周瑩， 李云鵬， 景方剛， 杜淵， 趙春明， 羅佩豪

（寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721002）

自升式鉆井平臺升降基礎(chǔ)建造工藝介紹和分析

周瑩， 李云鵬， 景方剛， 杜淵， 趙春明， 羅佩豪

（寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721002）

升降基礎(chǔ)分段是自升式鉆井平臺的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，是升降裝置和鎖緊裝置的載體，其為樁腿升降提供導(dǎo)向，起到連接樁腿和主船體的作用,是把平臺各種載荷傳遞給樁腿的唯一必經(jīng)路徑。由于它的特殊用途，其板材多為高強(qiáng)度厚板，結(jié)構(gòu)形式緊密，且分段精度要求較高，多處需要機(jī)加工。升降基礎(chǔ)分段的建造是整個平臺建造的難點(diǎn)和關(guān)鍵。文中對DSJ300自升式鉆井平臺升降基礎(chǔ)的建造工藝流程進(jìn)行分析和總結(jié)，為相關(guān)制造企業(yè)在海洋工程大型結(jié)構(gòu)建造過程中提供借鑒。

升降基礎(chǔ)；工藝；結(jié)構(gòu)；步驟；精度

1 概述

DSJ300自升式鉆井平臺是寶石機(jī)械為中技開建造的出口300ft海洋鉆井平臺項(xiàng)目，由大船海工和遼河重工分別承建。平臺設(shè)計(jì)水深300ft，呈三角形結(jié)構(gòu)，共有3個樁腿，9個升降基礎(chǔ)，全部為焊透結(jié)構(gòu)，每個升降基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式基本相同，分為上基礎(chǔ)和下基礎(chǔ)兩部分，上基礎(chǔ)用于安裝升降裝置系統(tǒng)，滿足平臺沿樁腿上下升降的功能，下基礎(chǔ)基礎(chǔ)用于安裝鎖緊裝置系統(tǒng)，將平臺與樁腿鎖緊固定在一起，以抵抗更惡劣的海洋環(huán)境。升降齒輪箱和鎖緊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的制作與安裝是該平臺建造的難點(diǎn)和關(guān)鍵。

圖1

上基礎(chǔ)的外形尺寸為 5109 mm×2790 mm×677 mm（L×B×H）,結(jié)構(gòu)重量約16 t；下基礎(chǔ)的外形尺寸為8915 mm×4732 mm×1270 mm（L×B×H），結(jié)構(gòu)重量約38t。

2 升降基礎(chǔ)建造工藝要求

2.1 來料加工

1）對升降基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，所有鋼板具有經(jīng)過船級社認(rèn)可的材質(zhì)證件。并且預(yù)先按照CSQS標(biāo)準(zhǔn)及廠標(biāo)相關(guān)規(guī)定檢查板材平整度，檢查鋼板表面是否有麻點(diǎn)等缺陷。平整度要求為±1 mm/1 m。

2）所有升降基礎(chǔ)上用的鋼板均需要進(jìn)行表面拋丸或噴砂除銹處理，表面粗糙度達(dá)到Sa2.5級標(biāo)準(zhǔn)；表面除銹后要噴涂車間底漆保護(hù)。

3）所有板材零件應(yīng)采用數(shù)控下料。根據(jù)板厚選擇等離子切割或火焰切割，切割板厚應(yīng)在切割機(jī)質(zhì)量切割厚度的范圍之內(nèi)。切割前，應(yīng)對數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行精度調(diào)校，對切割割嘴和行走軌道進(jìn)行檢查，根據(jù)板厚選擇正確的切割參數(shù)，保證零件切割精度，避免短尺等超差現(xiàn)象發(fā)生?？紤]工廠普通采用的數(shù)控切割機(jī)技術(shù)參數(shù)，厚度不大于30 mm的鋼板采用數(shù)控等離子切割機(jī)切割；厚度大于30 mm厚鋼板應(yīng)采用數(shù)控氧乙炔火焰切割機(jī)切割，保證切割精度±1 mm。

