浅谈自升式钻井平台特殊结构的质量控制

王政严+王全伟

摘 要：自升式钻井平台的建造为我国海上石油的勘探、开采工作的展开提供保证。除了平台主体，自升式钻井平台有许多特殊结构，主要包括桩腿、桩靴、升降系统、桩悬臂梁及悬臂梁的支撑结构，这些结构保证了钻井平台功能的实现。本文将阐述这些特殊钢结构的质量控制过程及重点控制内容。

关键词：自升式钻井平台；质量控制；特殊结构

中图分类号：U671 文献标识码：A

一、自升式钻井平台特殊结构-桩腿

钻井平台的桩腿结构为三角形桁架式结构，桩腿的3个主舷管位于三角形的3个角上，齿条在主舷管上。桩腿建造与安装是制造自升式钻井平台最重要也是最困难的工作。

1.齿条接长的组对控制

齿条接长时，由于成品齿条的来料状态存在一定的偏差，在组对时，应根据每根舷管的来料尺寸检测结果（主要有端部齿距、长度、平面度、挠度等），选择尺寸误差在标准范围内的舷管。组对定位后，要测量接长段的尺寸，包括齿间距、齿条平面度和挠度。当接长处尺寸测量结果满足标准要求后方能进行下一步工作。

2.焊接过程控制

由于齿条的材料等级非常高，焊接性能非常差，焊接过程中的任何即使是很小的放松都会导致严重后果，如延迟裂纹等。因此，齿条及桩腿的焊接过程必须严格按程序进行，而且焊接过程需要进行现场监控。在焊接过程中需要保证的参数包括：焊前预热过程及预热温度；层间温度控制；焊接速度；摆宽；电流；电压；焊后保温与降温的过程等，都需要按照WPS工艺规定严格进行控制。在焊接齿条前，先将工装与引弧板焊好，并打磨处理连接处。焊接过程中，焊接方法采用手工电弧焊立焊，为了控制焊接变形，焊接时需要两个焊工对称施焊。在确认齿条尺寸合格后，两名焊工开始同时对称施焊。每焊一层都要进行一次尺寸检验，包括直线度、水平度（即齿条板的平面度和挠度）及齿间距。并对每次测量的数据进行对比，以控制焊接过程中的焊接质量与变形。

二、自升式钻井平台特殊结构-升降系统

升降系统主要包含两个方面，升降底座和齿轮箱。升降底座与船体围井区相连接，齿轮箱位于升降底座的上部。由于该两个结构预制及合拢的精度要求非常高，现场建造过程中，我们对该部分结构重点全程控制，将每一步的检验工作都做细做精，确保了升降系统的建造质量。

1.预制胎架和划地样线

为了控制齿轮箱及升降底座的建造精度，需要在特制的胎架上进行预制。用作胎架的材料需要有良好的刚性，并且胎架水平需要保证在±1mm之内。地样线是今后进行后续工作的一个主要参考点，起到相当重要的作用，因此地样线要保证其准确性及不可破坏性。

2.材料切割

在下料的时候要考虑切割锋线，在净尺寸的基础上加2mm～3mm不等的余量。在本项目中发现过一批杆件实际尺寸比理论尺寸小3mm，就是因为切割下料时未考虑到锋线的影响所造成的。

3.组对

在组对焊接前需加放适当的焊接收缩量及加临时支撑，在本项目停工整改前所制作的01、02后箱体在组对时未加放焊接收缩量。在现场测量时发现箱体无论是在长度方向还是宽度方向均小于理论尺寸3mm～5mm不等，在后续的工作中由于都进行了放量并加支撑，因此再未出现同类问题。

4.焊前准备

加热必须采用电加热的形式，用以保证焊前预热温度、层间温度及起到焊后保温缓冷的作用。在本项目停工之前进行的一些工作中的焊前预热采用的是火焰加热，并且在焊接后没有进行保温。因此，曾发现轴圈环焊缝在气刨清根后出现大量裂纹的情况。所以，在焊接壁厚超过50mm的焊缝时尽量采用电加热。

