/C分段連接口)，做好有關(guān)數(shù)據(jù)的記錄。

圖6 預(yù)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(chǎng)地合攏后(包括樁腿圍阱)，調(diào)整平臺(tái)主船體有關(guān)支撐胎架墩位點(diǎn)，為樁靴分段的到位騰出空間，將樁靴分段按照搭載順序?qū)⑵渑策\(yùn)至其對(duì)應(yīng)位置，利用可調(diào)樁靴工裝進(jìn)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(duì)接，見圖7。吊裝時(shí)用激光經(jīng)緯儀等測(cè)量工具來檢測(cè)分段接口處的檢驗(yàn)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(jī)構(gòu)的齒輪組相配合的相對(duì)位置進(jìn)行定位，定位安裝精度應(yīng)符合相關(guān)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(yàn)合格后，依據(jù)安裝位置線，安裝兩分段的嵌補(bǔ)齒條和內(nèi)部嵌補(bǔ)加強(qiáng)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(bǔ)段齒條的安裝將在主船體下水后利用120 t岸吊進(jìn)行安裝，利用升降系統(tǒng)，將樁靴插入海床，升樁進(jìn)行搭建合攏口處的腳手架及固定其它設(shè)備。

圖7 樁腿分段吊裝示意

5 結(jié)論

通過海洋石油281/282平臺(tái)的創(chuàng)新和實(shí)踐，表明樁腿建造工藝可以隨施工作業(yè)環(huán)境、人員技術(shù)水平及設(shè)備配置能力差異化而不斷設(shè)計(jì)優(yōu)化。

[1] 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)組織.GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.