4）下料后，應(yīng)將板材的爐批號和材質(zhì)等級號碼用鋼印移植到每一枚零件上，打在遠(yuǎn)離板邊且易于檢查的位置。

5）按照套料圖要求切割出坡口，角度公差為±2°。

2.2 接板平面組立

1）所有拼板均需在專用接板鐵平臺上進(jìn)行，厚板焊接時要兩面對稱焊接，避免焊后對接口變形嚴(yán)重。

2）拼板要求：兩枚或兩枚以上板件拼接時，依照圖紙進(jìn)行尺寸檢查，包含長、寬、對角線、邊緣直線度等，滿足要求方可定位焊接。對角線尺寸偏差不大于1.5 mm。

3）拼板焊接采用雙面埋弧自動焊或?qū)４附庸に噲?zhí)行。4）角焊縫采用CO2焊或按照專船焊接工藝執(zhí)行。5）焊后對所有板材平整度進(jìn)行校正，并背燒。

2.3 焊接要求

1）所有焊工要有焊接資質(zhì)，應(yīng)持有船級社認(rèn)可的證書。

2）根據(jù)母材材質(zhì)，厚度，焊接位置和方向，選擇適合的焊接工藝規(guī)程。

3）焊接前對焊口必須進(jìn)行除銹、除污、除濕、打磨等邊緣準(zhǔn)備并按要求報(bào)驗(yàn)。

4）定位焊的焊材應(yīng)與母材匹配，焊接參數(shù)及要求參考焊接工藝規(guī)程。

5）定位焊的焊接長度不小于50 mm。

6）埋弧自動焊的要求：采用埋弧自動焊的對接坡口兩側(cè)需裝焊引弧板和息弧板，其厚度和材質(zhì)與母材相同或相近。引弧板和息弧板的坡口和母材坡口一致，引弧和息弧的長度需不小于50 mm。單側(cè)焊完后翻身，反面需碳弧氣刨背扣后焊接。多道焊之間如間隔時間較長，下一次焊接前需重新除銹和預(yù)熱。

2.4 劃線要求

1）基準(zhǔn)線及外圍板、內(nèi)圍板、前壁板、后壁板、側(cè)壁板等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)劃線公差為±0.5 mm，其他次要結(jié)構(gòu)劃線公差為±1 mm。劃線應(yīng)采用劃針，劃線應(yīng)清晰，并打洋銃標(biāo)記。施工中應(yīng)予以保護(hù)。

2）在建造升降基礎(chǔ)的胎位上支胎前，應(yīng)劃出升降基礎(chǔ)的地樣線，地樣線包括：升降基礎(chǔ)的中心線、上下口位置線（上口位置線要加上3 mm的補(bǔ)償值）、左右側(cè)圍壁位置線、齒條圍壁板各層高處半寬位置線。各地樣線應(yīng)有足夠的延長長度，保證升降基礎(chǔ)胎上總組后用地樣線進(jìn)行復(fù)核尺寸。

3）地樣線應(yīng)由專門的找線人員進(jìn)行劃線，做出易于查找和不易丟失的標(biāo)記，并由質(zhì)量部門驗(yàn)收。

2.5 胎架

1）胎架的設(shè)計(jì)不設(shè)反變形，分段建造以前圍壁板為胎臥造。2）胎架使用模板胎，由工藝部門專門設(shè)計(jì)胎架結(jié)構(gòu)圖。3）胎架制作精度要求：胎架中心線偏差為±0.5 mm，胎架上端平面度偏差為±1.5 mm。

應(yīng)該特別注意的是胎架本體以及胎架地基應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度,不允許在升降基礎(chǔ)制作焊接周期里發(fā)生變形和塌陷。

3 制造工藝流程和步驟

3.1 上基礎(chǔ)制造工藝流程及關(guān)鍵點(diǎn)、難點(diǎn)

第一步：制造場地的選擇，每個升降基礎(chǔ)的面積為3 m×5.5 m，重量約為16t，場地應(yīng)選擇分段制作車間預(yù)埋件強(qiáng)度較好的的位置，將場地清理干凈。

