海洋鉆井平臺井架安裝工藝探討

王志強 蓋 濤

（中石化石油工程有限公司 黃河鉆井鉆前公司，山東 東營257047）

過去幾十年，石油工業從淺海到深海再到超深海不斷擴張。國際能源署估計，全球油氣資源量三分之一位于海洋。全球近10年發現的大型油氣田中，海洋占60%以上。這10年間，我國新增石油產量53%

來自海洋，2010年這一比例超過80%。海洋油氣總產量占全球油氣總產量的比例已從1997年的20%上升到目前的40%以上，其中深海油氣產量約占海洋油氣產量的30%以上。海洋油氣的產量和儲量一直保持較快增長，也帶動了海洋鉆井技術、石油開采技術、海洋油氣管道技術及裝備市場的迅猛發展發展，我國雖然在相關的石油開發勘探、

石油鉆采工藝技術及裝備方面起步較晚，但隨著海洋石油開發節奏的加快，近年來也有了較快的發展，海洋鉆井平臺的建造數量不斷增加。

鉆前公司作為專業化的陸地鉆機井架安裝施工隊伍，近年來不斷加大了海洋鉆井平臺井架安裝施工市場的開拓力度，作業施工量逐年增加。由于海洋鉆井平臺在結構、施工要求與陸地井架存在較大的區別，

對現場施工帶來了較大的難度，為此，本文結合今年的現場施工經驗對海洋井架的安裝施工工藝進行探討。

1 海洋鉆井平臺分類

海洋鉆井平臺是主要用于鉆探井的海上結構物。平臺上裝鉆井、動力、通訊、導航等設備，以及安全救生和人員生活設施，是海上油氣勘探開發不可缺少的手段。海洋鉆井平臺經歷了一個比較漫長的發展過程,鉆井平臺無論在形式上、數量上,還是在性能方面均發生了巨大變化。

海上鉆井因特殊的海洋作業環境，海上鉆井設備必須特別設計制造，以克服在海上作業的困擾，海洋鉆井平臺應適應海洋鉆井區域環境且安全、成本較低、滿足鉆井、采油、測試等各項作業的要求，它的主要技術特點有：1）作業范圍廣且質量要求高。2）使用壽命長,可靠性指標高。高可靠性主要體現在：①強度要求高。②疲勞壽命要求高。③建造工藝要求高。為了保證海洋工程的質量,采用了高強度或特殊鋼材(包括Z向鋼材、大厚度板材和管材);④生產管理要求高。海洋工程的建造、下水、海上運輸、海上安裝甚為復雜,生產管理明顯地高于常規船舶。 3）安全要求高。4）學科多,技術復雜。主要分為移動式平臺和固定式平臺兩大類。以下對幾類主要鉆井平臺做簡要介紹。

1.1 固定式鉆井平臺

固定式鉆井平臺是所有鉆井平臺中最古老、最傳統的平臺形式,這類平臺隨著時間的推移先后涌現出樁基式、重力式、繃繩塔式、張力腿式等多種形式。一般來說,固定式平臺的共同特點是結構簡單、鉆井風險小、制造成本低、受海風海浪等環境因素影響小,同時還兼有前期鉆井和后期采油的多功能特點。因此,多年來該類平臺在世界上仍然擁有一定的數量,占據著一定的市場份額。

1．2 坐底式鉆井平臺

又叫鉆駁或插樁鉆駁，適用于河流和海灣等30m以下的淺水域，從穩性和結構方面看，作業水深不但有限，而且也受到海底基礎（平坦及堅實程度）的制約。所以這種平臺發展緩慢。

1．3 自升式鉆井平臺

自升式鉆井平臺又稱甲板升降式或樁腿式平臺,由平臺、樁腿和升降機構組成，平臺能沿樁腿升降，一般無自航能力。該型鉆井平臺造價較低、運移性好、對海底地形的適應性強，因而，中國海上鉆井多使用自升式鉆井平臺。

1．4 半潛式鉆井平臺

由坐底式平臺發展而來，上部為工作甲板，下部為兩個下船體，用支撐立柱連接。工半潛式與自升式鉆井平臺相比，優點是工作水深大，移動靈活；缺點是投資大，維持費用高，需有一套復雜的水下器具，有效使用率低于自升式鉆井平臺。到目前為止，半潛式鉆井平臺已經經歷了第一代到第六代的歷程。

