JU2000E型自升式鉆井平臺鉆臺搭載工藝

王大海，張松，劉迪

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

JU2000E型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。該平臺為三角形船體，樁腿全長166.98 m，相當于55層樓高，每個樁腿由下端的樁靴支撐，樁靴直徑為18 m。平臺型長70.36 m，型寬76 m，型深9.45 m，設計吃水6.4 m，甲板面積相當于13個標準籃球場。生活樓有5層，可居住140人，帶直升機平臺。適合于惡劣海況，作業水深400 ft(122 m)，鉆探深度為35 000 ft(10 688 m)。該型平臺的建造過程分為主船體建造、提升鎖緊機構建造、鉆臺與懸臂梁滑移系統建造、樁腿與樁靴的建造及船體舾裝設備的安裝等五大部分。其中，在船塢搭載階段，鉆臺與懸臂梁滑移系統的建造過程中又以懸臂梁支座及鉆臺的搭載為重點控制單元，搭載方式不同，其效果及工程經濟性也有所區別，為此，對比鉆臺搭載不同方式的優缺點及經濟合理性，總結出鉆臺的塢內搭載關鍵控制要點。

1 鉆臺搭載方式

鉆臺是自升式鉆井平臺的主要結構之一，是全船鉆井系統工作的載體。鉆臺上布置有鉆井系統、井架等作業設備，其結構強度直接影響到鉆井平臺是否能夠正常作業，因此鉆臺的結構建造工藝具有重要的工程意義。鉆臺在建造過程中的搭載方式經歷了碼頭吊裝搭載、船塢內預搭載和船塢內一次性搭載三種搭載方式。鉆臺搭載布置要求如下：以井心為基準，前后方向與船體井心7 010 mm位置對齊，左右方向與船體中心線為基準向船體右舷方向偏移610 mm，鉆臺搭載水平標準為±3 mm。

1.1 漂浮式搭載

精度基準線技術是指在分段完工后，根據后續分段搭載控制要點，在分段關鍵部位開設定位基準線，在基準分段上與搭載分段對接部位也開設出相應的基準檢驗線，通過定位基準線與基準檢驗線的對合情況判斷分段是否搭載到位。利用該技術可以實現分段搭載快速到位。首座自升式鉆井平臺鉆臺的搭載被設計為在碼頭進行浮態搭載。搭載過程中現場按照鉆臺搭載位置，預先對懸臂梁尾部區域作出鉆臺搭載基準檢驗線，鉆臺搭載時，根據基準線來檢驗鉆臺的搭載狀態。

1.2 鉆臺塢內預搭載

這種搭載方式(見圖1)的目的是確認鉆臺腿面板上螺栓孔位置對應到鉆臺處于遠洋拖航狀態時，鉆臺坐落在鉆臺滑移面板上固定鉆臺位置的螺栓孔位置。位置確定好后，由現場進行滑移面板位置開孔；開孔的同時，在鉆臺腿落墩位置進行搭載基準檢驗線的開設，便于鉆臺再次搭載過程中的定位作業。開完孔后，再進行鉆臺的搭載。兩種搭載方式的技術難點和優缺點對比見表1。

圖1 鉆臺預搭載

表1 兩種搭載方式的技術對比

對比以上兩種搭載方式可以看出，要實現鉆臺的一次性搭載，關鍵需解決的問題：①保證鉆臺腿底板精確定位；②保證鉆臺滑移面板上螺栓孔的位置開孔正確。

首座自升式鉆井平臺的鉆臺采用的是漂浮式搭載，優點是作業過程僅需一次即可搭載到位，不需要二次復位。缺點在于搭載過程耗時過長，因需要使用浮吊進行作業，成本較高，搭載過程中對鉆臺底座的結構修正量較大，碼頭施工作業安全性較差。后續平臺采用塢內預搭載的方式進行。優點在于鉆臺腿底板能夠精確定位，開孔位置準確，保證鉆臺搭載定位精度，缺點在于兩次吊裝作業耗費工時，現場工作量增加，吊車使用成本增加，人力增加；多次吊裝增加了搭載作業的安全隱患。經過建造經驗積累，為保證鉆臺能夠實現塢內一次性搭載，避免后續由于鉆臺支腿開刀及調整，及井心位置定位所造成的時間和施工人員上的浪費，研究模擬搭載技術在鉆臺搭載過程中的可行性方案。

模擬搭載技術是指在搭載過程中通過對搭載分段及基準分段的測量，結合ECO-BLOCK軟件對分段本體精度狀態進行分析，并利用ECO-OTS軟件進行分段的模擬搭載進而得出搭載分段的余量值，以達到事先對搭載分段的余量進行修割，提高船塢搭載定位效率。民船分段模擬搭載流程見圖2。

圖2 模擬搭載流程

根據模擬搭載的技術原理，只要對鉆臺的4個支腿部數據與船塢中的鉆臺腿底板進行模擬就能確定鉆臺在精確搭載過程中4個支腿的偏差。根據每個支腿偏差值決定是否對支腿進行開刀矯正。若偏差對搭載的影響不大，則直接根據模擬結果對底板定位基準線進行二次修正。通過二次修正基準線即可保證鉆臺塢內搭載一次到位。

該方案可以實現事先對鉆臺腿底板精確定位，滑移面板準確開孔，采用二次修正搭載基準線的方法能保證鉆臺搭載定位精度鉆臺搭載一次到位，可以在保證施工質量的前提下提高建造效率。