第二步：胎架的制造與安裝，胎架制作后安裝到選好的胎位，胎架底座與預(yù)埋件焊接牢固，進(jìn)行胎架水平度的測量、調(diào)整。

圖2

第三步：前圍板上胎定位，利用激光經(jīng)緯儀測量圍板水平度，合格后封胎。

第四步：前圍板劃線，劃出前圍板上所有結(jié)構(gòu)線（升降基礎(chǔ)中心線、結(jié)構(gòu)中心線、結(jié)構(gòu)板厚線、結(jié)構(gòu)檢查線、軸套中心線）并打上標(biāo)記。并將基礎(chǔ)中心線、軸套中心線返到圍板下表面打上標(biāo)記，結(jié)構(gòu)劃線時焊接收縮量加放，見圖2。

第五步：安裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外圍板進(jìn)行定位焊，測量結(jié)構(gòu)安裝尺寸、結(jié)構(gòu)水平度、圍板水平度、結(jié)構(gòu)切角尺寸等。

第六步：根據(jù)生產(chǎn)工藝部門制定的焊接工藝進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)焊接，焊接工藝（WPS）需提前得到船級社的審批。

第七步：焊后的測量，測量結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)水平度、圍板水平度、焊肉大小，并進(jìn)行焊縫探傷。劃出基礎(chǔ)腰線打出標(biāo)記。

第八步：安裝后蓋板，（安裝前在拼焊后的蓋板上劃出圓心，交錯開出3個直徑600 mm圓孔），進(jìn)行水平度測量、中心線定位、高度方向的測量定位調(diào)整，合格后定位焊。

第九步：焊接后蓋板，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)焊不到，先進(jìn)行蓋板四周的焊接，并在后蓋板上開出3個臨時孔進(jìn)行內(nèi)部定位焊。

第十步：焊接精度交驗(yàn)后利用吊車或者其它起重設(shè)備進(jìn)行起胎、翻身，吊裝前要制定專門的升降基礎(chǔ)上基礎(chǔ)吊運(yùn)方案。

第十一步：翻身后，利用后蓋板平面重新上胎，以腰線為基準(zhǔn)進(jìn)行水平的定位找正。

第十二步：以軸套中心為基點(diǎn)，在前蓋板上開出6個直徑500 mm臨時孔，以便焊工進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的焊接，切掉的圓板保留。

第十三步：先焊接后蓋板開出圓孔位置的結(jié)構(gòu)，再將后蓋板另外3個直徑600 mm圓孔開出，內(nèi)部結(jié)構(gòu)全部焊接結(jié)束后，將圓板恢復(fù)到原來位置進(jìn)行圓心二次找線，開出加工之前的圓孔（半徑加放10 mm加工余量），前蓋板開出軸套圓孔后開出坡口、打磨。

第十四步：安裝6個軸套，定位時按先畫好的中心線，拉出鋼絲，測量軸套水平面、高度定位尺寸，定位過程中考慮加工余量。

第十五步：軸套焊前需要進(jìn)行加溫，按船級社審批的預(yù)熱加溫工藝進(jìn)行。

第十六步：焊接軸套，為控制焊接變形，進(jìn)行3個軸套交替焊接。先3個焊后再焊另外3個，焊后進(jìn)行緩冷和探傷。

第十七步：安裝耐磨板底座結(jié)構(gòu)與軸套的加強(qiáng)筋并進(jìn)行焊接。并裝焊頂部箱型結(jié)構(gòu)。

第十八步：根據(jù)前期制定的吊運(yùn)方案對上基礎(chǔ)再次翻身裝焊3個小套。

第十九步：整體焊后精度測量。第二十步：進(jìn)行振動時效處理。第二十一步：按照加工圖進(jìn)行耐磨板位置、軸套與后蓋板圓孔的機(jī)加工。

上基礎(chǔ)是升降齒輪箱的載體，結(jié)構(gòu)精度要求高，內(nèi)部空間小，關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)較多：

