海上固定平台模块钻机结构建造检验

中海油田服务股份有限公司 蔡卫明 吴新胜

海上固定平台模块钻机结构建造检验

中海油田服务股份有限公司 蔡卫明 吴新胜

一、开工前检查项目

海上固定平台模块钻机是开发海上油气田的重要设备，是指布置和安装在生产平台上的，需要依据或部分依靠固定式生产平台支持的模块式钻井装置。海上固定平台模块钻机坐落在生产平台导管架的上层甲板，其结构建造应包括以下模块： 动力模块（PM）、 泥浆模块（DSM）、钻井设备模块（DES）、 散装罐模块（P – TANK）。

在开工前，要对模块钻机进行施工图纸的审查，焊工考试、无损检测人员的资格认可，焊接工艺、制造组装工艺、建造检验程序、无损检测工艺、涂装工艺的审核以及检测设备的认可。

1. 施工图纸的审查。设计施工图纸的审查项目包括：结点号、杆件号、杆件尺寸及相关位置。所选用的材料类型是否与基本设计相同，结构焊缝的布置是否满足相应的规范、标准等。

2. 焊工考试。建造开工前，船级社应按照《焊工考试规则》或被认可的考试标准，对从事焊接工作的焊工进行考试。经考试合格后，由船级社签发焊工资格证书，持有证书的焊工方可上岗从事证书所注明级别的焊接工作。对已持有焊工证书的，但已连续6个月未从事证书所注明的焊接工作的焊工，则应在其重新工作前，先焊一块在本人证书规定科目中最难焊接的试件，经检查符合《焊工考试规则》要求后，方可继续从事焊接工作。

3. 无损检测人员的资格认可。为保证焊接质量，制造/建造单位应具有一定数量的无损检测人员。无损检测的方法主要有射线（RT）、超声（UT）、磁粉（MT）、渗透（PT）。开工前，由船级社按《无损检测人员资格认可规则》对从事此项工作的人员进行资格认可考试。无损检测人员的技术资格分为3个等级：Ⅰ级为初级，Ⅱ级为中级，Ⅲ级为高级。经考试合格后，由船级社无损检测人员资格认可委员会签发相应等级和种类的无损检测人员资格证书，持有Ⅱ级证书以上（包括Ⅱ级证书）的人员，才能独立从事证书所载的各类探伤检测工作和签署无损检测报告。

4. 焊接工艺认可。模块钻机的结构焊接所采用的焊接工艺，应通过焊接工艺认可试验来保证其工艺的适用性与可靠性。对焊接工艺认可试验主要包括下列内容：钢材的钢种、钢级的厚度、交货状态；焊接材料（焊条、焊丝和焊剂）等级、牌号和规格；坡口的设计及加工要求；焊道布置及焊接次序；焊接位置（平焊、横焊、立焊、仰焊）；焊接参数（焊接电流、焊接电压和焊接速度等）；焊接设备的型号和特征参数；焊前预热、层间温度、焊后热处理的要求等；防止产生层状撕裂的工艺措施等。

焊接工艺认可试验所用的钢材与模块钻机所用的钢材必须是同一钢厂、同一钢级并经检验部门检验合格的产品。试件的数量及加工方法、试验的类型、试验的条件及试验要求等，根据不同的位置，依其形式、厚度而定。根据认可试验的结果，建造/制造单位须编制详细的焊接工艺规程，并送交检验方审核，其内容与前述的焊接工艺认可试验一致。

工艺认可试验结果对试验用同一钢厂、同一冶炼方法、同一钢级的钢材和焊接材料均有效。但厚度的有效范围不得超过试件厚度的±25%，坡口形式不得任意改动。手工电弧焊时，焊接电流和电弧电压的变动范围不得超过±15%，焊接速度变动范围不得超过±10%；埋弧自动焊时，电弧电压变化不得超过±7%，焊接电流变化不得超过±10%。预热温度变化范围不允许超过认可试验时预热温度的±25 ℃；焊后热处理的加热温度、保温时间、加热和冷却速度及温度梯度等的变化范围不允许超过认可试验规定的范围。

5. 制造组装工艺。制造组装工艺是保证建造质量的关键，它的好坏与水平直接关系到建造质量的控制。因此，在结构制造/建造前，应组织人员制订现场组装工艺文件，并由检验审批部门对其进行审查。

6. 建造检验程序。检验是保证建造质量的重要工作之一。在质量控制工作中，检验是对质量好坏的一种证明手段。在整个建造中建立一个检验程序，规定和选择检验点（即质量控制点）是实施检验工作的关键。因此对制造厂和现场检验，验船师都需要按此程序进行检验工作。检验在现场一般分为二级，一级是制造厂自己的检验，二级是第三方检验机构现场代表的检验。制造厂检查员自检是基础，而验船师的检查与检验是在此基础上的检验，以确保制造质量满足规定的要求，因此必须建立一套完善的检验程序，它主要包括：质量控制系统流程图、报检的项目和范围、检验依据的标准和规定、返修的要求和措施、报检的时间、手续和验船师的工作关系等。

