谷德虎、趙立君、李繼奎、宋濤、谷玉亮

(海洋石油工程（青島）有限公司山東青島 266520）

1 項目概況

該氣田位于瓊東南盆地北部海域，水深為1220m-1560m。該氣田的開發(fā)方案采用半潛式生產(chǎn)平臺（SEMI）方案，該生產(chǎn)平臺包括船體和船體承載的上部設(shè)施（見圖1），上部設(shè)施由上部組塊和生活樓組成。

圖1

該上部組塊，共有24根立柱，船體與上部組塊通過4根主立柱連接。上部組塊立柱的軸線位置見圖2，其中標(biāo)記的四個點(diǎn)A2/A5/D2/D5為連接主立柱位置。

2 主立柱構(gòu)成及要求

結(jié)構(gòu)形式：主立柱由4段直管段和1段大小口接長而成，內(nèi)部含有封板、加強(qiáng)環(huán)、加強(qiáng)板、擠壓定位承重塊（鑄鐵材質(zhì)）。小口管段直徑1829mm，厚度80mm；大口管段直徑2600mm，厚度90mm。具體形式見圖3（以A2為例，其它立柱形式相同）。

圖3

精度要求：

2.1 周長

常規(guī)卷制管：卷制管外周長的誤差不超過1%或者12.7mm，兩者取小值。

對于與船體接觸的生產(chǎn)甲板主立柱（4處）：卷管內(nèi)周長與理論值之間不能大于±6mm。

對于與船體接觸的生產(chǎn)甲板主立柱（4處）：沿圓周方向上任意一點(diǎn)的內(nèi)徑與理論值之間不能大于±2mm。

2.2 不圓度

常規(guī)卷制管：不圓度，即在鋼管長度方向上任意一點(diǎn)處的最大與最小外徑之差。對于壁厚大于50.8mm的鋼管，其不圓度與壁厚的的比不應(yīng)超過1:8。對于直徑大于1220mm的鋼管，只要周長公差維持在±6.4mm以內(nèi)，則其最大不圓度允許達(dá)到12.7mm。

對于與船體接觸的生產(chǎn)甲板立柱（4處）：最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑之間的差（即不圓度）不能超過6mm。

2.3 直線度

常規(guī)卷制管：在任意3m長管段上，直線度偏差不能超過3mm；在任意12m長管段上，直線度偏差不能超過10mm；在12m長度以上的管段上，直線度偏差不能超過12mm。

對于與船體接觸的生產(chǎn)甲板立柱（4處）：直線度6mm以內(nèi)。

3 精度控制方法

3.1 預(yù)制順序

通過對立柱整體結(jié)構(gòu)的分析，制定了最優(yōu)的防變形預(yù)流程。與船體連接的主立柱預(yù)制順序依次按照下料--卷制--縱縫焊接—內(nèi)部構(gòu)件安裝—局部管段接長—內(nèi)部構(gòu)件安裝—整體管段接長--安裝封堵板的順序進(jìn)行，即首先完成主立柱的卷制、焊接工作，滿足項目公差要求后焊接第一道加強(qiáng)板及擠壓定位承重塊（處于組塊與平臺連接處管段的內(nèi)部構(gòu)件），然后加工坡口，后續(xù)再進(jìn)行接長等其它工序。此預(yù)制順序使現(xiàn)場施工人員的作業(yè)空間最大化，并通過分段拆分預(yù)制方式，避免了多處受熱發(fā)生形變的情況。

