海洋平臺模塊鉆機結構建造工藝論述

中海油能源發展裝備技術有限公司，天津300452

1 概述

海洋平臺模塊鉆機是坐落在井口平臺（WHP）頂甲板上完成鉆井和修井作業的裝備，由鉆井設備模塊（DES）、鉆井支持模塊（DSM）和散料存儲罐（P-TANK）組成，設計壽命25年。

DES模塊的結構部分主要由鉆臺、下移動底座和平臺滑軌三部分組成。

DSM模塊結構主要由4根主立柱、4根輔立柱支撐，為3層框架式結構。其由立柱底部的8根底座支撐安裝在組塊頂部甲板上，每層安裝有不同的設備，用于支持鉆井。

2 建造工藝

2.1 確定建造方案

模塊鉆機作為“機械裝置”，它的建造方案的確定需要考慮詳細設計圖紙要求、施工成本及周期、結構尺寸及重量、結構特點及復雜程度、現場起重能力、現場加工制造能力、施工場地、場地承載力、裝船的形式、調試的需要等，因此制定模塊鉆機總體建造方案是一項基礎且關鍵的工作，不能在建造中途輕易變更建造方案，那將會是一件費力不討好的工作。

確定方案的步驟如下：第一步，根據裝船的方式、模塊重量尺寸、場地承載力、施工周期確定鉆機在建造現場擺放的位置。第二步，根據現場調試要求，確定DES、DSM模塊的相對位置。為了保證調試，模塊鉆機盡量按照在組塊上的相對位置進行布置，高度通過滑靴及墊塊進行調整。第三步，根據設計圖紙、結構的特點及復雜程度、現場起重能力、現場加工制造能力綜合考慮確定DES和DSM的立片及安裝方案。

2.2 繪制結構加工圖紙

模塊鉆機結構加設圖紙主要包括結構布置圖、節點詳圖（編桿件號、節點號）、單件圖、排版圖、組合梁預制方案、立柱和拉筋的單件圖、造管圖等。

圖紙繪制的難點主要在節點吊點位置的繪制、立柱拉緊造管圖的繪制、環板單件圖排版圖的繪制，對于這些位置要盡可能詳細，以方便工人理解，避免現場工人理解偏差發生下料錯誤，最終導致返工造成損失，進而影響進度。

加工設計要貼近工廠及現場的加工及建造水平，實時考察確定工廠設備的鋼管卷制能力、型鋼加工水平，本著降低成本的原則，按照工廠的設備生產能力排版、編制采辦清單。

材料排版要兼顧通用和節省的原則，考慮在一定的加工損耗的前提下盡量采用通用規格尺寸的材料，避免定制產品增加采購成本及延長供貨周期。

2.3 采辦結構材料

結構材料采辦的依據主要有請購單、標準規范及鋼材采辦招標文件。

采辦招標文件中要詳細描述采購清單以外的信息，包括供貨周期、供貨地點、標識要求、材質證書的要求及一些特殊或通用的要求。在采辦評標過程中，需嚴格按照詳細設計要求的材質性能進行考評，同時要考慮是否符合項目要求的交貨期。

2.4 預制結構

模塊鉆機結構的主要采用的受力構件有熱軋型鋼材質SM490YB、高強度組合型鋼及箱形梁材質DH36、卷制鋼管DH36、環板DH36（帶Z向性能）、厚鋼板（DH36）。

模塊鉆機的鋼結構的預制環節主要分為原材料領料出庫、標識、預涂、劃線下料、切割打磨、壓頭卷制、組對焊接、熱處理、外觀檢驗、無損檢驗、構件除銹防腐等。在各環節中要嚴格按施工程序、設計圖紙及規范執行。

預制中關鍵工序有鋼管卷制焊接、組合梁預制、鋼管馬鞍口切割、環板下料、拖拉點吊裝點的焊接、熱處理、導軌的預制及變形的控制。這些關鍵工序都需要編制相應的施工程序予以約束，在施工前嚴格進行施工技術交底。

2.5 建造DSM模塊和DES模塊結構

（1）建造DSM模塊結構。在不考慮吊裝能力限制的情況下，最佳的分片建造方案如下：一層水平片在總裝位置預制，預制完成后，安裝一層立柱拉筋、擋風墻，安裝一層設備；安裝二層水平片，繼續安裝二層立柱拉筋、擋風墻，安裝二層設備；安裝三層水平片；整體插立柱，最后安裝測井平臺、管子堆場等附件。如果吊機能力受到限制，可以考慮二層和三層分片預制進行吊裝，但是施工效率會明顯降低。這種方案的優點在于建造速度快、精度高、避免交叉施工，缺點在于主立柱安裝過晚，部分房間不能過早交付。