1．5 鉆井船

鉆井船是浮船式鉆井平臺，它通常是在機動船或駁船上布置鉆井設備。平臺是靠錨泊或動力定位系統定位。目前，海上鉆井船的定位常用的是拋錨法，但該方法一般只適用于200m以內的水深，水再深時需用一種新的自動化定位方法。

2 海洋鉆井平臺井架與陸地井架的不同

由于海洋鉆井平臺特殊的作業環境、較高的安全要求、高質量要求等原因，海洋平臺井架與陸地井架在結構、質量要求等方面存在很大的不同。

陸地鉆機井架建井周期一般較短，輔助設備相對較少且對空間沒有過嚴格地要求，側重強調井架的易運輸、易拆卸、易安裝，井架結構間連接點較少，在保障結構強度的前提下降低現場經濟組裝的難度，結構重量較小，對吊機要求較低。目前，常用的陸地鉆井井架桁架式塔型結構、A型結構等形式，其中以A型結構居多，井架安裝運輸需要分成多個模塊，模塊內部以焊接為主，模塊間通過螺栓或者銷連接。

海洋鉆井平臺一般要求25-40年不進塢維修,因此對結構防腐、高應力區結構型式以及焊接工藝等提出了更高要求，其井架結構承載力較大，一般采用高強度或特殊鋼材桁架式結構，一次安裝多年不進行拆卸；要充分利用平臺有限的空間，井架上的附屬設備較多，設備安裝精度要求較高；井架結構螺栓連接為主，連接點多，一個井架經常需要使用上萬套螺栓，螺栓安裝有較高的軸向力要求；總體重量較大，對安裝場地和吊機有較高的要求。

因此，在海洋井架的安裝建造過程中，質量控制點多，施工難度大，需采取有效地質量保障措施，在安裝工藝方法上與陸地井架也有很大的不同，建造施工周期較長。

3 海洋鉆井平臺井架安裝施工工藝

由于受到場地大小、吊機載荷、結構特點等原因，海洋井架的具體安裝工藝有較大的不同，一般目前常用安裝作業方法有場地單件吊裝法、分段地面面裝法、扒桿吊裝法。單件吊裝法是在地面工裝上，將井架部件逐一吊裝，單件安裝的方法，一般適用于地面場地有限的作業方法，安裝精度控制難度較大，施工速度較慢。分段地面面裝法，“分片地面組裝，分段井架安裝”的施工模式，該工藝可有效提高施工速度對場地和吊機有較高的要求。扒桿吊裝法，使用扒桿作為施工機具，完成井架部件的吊裝施工，逐件進行組裝的施工方式，適用于場地受限、大型吊機作業受限的工況，可應用于井架在平臺的安裝作業，施工速度較慢，井架的安裝精度控制較難。

目前，由于分段地面面裝的施工方法可有效提高施工進度，降低特高空作業工作量，井架垂直度、尺寸等控制精度較高，應用較為廣泛，下面將主要針對此法進行介紹和探討。

3.1 分段地面面裝施工工藝

結合多年的海洋井架安裝施工經驗，我們目前海洋井架的施工工藝為：“分片地面組裝，分段井架安裝”的施工模式，一般將井架主體分三段進行地面整體組裝，此外井架天車及人字架作為一個整體進行地面組裝，最后的整體對接組裝在懸臂梁上完成。該工藝可有效提高施工速度，降低特高空作業量。

（1）施工準備

A）井架部件清點：在作業現場需根據甲方提供的部件與設備清單對其進行細致的清點；發現實物與清單不符的情況，及時與甲方相關人員溝通，這可以為后續的施工提供有效地保障，有時一個部件就可能導致整個工程施工周期的大大延長。

第一段示意圖

第二段示意圖

第三段示意圖

第四段示意圖

B）場地準備：現場需提供壓縮空氣氣源、電源接線等，40個以上的高度不小于800mm、截面尺寸500mmX500mm以上的水泥墩或其他支撐。依據井架安裝的經驗和井架安裝施工圖紙，確定一個滿足現場施工需求尺寸的場地。

C）工裝準備：施工前需根據井架結構設計尺寸合適、結構穩固、較強剛性的地面工裝，其結構應與井架與懸臂梁上的底部安裝耳板相同，作為井架地面安裝的基礎。同時還需根據實際情況，加工制作其他各段井架安裝時的工裝,并需配備各種厚度的鋼板墊片若干，用于水平度調整。