主立柱A2 A5 D2 D5具體施工順序如下（以A2為例，其余相同）：

a. A2-1～5號段依次進(jìn)行下料、卷制（大小口需壓制）、焊接縱縫，下料管段做特殊標(biāo)記，便于全程跟蹤管控；

b. 安裝A2-4段內(nèi)90mm厚的加強(qiáng)環(huán)板（立柱外圈加地掉控制，便于過程控制尺寸，內(nèi)部加十字支撐，防止變形），然后安裝端口的擠壓定位承重塊構(gòu)件（4塊）；

c. A2-4段機(jī)械加工切割端部坡口。（鑒于該項目對組塊與船體焊接位置的環(huán)口公差要求很高，傳統(tǒng)熱切割方式難以保證公差要求，易產(chǎn)生形變，組塊與船體連接處的環(huán)口需要進(jìn)行機(jī)械加工（冷加工方式）制作坡口。）

d. A2-3與A2-4接長，接長完畢后安裝管段內(nèi)剩余加強(qiáng)筋板；

e. A2-2/5/3/4整體接長；

f. 焊接A2-2管段封堵板。注意：封堵板單面焊接底側(cè)方向，即BOTTOM方向，焊道倒角圓滑，避免棱角，便于后續(xù)噴漆。

在施工全過程中，不能隨意焊接臨時結(jié)構(gòu)，每一步的完成必須保證精度滿足，要嚴(yán)格監(jiān)督檢驗，為后一道工序做鋪墊。

3.2 控制措施及要求

a.下料、卷制控制

該項目主結(jié)構(gòu)均為S420的高強(qiáng)鋼材質(zhì)，屈服強(qiáng)度高于以往項目DH36、S355等材質(zhì)卷制硬度更強(qiáng)，板材下料延展率和以往更是大不相同。正常卷制材料按照中徑排版，實際下料要刨除材料延展長度，不同材質(zhì)的管段，規(guī)格不同，延展長度也不同，延展率缺失，對卷制精度影響極大[1]。通過對前期相近規(guī)格管段下料的摸索，推斷出此四根主立柱的延展率，并以此延展率為基礎(chǔ)，大、小徑管段各下料一段進(jìn)行延展率求證、精確，最終確定如下：

名稱 管徑 板厚 展長 減量 實長立柱 1829 80 5494.6 14.6 5480立柱 2600 90 7885.4 18.4 7867

卷制過程中，全程通過紅外測距儀以及人工測量進(jìn)行管材成形的調(diào)整，保證滿足精度要求。

b.焊接要求

在焊接過程中，鋼材最低預(yù)熱溫度（環(huán)境溫度≥0℃時）應(yīng)滿足如下要求：

Base metal鋼材 T＜38mm 38mm≤T≤50mm T＞50mm S420，S355-S420 50℃ 110℃

(1) 如果環(huán)境溫度低于0℃，預(yù)熱溫度應(yīng)在批準(zhǔn)的WPS規(guī)定的溫度基礎(chǔ)上提高20-30℃，且應(yīng)采取有效的防風(fēng)、雪措施。所有的焊接接頭焊接完成后應(yīng)采取保溫棉或電加熱等有效的保溫措緩冷措施。

(2) 對于圖紙規(guī)定的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)、高拘束度的構(gòu)件如焊道集中部件及返修焊接的情況，無論環(huán)境溫度是否低于0℃，預(yù)熱溫度應(yīng)在批準(zhǔn)的WPS規(guī)定的最低溫度基礎(chǔ)上提高40-50℃。

(3) 對于重要節(jié)點(diǎn)、高拘束度的構(gòu)件、母材厚度超過38mm時，需采用電阻加熱；并且在施焊側(cè)的背面進(jìn)行預(yù)熱以及測量溫度。

(4) 施工過程中應(yīng)對藥芯焊絲進(jìn)行有效保護(hù)及防止受潮；未用完的焊絲應(yīng)存放于焊材房內(nèi)并用塑料或紙包裝包裹；未存放于干燥場所并且未被下個班次使用的焊絲不允許第二天繼續(xù)使用。

(5) 采用雙面焊接，在焊接時宜采用對稱的施焊順序以控制焊接變形。

(6) 焊接過程應(yīng)保持連續(xù)，不允許焊接中斷；T＞50mm的焊接接頭，層間溫度≤200℃。

(7) 如采用碳弧氣刨，則氣刨完成后應(yīng)進(jìn)行打磨處理，徹底清除殘余滲碳層，進(jìn)而避免淬硬組織出現(xiàn)。

c.關(guān)鍵結(jié)構(gòu)：擠壓定位承重塊（鑄鐵材質(zhì)）的施工

立柱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要分布在第4段上，且第四段為下部平臺與組塊的連接部分，保證第4段管段環(huán)口公差是關(guān)鍵。擠壓定位承重塊（鑄鐵材質(zhì)）的具體操作如下：