1）鋼板材料厚度大，焊縫坡口大，焊透結(jié)構(gòu)多而且密集，焊接變形大，所以焊接質(zhì)量應(yīng)與嚴(yán)格控制。焊接變形要連續(xù)及時監(jiān)控。

2）側(cè)板與后蓋板焊接時，側(cè)板的直線度不易保證，在焊接前，要用剛度較大的背板進(jìn)行約束，減少焊接變形。

3）軸套材料為A514,屈服限高達(dá)690MPa，是升降基礎(chǔ)的關(guān)鍵部件，材料的質(zhì)量應(yīng)高度重視，應(yīng)檢查其CCS證書，材料性能證書以及探傷報(bào)告。其與前壁板的焊接應(yīng)嚴(yán)防有裂紋產(chǎn)生。組裝時預(yù)留足夠的焊接收縮量，保證有足夠的加工裕量。焊接收縮量的確定可以先試驗(yàn)一個基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際值的大小，調(diào)整后續(xù)基礎(chǔ)。

4）與下基礎(chǔ)合攏的合攏口尺寸應(yīng)與嚴(yán)格控制，一般焊接收縮量應(yīng)加8 mm。焊后尺寸誤差控制在±1.5 mm。

5）后壁板的平面度及平行度要保證，變形太大不能保證基礎(chǔ)與升降減速箱連接的法蘭端面的加工裕量，加工后鋼板的厚度要滿足圖紙的要求。

6）安裝上導(dǎo)向板的內(nèi)側(cè)圍壁板距中心的間距結(jié)構(gòu)精度要求為±2 mm，裝配前需校核劃線尺寸，焊接過程中要求隨時監(jiān)控。焊前、焊后需測量尺寸并記錄。前壁板、中壁板、后壁板的平面度及平行度要保證，以便齒輪箱軸套的安裝。

7）齒輪箱擋塊下料上下兩端應(yīng)各加4 mm余量，高度安裝精度應(yīng)不大于2 mm。

3.2 下基礎(chǔ)制造工藝流程及關(guān)鍵點(diǎn)、難點(diǎn)

第一步：制造場地的選擇，每個升降基礎(chǔ)的面積為5 m×9 m，重量約為39 t，場地應(yīng)選擇在分段車間預(yù)埋件強(qiáng)度較好的的位置，將場地清理干凈。

第二步、第三步與3.1節(jié)中的上基礎(chǔ)流程和要求相同。

第四步：前圍板劃線，劃出前圍板上所有結(jié)構(gòu)線（鎖緊基礎(chǔ)中心線、分段基準(zhǔn)線、結(jié)構(gòu)中心線、結(jié)構(gòu)板厚線、結(jié)構(gòu)檢查線）并打上標(biāo)記。并將基礎(chǔ)中心線及平行于基礎(chǔ)中心線的橫向結(jié)構(gòu)的板中心線（以DSJ300為例共7條）返到圍板下表面打上標(biāo)記，結(jié)構(gòu)劃線時焊接收縮量加放如圖3所示。

第五步至第十一步與3.1節(jié)中的上基礎(chǔ)流程和要求相同。

第十二步：裝焊前蓋板結(jié)構(gòu)及其鎖緊支撐座，先開出4個支撐座方孔，支撐座要提前小組預(yù)制。

第十三步：安裝耐磨板底座結(jié)構(gòu)，按照加工圖進(jìn)行耐磨板的機(jī)加工。

下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)主要是：

1）小方盒結(jié)構(gòu)預(yù)制：小方盒是安裝鎖緊系統(tǒng)上下頂緊螺桿的座子，是整個平臺受力最大的結(jié)構(gòu)，樁腿和平臺鎖緊時，它的受力要求抗擊平臺的所有重力載荷和51.4 m/s風(fēng)暴下海洋環(huán)境的載荷。采用的材料為EH550，原材料質(zhì)量應(yīng)該嚴(yán)格控制，下料精度為±0.5 mm，尺寸精度為±1.5 mm。焊接嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求。