工裝需要擺放在具有足夠地基承載力的地基上，并需對地基表面進行適當的處理，從而使工裝擺放地面（主要是工裝四角位置）處于同一水平面內。按照工裝設計圖紙進行工裝的現場組裝，組裝完畢后，需對工裝的尺寸、四角水平度進行檢測和調整。所有各段工裝的檢測和調整需做記錄（水平度和尺寸檢測表），調整完成后，需向甲方進行報驗。

（2）井架安裝

A）分段組裝要點

a）每段中選擇具有對稱性或結構較為穩定的兩個側面，采取地面單片水平組裝的方式進行施工。

按照部件先大后小的原則（即從立柱、大平拉筋、大斜拉筋至小平拉筋、小斜拉筋的順序）按照圖紙要求進行兩面的水平組裝，所有螺栓在初步組裝階段只進行手工擰緊，不可緊固。吊裝過程中，需在井架部件的下方墊放木片或枕木（用于調整水平和保護部件鋅層）。

b）在確保單片水平度誤差控制在±3mm以內，對角線和開檔尺寸誤差控制在±3mm以內的前提下，完成所有螺栓的緊固，然后安裝井架梯子平臺、梯子、各種支撐與支架等井架部件。在完成兩側面單片的地面組裝后，使用吊機將兩片分別吊起放置于地面工裝上，在確保四個井架底部柱尺寸和水平度誤差后，做好扶正措施的同時，采取從下至上的順序，逐一吊裝其他兩面的井架主體部件，開始階段不可安裝井架附件和設備。

c）完成兩面所有井架部件的組裝后，需對井架四個底柱的水平和尺寸進行檢驗和調整。調整完成后，進行所有螺栓逐層的預緊，做好相應的標記，并需對井架四個底柱的水平和尺寸進行檢驗和調整。調整完成，報驗合格后，進行所有螺栓逐層的終緊作業，并做好標記。

d）在完成螺栓的終緊施工后，進行平臺、梯子、BELLYBOARD、V—DOOR ROLLER、支架（攝像頭、燈、防噴管線、STANDBUILD、管匯等）、電纜托架、穩繩器等部件及設備的安裝。

B）段組裝

a）組裝前準備

對兩段所有需要終緊的螺栓進行檢查，確保無漏緊、未安裝的情況，并及時對需吊裝段上的遺留物進行仔細清理，連接吊裝吊耳、牽引繩。

提前場地清理，為吊機預留擺放位置和行走路線，作業范圍內不允許非施工人員停留。

b）段組裝

一般在完成各段的單獨安裝后，將第一和二段、第三和四段分別組成一個整體，最終完成整體組裝時，通過兩次吊裝在懸臂梁上完成。

①吊機吊起吊裝段，離開地面500mm以上后，對其底部開檔尺寸進行再次檢驗、調整，檢查各處有無結構變化。

②第二段（第四段）吊至第一段（第三段）上部后，進行初步的對正，并指揮吊機緩慢下方至第二段（第四段）立柱底部對正定位銷距離第一段（第三段）上部耳板300mm處。

③井架四角安裝人員手動扶正第二段（第四段）井架，并檢查有無對接妨礙之處。檢查無問題后，將定位銷對正銷孔，指揮吊機緩慢下方，實現兩段的對接。

④對接過程中，井架作業人員需同步注意穿越第一二（三四）段的大斜拉筋與第一段（第三段）上部連接耳板的對正。

⑤安裝兩段的立柱的連接螺栓，進行全部螺栓的初緊。安裝大斜拉筋的連接螺栓，并進行螺栓的初緊。然后完成兩段間的所有螺栓的終緊施工。

⑥對兩段間的井架梯子、附件等進行連接。

3．2 螺栓的安裝

螺栓安裝是井架安裝中的一個重要環節，一般在實際施工中，需根據船東的具體施工要求可采用扭矩法和轉角法兩種施工方法，并提供最終的螺栓緊固報告。轉角法施工可參考《AISC鋼結構手冊》結構連接規范ASTM A325或A490的鋼結構節點說明書。

（1）螺栓安裝前準備

A）螺栓等不得被泥土、油污粘染，保持潔凈、干燥狀態。施工部位摩擦面應防止被油污和油漆等污染，如有污染必須徹底清理干凈。檢查螺栓孔的孔徑尺寸，孔邊毛刺必須徹底清理。