（2）建造DES模塊結構。根據DES模塊結構的特點分片預制，DES模塊結構各層從上至下分為鉆臺甲板面、鉆臺支腿、上滑道梁、上滑道梁甲板片、中層水平片、底層水平片，加上立面的XA軸、XB軸、1軸、2軸4個分片，共計分為10個部分。建造步驟如下：首先將完成建造的處于臥式的XA軸立起來，就位于滑靴上，就位后調整水平度及垂直度合格，底部同滑靴剛性固定，頂部通過4根可調節的斜拉的牽引鋼絲繩固定，用于調節其垂直度；然后安裝底部水平片，安裝1軸、2軸、中部水平片，XB軸合攏，再安裝上滑道梁甲板片，調平后安裝上滑道梁，滑道梁檢驗合格安裝鉆臺支腿并固定，吊裝并固定鉆臺，最后安裝其他附件。這種方案同立式建造的對比優點在于前期避免了大量的高空作業，不需要頻繁搭拆腳手架、建造速度快、建造精度高、避免交叉施工。

2.6 模塊鉆機導軌的制作

模塊鉆機導軌由供整個DES橫向滑移使用安裝于組塊甲板平臺的上導軌和供鉆臺縱向滑移使用安裝于滑道梁甲板層的上導軌兩部分構成。相互垂直的導軌、鉆臺、下移動底座4部分共同構成了鉆機滑移系統的結構基礎。

導軌一般為2根通長的組合T形梁，T形梁上表面設置有步行孔，滑移油缸驅動棘抓深入步行孔，通過拖曳或者推拉驅動整個模塊運動。為了保證鉆機能夠精準運動，采取的建造工藝如下：導軌翼緣板厚度的選擇要高出設計10mm作為加工余量，首先進行導軌翼緣板及腹板的下料，下料后采用鋼板壓平機初步調整翼緣板的水平度滿足需要，然后進行導軌組對焊接。組對焊接要求采用嚴格的防變形措施，通用的做法是增加臨時支撐并將2根滑道梁背靠背剛性固定在一起。其需要嚴格按照先焊垂直筋板的豎向焊縫，再焊其橫向焊縫，接著焊腹板與翼緣板的角焊縫，最后焊接水平筋板的工藝施焊。焊接完成經過檢驗確定合格后，打開臨時固定，使用矯直機及火焰進行初步調平（火焰溫度不允許超過500℃），確保上表面水平度誤差在1mm以下后，再上銑床進行精加工（加工精度要求水平度偏差不超過0.2mm）。

模塊鉆機建造中的重難點除了上下滑軌的制作工藝，還有DES下底座支腿滑板的制作與安裝工藝、DES鉆臺支腿滑板的制作工藝、DES下底座整體精度的控制工藝、DES上下滑軌的安裝精度控制工藝、DSM整體插立柱工藝、DSM吊耳板及底座焊接施工工藝等。這些關鍵工藝，同樣也是質量控制的關鍵，都需要采取具有針對性的施工工藝技術措施予以約束，并在施工前嚴格進行施工技術交底，從而保證建造精度及施工質量滿足要求。

2.7 結構涂裝

結構涂裝要嚴格按照業主規格書及批準的涂裝程序進行。所有結構材料在下料前應作防腐預處理，噴涂車間底漆。分片預制后，各個分片的涂裝步驟因其結構特點和現場準備情況會有所不同。例如DES下移動座結構，屬于敞開式結構，適合建成后整體噴砂涂裝，省時省料；而DSM結構，外圍壁以內是密閉的房間結構，若也采用整體噴砂涂裝，因房間內不具備照明條件，會影響噴砂質量，且廢砂的清理工作也很費時費力。因此，推薦各分片在預制完成后即進行噴砂涂裝，吊裝合攏后只需對焊道做局部補漆處理，避免了整體打砂，其他專業可立即進駐施工，從而能同時作業，節省工期。

2.8 結構吊裝

吊裝方案作為指導性文件用于吊裝的施工組織、前期準備、吊裝過程以及現場的安全控制等方面。影響吊裝方案編制的因素有組裝的深度（整體吊裝、分片吊裝）、結構片的形狀和參數、就位難道、吊裝平面布置、環境條件、地基耐力、吊裝機械的性能、吊裝機械的潛力、操作水平、吊裝經驗、作業難度、勞動強度、受力分析、經濟分析、安全檢查等，因此科學、合理的吊裝方案必然是綜合考慮了這些因素的影響結晶。對于非常規吊裝作業、大型吊裝作業（吊裝噸位不小于40t）、雙機聯吊作業，編制的施工方案必須經過專家論證并報上級單位審批，并在吊裝前嚴格檢查吊裝機械及操作人員證書、證件，檢查安全限位等是否有效，同時對吊裝場地提前進行隔離警戒。吊裝前要嚴格完成吊裝安全技術交底、吊裝作業單審批、現場JSA風險分析，所有參與吊裝的人員必須全部參與，保證分工明確，指令統一。吊裝過程中要嚴格按照方案執行，如遇緊急情況，按照應急方案執行。

3 結束語

綜上所述，模塊鉆機的結構建造工作在整臺鉆機的建造中有著基礎性的作用，合理的結構建造工藝是打好基礎的前提，也是綜合費用、工期、質量、安全這些因素的考慮的最優集合，更是工程順利完工、鉆井設備平穩運行的保障。隨著科學技術的進步，模塊鉆機的結構形式也在發生變化，相信還有許多工藝步驟可以進一步完善，還有很多細節可以進一步優化提高，這需要進一步探索總結。