圖3

2）小方盒組裝在下基礎(chǔ)上要求開孔劃線要精確，安裝鎖緊螺桿的端面垂直于前面板，垂直度誤差為±1 mm。小方盒與基礎(chǔ)的焊接嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，焊接變形要隨時監(jiān)控。

3）鎖緊塊導(dǎo)向座安裝座板精度應(yīng)嚴(yán)格控制，座板到小方盒中心的尺寸精度為±0.25 mm，保證鎖緊塊活動時不卡阻，受力方向不偏。

4）連接鎖緊塊油缸支座的精度應(yīng)嚴(yán)格控制，保證油缸伸縮靈活。

5）用于安裝齒條導(dǎo)向耐磨板的兩側(cè)內(nèi)圍板與中心線的間距的控制，精度要求為±2 mm，為保證此精度，要求這些件裝配前其裝配順序之前的零件全部焊接結(jié)束，并重新校核裝配線，焊接過程中對其尺寸進(jìn)行監(jiān)控，合理選擇焊接順序，避免過大的焊接變形。

6）考慮焊接收縮，焊前定位時內(nèi)圍板應(yīng)適當(dāng)向內(nèi)側(cè)偏移1～2 mm，預(yù)留焊接收縮量，焊前、焊后應(yīng)對此尺寸進(jìn)行測量并記錄。焊接過程中應(yīng)隨時監(jiān)控。

7）鎖緊裝置的支撐座在小組后、大組前需進(jìn)行機(jī)加工，同時使用設(shè)備廠商提供的模板配鉆鎖緊設(shè)備安裝的螺栓孔。支撐座小組注意控制焊接變形，保證加工面的水平。

3.3 整體焊后精度測量

1）精度檢測必須在結(jié)構(gòu)全部焊接結(jié)束，分段脫胎處于自由狀態(tài)。用于檢驗(yàn)的儀器和設(shè)備經(jīng)過校準(zhǔn)。

2）升降基礎(chǔ)主要結(jié)構(gòu)的尺寸公差要求見表2、表3。

4 結(jié)語

以上對同時對升降基礎(chǔ)建造的前期要求進(jìn)行了闡述，并簡要介紹了升降基礎(chǔ)建造的先后步驟，其目的在于：1）了解專業(yè)海工產(chǎn)品生產(chǎn)單位自升式鉆井平臺升降基礎(chǔ)分段建造方式和流程。2）通過這些要求可以為生產(chǎn)設(shè)計(jì)下料及焊接方式選擇提供依據(jù)。3）根據(jù)這些步驟能夠指導(dǎo)施工人員合理正確施工，避免返工。4）在建造過程中控制升降基礎(chǔ)分段建造精度，確保建造質(zhì)量。5）對于自升式鉆井平臺高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件的制作流程有指導(dǎo)性作用。6）焊接的要求提出，對于自升式鉆井平臺的升降基礎(chǔ)建造有重要的參考價值。7）能夠?yàn)橹谱骷庸ご祟惍a(chǎn)品的生產(chǎn)單位提供重要的參考依據(jù)。

表1 分段裝配精度標(biāo)準(zhǔn) mm

表2 分段裝配極限精度標(biāo)準(zhǔn) mm

［1］蒙占彬，曹宇光，張士華.自升式平臺齒輪齒條升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013，11（3）：33-35.

［2］王剛，孟祥偉，彭曼，等.自升式平臺支撐升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)，2011，7（5）：42-46.

［3］徐曉平，付鵬，羊字軍，等.自升式鉆井平臺升降系統(tǒng)安裝精度控制［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2012（增刊 1）：389-392.

［4］彭洪軍，吳建，劉陽.海上自升式平臺電動升降裝置的研究［J］.東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，4（5）：79－83.

［5］中國船級社.海上移動平臺入級與建造規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［6］中國船級社.鋼質(zhì)海船入級規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2012.

（編輯 黃 荻）

TE951

B

1002-2333（2015）08-0254-04

周瑩（1980—），女，工程師，從事海洋石油鉆井裝備制造工作。

2015-03-05