B）根據施工技術要求，認真調整扭矩扳手。扭矩扳手的扭矩值應在允許偏差范圍之內。施工用的扭矩扳手，其誤差應控制在±5%以內。

C）遇到安裝孔有問題時，在征得甲方同意后方可擴孔，不得用氧-乙炔擴孔，應用擴孔鉆床擴孔，并重新清理孔周圍毛刺。

D）螺栓應自由穿入孔內，嚴禁用錘子將螺栓強行打入孔內。螺栓的穿入方向應該一致，一般采取朝向井架外側、向下穿入、螺栓相對等幾個原則，局部受結構阻礙時可以除外。安裝圖紙有穿入方向的相關技術要求時，應以圖紙為準。螺栓墊圈位置應該一致，安裝時應注意墊圈正、反面方向。

（2）螺栓安裝

A）螺栓全部安裝就位后，可以開始緊固。緊固方法一般分兩步進行，即初緊和終緊。

B）應對全部螺栓進行初緊，使接點板疊的摩擦面緊密接觸，形成“密貼”狀態。螺栓應從節點剛性最大的部分到自由邊順序地進行。先緊的螺栓可能會因后緊的螺栓而松弛，因此，有必要按同樣的次序復擰一遍，以使所有的螺栓最終都達到“密貼”工況。

C）螺栓初緊后應做好標記，防止漏擰。一般初擰后標記用一種顏色，終擰結束后用一種顏色，加以區別。所有的螺栓緊固需提供相關的記錄表格。

3．3 井架校正作業方法

井架天車中心應與轉盤中心為于同一垂線上，根據要求一般需滿足一定的誤差要求，當超出誤差范圍時需進行校正調整作業。

（1）準備工作

需準備與井架底柱固定螺栓相應的扳手及經緯儀、水準儀等其它工具，井架底部四角準備好千斤頂，各種厚度的墊井架鋼板。

（2）操作方法

A）井架天車中心垂線與轉盤中心出現偏差，在井架底部四角墊入相應厚度鋼板。

B）松開井架底部聯結處的螺栓，根據需要的調節量松開合適的距離；用千斤頂頂起井架一個或兩個角，根據需要的調節量增減調節墊片；調整好后取掉千斤頂，擰緊螺栓；然后測量天車的位置，符合設計要求即可。

C）井架左右方向的調節通過增減井架左右兩側面井架大腿與井架支座之間的調節墊片來進行；井架前后方向的調節通過增減井架前后兩面井架大腿與井架支座之間的調節墊片來進行。

3．4 頂驅導軌調整

頂驅導軌是海洋井架中比較重要的一個部件，對其垂直度有很高的要求，特別是要與天車中心與井口中心的連線保持平行，也是井架安裝中難度較大的一個環節。

頂驅中心對中主要靠頂驅導軌的垂直精度保證，在調整時，以天車中心與井口中心的連線為對中基準線，在井架校正作業完成后，對導軌進行井架前后和左右位置進行細致調整作業。

（1）調整前準備

A）所有導軌必須已經全部安裝到位，與支撐間的固定全部螺栓處于預緊狀態。

B）導軌墊片表面處理干凈，無泥土、雜物、銹蝕、鐵屑放置相應位置，固定牢靠。

C）對導軌連接處進行對正，結合處結合緊密，并使所有連接螺栓處于終緊狀態。

（2）調整作業

A）一般采取從上之下的方式進行。將頂部導軌間距調至設計尺寸呢,誤差0——+5mm范圍內,緊固導軌與天車梁連接螺栓,再次測量誤差。

B）要找出井口和天車中心點，以底部井口中心和頂部天車中心點連線為基準線，選擇兩條合適的鋼絲，從鉆臺面至導軌頂端，設置兩條間距為設計尺寸的平行于基準線的調整參考線，尺寸誤差控制在2mm，并緊固到松緊合適。

C）以調整參考線為基準線，對兩條頂驅導軌進行前后和左右方向的調整。

D）調整一般是靠增減導軌不同厚度的固定墊片來實現。也有部分海洋井架導軌的支架上螺栓孔為長孔，需要手動調整，具體的調整作業方式以船廠提供的技術圖紙為依據。

E）調整完成后，要對所有螺栓進行終緊施工。

近年來，鉆前公司依靠多年的井架安裝經驗和成熟的陸地井架安裝工藝技術，積極開拓海洋鉆井平臺井架安裝作業市場，依靠較為科學的施工工藝、精細的施工組織、完善的安全管理措施、優質的施工質量，與國內多家海工單位建立了良好的合作關系。本文結合現場施工經驗，對海洋井架的施工工藝進行了初步的總結和探討，下一步在充分結合海洋井架自身特點的基礎上，還需繼續進行研究和完善更為成熟和高效的施工技術工藝，為公司的外部市場開拓提供技術支撐。