(1) 在距離立柱A2-4管段底端環(huán)口150mm處，外側(cè)制作環(huán)形工裝，與立柱點(diǎn)焊固定后再進(jìn)行擠壓定位承重塊的焊接工作。工裝尺寸為40mm厚×200mm寬，以此保證組塊與船體焊接位置的環(huán)口公差要求，減小擠壓定位承重塊焊接時對環(huán)口公差的影響。

(2) 擠壓定位承重塊的施工采用機(jī)械加工預(yù)制坡口，最終焊接完成后需要對與船體部分連接側(cè)的焊縫進(jìn)行打磨圓滑處理，焊后打磨形狀保持與原擋塊形狀一致，避免出現(xiàn)棱角造成合攏接觸時卡位。

(3) 擠壓定位承重塊組對前，測量立柱內(nèi)徑，找到尺寸均等的位置，在0°、90°、180°、270°四點(diǎn)進(jìn)行擠壓定位承重塊的組對，并在外側(cè)打好樣沖點(diǎn)。

(4) 擠壓定位承重塊為鑄鐵材質(zhì)，焊接施工依據(jù)對應(yīng)批準(zhǔn)的WPS，PJP半熔透接頭可直接使用焊絲DW-A55L進(jìn)行焊接，保護(hù)氣體為Ar+CO2混合氣（80%/20%）；

① 考慮到項目對尺寸、精度要求較高，焊接預(yù)熱Tp≥110℃，層間溫度Ti≤250℃，110℃＜焊接過程溫度≤250℃，且要求對立柱環(huán)向方向整體加熱，減少溫度梯度控制焊接變形。

② 結(jié)合實際工況，對稱焊接，不可焊接中斷，焊接接頭的起弧點(diǎn)與熄弧點(diǎn)不可在同一位置。

③ 坡口兩側(cè)打磨鐵銹、油污等，焊材防潮；過程中防風(fēng)；注意焊道與焊道間的清理、層與層之間的清理（熔渣、飛濺等）；

④ 焊后采取緩冷措施。

(5) 記錄與測量以下數(shù)據(jù)，并做好存檔，后續(xù)需根據(jù)這些信息確定船體上就位插尖是否需要調(diào)整及可能的調(diào)整量。

① 焊接前，測量擠壓定位承重塊安裝位置的立柱內(nèi)徑；

② 記錄各擠壓定位承重塊所處的腿柱、方位（擠壓定位承重塊相對于立柱的位置），并將每一塊擠壓定位承重塊做好編號；

③ 完成焊接后準(zhǔn)確測量擠壓定位承重塊的高度（，測量立柱底端到擠壓定位承重塊底端距離；

④ 所有相對位置的擠壓定位承重塊間斜面的間距，高低點(diǎn)都測量，且各取3個點(diǎn)，如下圖4標(biāo)識的6個點(diǎn)，上下兩排（具體距離可根據(jù)現(xiàn)場情況可調(diào)，左右距離中線各200mm。

圖4

通過全流程的施工控制，最終形成了一套控制方法，上部組塊與船體頂端連接處的主立柱精度要求達(dá)到了預(yù)期效果，保證了項目的順利施工。

4 結(jié)語

本文通過某氣田開發(fā)工程項目，介紹了半潛式平臺合攏對接主立柱的結(jié)構(gòu)形式、要求及預(yù)制流程，重點(diǎn)描述了主立柱預(yù)制順序、下料控制、焊接要求及關(guān)鍵點(diǎn)施工措施，總結(jié)了一種適用于深水半潛平臺上部組塊合攏主立柱高精度建造要求的控制方法，對平臺整體順利合攏奠定了基礎(chǔ)，對于后續(xù)類似的施工內(nèi)容具有一定的指導(dǎo)意義。