7. 无损检测工艺。根据所建造的结构项目，审核其无损检测工艺主要包括以下内容。

（1）依据所选用的规范、标准、设计技术规格书和图纸的要求，确定无损检测的种类、范围和百分比。

（2）所使用的仪器和设备的型号、主要技术参数。

（3）检测操作的程序。

（4）对检测结果的评定标准及相应的报告格式。

8. 涂装工艺。涂装是结构防腐的重要环节，涂装的质量直接影响结构抗腐蚀的能力，因此应对涂装工艺严格要求，确保所用涂料达到预期目的。开工前，建造厂应制订涂装工艺，并由验船师进行审查，其内容主要包括:涂料的使用说明；涂装的范围;结构表面处理方法及要求达到的技术等级；涂装过程中环境温度和湿度的要求；结构不同部位涂料的种类、层数、漆膜厚度和涂装间隔时间；检验标准和试验、返工的方法与要求等。

二、车间预制检验项目

车间预制检验主要包括以下项目。

1. 板材的对接检验。

（1）等厚度钢板对接时，板缝两侧的钢板应调整到同一平面，局部接缝可以有少许错边，错边a值按板厚度t规定如下：特殊构件和主要构件，α＜0.15 t且应不大于2 mm，如接缝为X型坡口，α值应不大于3 mm；次要构件，α＜0.2 t且应不大于3 mm，如接缝为X型坡口，α值应不大于4 mm。

（2）不同厚度钢板的对接。若其板厚差为下列数值时，则应将较厚的钢板的边缘削斜，削斜的宽度应大于板厚差的4倍：当较薄钢板的厚度t2＜10 mm，板厚差超过3 mm时；当较薄钢板的厚度t2＞10 mm，板厚差超过4 mm时。对接钢板的装配间隙应符合焊接工艺的要求。当钢板厚度大于50 mm时，应特别注意保证充分焊透。

（3）板的T型连接与角接。对于要求全焊透的角焊缝，必须开坡口。装配间隙应符合焊接工艺要求。当板材厚度大于50 mm时，要特别注意坡口角度和根部间隙，保证充分焊透。对于不焊透的角焊构件可不开坡口，但装配时构件之间要互相贴紧，局部未能贴紧部位，其间隙α应不超过下列规定：当焊板厚度t≤10 mm时，间隙为2 mm；当焊接板厚度t＞10 mm时，间隙为3 mm；处于仰焊位置时，间隙为2 mm。

2. 焊接材料的贮运、保管和使用检验。在制造厂里，用于结构制造的钢材和焊条在运输、保管、发放、加工等各个环节，都必须采取严格的保护措施，如严格办理入出库手续，堆放整齐，各种品牌的材料标识清楚，杜绝混发、错发等。而对焊条应密封包装，并贮存在相对湿度不大于45%，温度不低于15 ℃的干燥处。使用前，应根据焊条制造厂的说明书进行烘干。对于低氢焊条，使用前应按下列时间和温度要求进行干燥：干燥时间为0.5～1.0 h，干燥温度为300 ℃。干燥后的焊条应立即使用或放在100～150 ℃的保温箱（筒）里。一般情况下，焊条在空气中暴露4 h以上就不允许使用，而要重新干燥；锈蚀变质的焊条不准使用。

3. 材料的加工检验。下料前，如发现钢材有波纹或型钢钢管有弯曲，可以用火工调直矫平、矫正，型钢或钢管的火工矫正温度一般不超过650 ℃，管材的调正温度不超过120 ℃。矫平后的钢板允许的波纹度与板厚有关，规定如下：当板厚t＜8 mm时，波纹度不超过4 mm/m；8 mm＜t＜14 mm时，波纹度不超过3 mm/m；t＞14 mm时，波纹度不超过2 mm/m。矫正后，型钢和钢管的直线度不超过1 mm/m。材料在下料中和下料后，若发现有严重的锈蚀和变形，即使有证书也不能使用。