1.3 鉆臺塢內一次性搭載

通過利用精度基準線技術和模擬搭載技術對鉆臺搭載過程中需要提前準備的工作實現工序前移，以達到一次搭載到位的搭載方式。根據模擬搭載技術實施方案結合需要做的準備工作，制定鉆臺搭載施工流程，見圖3。

圖3 鉆臺搭載施工流程

鉆臺一次性搭載施工采用精度基準線法進行定位，采用模擬搭載技術進行鉆臺支腿面板基準線修正，實現一次到位。具體控制辦法主要分為五步：①鉆臺平臺定位、支腿分中基準線開設與數據采集(見圖4)；②鉆臺支腿底板船塢定位與數據采集(見圖5)；③利用ECO-OTS軟件對鉆臺支腿及底板位置進行模擬搭載(見圖6)；④根據底板位置對鉆臺滑移面板上螺栓孔位置進行定位并開孔(見圖7與圖8)；⑤對鉆臺進行搭載定位(見圖9)。

圖4 對鉆臺4個支腿分中基準線開設與數據采集

圖5 底板開設定位基準線并采集數據

圖6 鉆臺支腿與底板的模擬搭載數據

圖7 根據底板螺栓孔位置確定滑移面板螺栓孔位置

圖8 根據底板位置進行滑移面板開孔

圖9 鉆臺實現塢內一次搭載到位

施工過程中①、②為常規測量采集作業，③是作業過程中的重難點，④為現場作業步驟，⑤實施鉆臺搭載。模擬搭載的目的：①為了得到鉆臺在搭載時支腿與底板的對接情況，根據對接情況決定是否對鉆臺支腿進行平臺階段的開刀與矯正。②為了對底板上開設的基準線進行二次修正。由于鉆臺本體制造過程中會產生精度誤差，導致在模擬搭載過程中，鉆臺位置調整到位后，鉆臺支腿的位置產生略微偏差。為了保證鉆臺的精確定位，需要根據模擬結果對底板上開設的基準線進行修正。

模擬過程中，保證鉆臺前后方向與船體井心7 010 mm位置對齊；左右方向與鉆臺船塢搭載基準線對齊，相對懸臂梁中心線，偏右舷610 mm。根據模擬結果，得到鉆臺支腿相對于對接底板的相對位置偏差值(見圖6)。若鉆臺支腿與底板對接位置偏差過大，如鉆臺支腿與底板錯位量大于一個板厚20～30 mm,或者是完全偏離，則在平臺上對鉆臺支腿進行開刀矯正。若偏差在一個板厚以內，或更小范圍，則直接根據相對位置偏差值對底板上開設的基準線進行二次修正。保證在鉆臺搭載時，根據基準線的對合情況就能對鉆臺進行快速定位。

鉆臺在塢內定位時，由于搭載吊裝環境復雜、夜間吊裝等因素影響，在定位鉆臺井心位置時較繁瑣、且不易保證吊裝精度。在鉆臺搭載吊裝前，平臺階段，將鉆臺井心提前找出，并在井心位置焊接固定一根吊井心線錘用的橫梁，在橫梁上做好井心標記。船塢搭載到位后，以此中心標記為基準，向下吊一個線錘，作為船塢定位井心的基準，既方便又安全，見圖10。

圖10 井心位置焊接橫梁并用線錘吊出井心

2 效果

自升式鉆井平臺鉆臺實現塢內一次性搭載。該工藝簡化了搭載流程，縮短了龍門吊吊裝時間，縮短了船塢周期，降低了項目建造成本；采用模擬搭載技術進行鉆臺腿面板搭載定位，實現一次到位，提升了搭載效率；鉆臺滑移面板螺栓孔位置提前鉆孔，實現工序前移；在鉆臺未搭載之前，進行反射片粘貼，并在井心位置懸掛線錘，提高了搭載作業安全系數；鉆臺搭載前對相關設備軌道與基座提前安裝，提高鉆臺預舾裝率；制定并優化鉆臺搭載精度作業標準書，規范現場施工作業，提高現場自主管理能力，促進精度質量提升。

首座平臺第一種鉆臺搭載方式需要24 h的作業時間(主要計算鉆臺吊裝從開始到結束的時間及次數)，第二種方式鉆臺吊裝作業平均需要48 h的作業時間，第三種建造方式縮短為12 h；施工周期從15 d縮短至5 d，建造效率明顯提高。

通過對現場施工過程的精細化控制，總結出精度作業標準書。既能保證每一個步驟的檢驗項目清晰可見，又可以使每個操作步驟所要達到的標準處于可控狀態，保證項目建造質量。

3 結論

鉆臺搭載方式革新后能提前完成預搭載需要完成的工作，實現了工序前移。同樣在海工產品建造過程中，通過分析各個作業步驟可以研究通過精度控制技術運用能實現工序前移的作業步驟。鉆臺搭載過程中，需要根據設計要求對井心位置進行偏移，以滿足拖航的需求。與先前的搭載方式對比，改進后的搭載方式通過運用基準線及模擬搭載技術，可以實現鉆臺搭載的一次到位。從最終實施效果可以看出，鉆臺塢內一次性搭載的方式效果最具經濟合理性。不僅可提高作業效率與安全系數，同時作業質量得到保證，建造周期明顯縮短。