结构构件制造过程中，钢板和钢管的切割与坡口的加工可以采用气割或机械加工的方法。气割一般采用自动或半自动气割。切割前应将切割线两侧的浮锈、油污、污物等清除干净。下料时，应严格按切割线和坡口要求进行。切割过程中，如发现分层、夹层等缺陷，应停止切割。探明范围后，去掉缺陷部分，再继续切割。切割后的边缘应均匀、光顺，无缺口、崩坑等缺陷。切割边缘直线度的误差应满足以下规定：当被切割的构件后续工序采用自动焊时，直线度的误差不超过±0.5 mm/m；当被切割的构件后续工序采用手动焊时，直线度的误差不超过±1.5 mm/m；切割构件的外形尺寸的误差不超过±3 mm；钢板和型钢坡口角度的误差不超过±4°；钢管坡口角度的误差不超过±5°。

4. 材料的追踪。为确保所用材料与图纸和证书相符，应把所用材料的炉号或鉴定号及证书号标注在加工图纸或每个切割分段（片）上。通常制造单位在结构完工后，按照杆件号、实用材料的炉号和证书号一一对应的原则，编制材料追踪表，并提交给业主和检验部门。在材料追踪表中，炉号、板号、工厂证书号是材料制造商提供的，这些号码是唯一的，不能重复，可能许多板材是同一张（个）证书。这样，需要按页数把证书排列起来，并在上述材料追踪表中标出各证书所在的页数。

三、现场预制检验

1. 管结点的焊接检验。管结点是模块钻机结构的重要部位，它的焊接方法和质量直接关系到整个结构的安全。因此，焊接前应针对不同部位和不同形式的管结点，进行焊接工艺认可试验。在管结点的焊接中，坡口的设计与装配间隙的控制十分重要。通常，管结点的坡口设计应满足以下要求。

（1）当管结点只能从外边焊接时，坡口角度的公差一般不超过+5°，焊根间隙α应符合相关规定值。装配后，如果管结点域的焊缝坡口处间隙太小，可用电弧气刨扩大间隙，但需符合图中修改后的要求。

（2）当管结点可以从内、外两面焊接时，坡口角度的公差不应超过+5°，焊根的间隙α为2 mm，最大不超过6.4 mm。

（3）当焊缝外形需要控制时，为使焊后表面与毗邻的母材熔合光顺，应将焊缝打磨成光滑凹形。一般情况下管结点的焊缝尺寸、打磨后的焊缝尺寸应满足以下要求：当管件间夹角α＞130°时，r≥t；当管件间夹角α≤130°时，r≥t/2。其中，r为打磨后的凹形半径，t为撑管壁的厚度。

（4）结点装配检验。施焊前，应对结点的装配进行检查，主要内容有：坡口的角度、根部开口、结点误差、可熔化的塞入物、结点清洁度、定位焊和预热情况等。这些因素都将直接关系到焊接质量的好坏，如果装配不当，焊接质量很可能就会受到影响，对于重要、特殊的结点焊缝，以上因素都要进行仔细查看并且做详细的记录。

（5）焊接过程检验。检验内容包括：根部叠珠焊缝的质量、双面焊时节点根部的准备、预热和层间温度的控制、焊道的顺序、多层焊时每层的表面焊接质量及焊接前电压、电流热量输入、速度等内容。焊接完成后，检验人员应对最终的焊缝外观、焊缝尺寸、焊缝长度、尺寸精确度及后热处理情况等进行检查。焊缝检验中，主要的焊缝缺陷有气孔、未熔合、未焊透、咬边、焊瘤、裂纹、夹渣、焊缝过厚等。

2.焊缝的无损探伤检验。焊缝的无损探伤检验是保证焊接质量的重要手段。无损探伤的方法很多，在模块钻机结构焊缝的检测中主要采用射线、超声波、磁粉和渗透方法。对于无损探伤的范围与采用的方法，《海上固定平台入级与建造规范》中规定如下。

（1）特殊构件的焊缝或由特殊构件和主要构件连接的焊缝，应进行100%的超声波探伤。同时，根据构件工作环境和板厚等情况，还需再进行10%～20%的射线探伤和20%～100%的磁粉探伤。

（2）主要构件的焊缝或由主要构件和次要构件连接的焊缝，应进行10%～20%的超声探伤和10%～20%的磁粉探伤。如，超声波探伤检查有疑问时，应用射线探伤进行复查。

（3）次要构件的焊缝应进行0%～5%的超声波探伤或磁粉探伤。

（4）主要的接焊缝交叉点（T字形或十字形）应进行射线探伤。

（5）管结点的焊缝应进行100%的超声波探伤或100%的磁粉探伤。在可能的情况下，还应要求用一定数量的射线探伤进行核查。

四、结论

海上固定平台模块钻机建造结构检验的质量，决定了处在长期交变应力作用下模块钻机结构的使用寿命。只有加强对模块钻机建造过程中各环节的检验，包括对建造人员以及检验人员资质的检验，才能从根本上消除质量、安全隐患，建造出技术过硬、质量一流、工艺先进的海上固定平台模块钻机。