5.焊接

后箱体的焊接直接影响整个箱体的尺寸外形，因此要严格遵守焊接顺序和焊接程序。这里主要说一下前面板与轴圈环缝的焊接，这4个环缝的焊接对轴圈焊后的尺寸和前面板的平整度会产生很大的影响。因此，在焊接前一定要采取加固措施。防止4个轴圈的中心距发生变化并且每个轴圈的内径也要加适当地支撑以避免轴圈焊后呈椭圆形。另外，轴圈在焊接之后会出现整体偏移的情况，会直接造成轴圈壁厚发生变化。

6.机加工

机加工前的定位工作是机加工的关键，在机加工时需时刻关注箱体是否发生剧烈振动或移位。在刀臂先加工后面板齿轮孔再伸长加工前面板轴圈，所以在加工前面板轴圈时要采取适当地固定防止刀臂由于伸出过长导致晃动和下垂，从而影响加工精度。

焊接修补后对该处内径进行了重新测量发现内径由原来的998.27mm变为998.49mm已經超出图纸要求的最大直径（998.40mm）0.09mm。所以，建议以后对于机加工出现的问题尽量不要用焊接方法进行修补以避免引起变形。

三、自升式钻井平台特殊结构-桩靴

桩靴位于桩腿的下部，在钻井平台作业时，桩靴与海底接触，支撑着整个平台。由于作业时桩靴要承受整个平台及其上部结构的重量，其质量要求非常高。由于其结构设计的特殊性，在建造中会遇到很多问题，重点阐述下面几个问题：特殊部位的包角完整性；E500钢的焊接质量控制；桩靴焊接变形的控制。

1.桩靴特殊位置包角完整性的保证

桩靴因设计的独特性和复杂性，在某些位置施焊时存在有包角困难的问题，只要有以下几处：直舱壁与中心圆筒相交处；底板扶强材与中心圆筒相交处；底板扶强材与环形舱壁相交处；底板扶强材与外围环形舱壁相交处。其中，前两处是因为底板与中心圆筒形成一定夹角，焊接时作业空间小，加之板比较厚，难以完成包角焊。另外两处也是因为板比较厚，难以施焊。提出的解决方法有两种，一种是使用手工电弧焊，将焊条的前段一部分弯曲，完成包角焊，该方法可以完成包角焊，并达到满意的效果，但是一根焊条只能使用一部分，造成焊条浪费，对焊工素质要求也非常高。另一种方法是将包角处气刨，将包角位置打出一个破口，由里向外施焊完成包角焊。

2.桩靴E500钢焊接质量的保证

桩靴的3个直舱壁将来要与桩腿连接，连接的位置就在E500刚上，整个钻井平台的重量将来就由这三个直舱壁承受。因此，E500钢与其他位置焊接的质量必须保证，以确保整个平台作业时的安全。由于E500钢碳当量高，强度高，淬硬倾向大，可焊性差。钢与底板焊接时应跟踪过程，包括预热温度、焊接参数、层间温度等，确保该钢的焊接符合WPS要求，保证焊接质量。

3.桩靴焊接变形的控制

桩靴的尺寸要求非常高，其尺寸要求主要包括下面几处：桩靴底板的水平度；外围环形舱壁及顶板的位置精度；3个120°位置的尺寸精度。这三部分尺寸的控制主要采用了设置反变形量、刚性固定、采取合理的焊接顺序的方法，以达到尺寸精度的要求。现就具体方法展开分析。对于3个120°位置的直舱壁，首先与中心圆筒焊接好，将其纵向的位置固定。环形围壁与直舱壁组对完成，调整好这三个直舱壁在环向的位置后，焊接直舱壁与底板的焊缝，最后焊接环形舱壁与直舱壁的焊缝。在每一次组对和焊接完成后，都要测量一下直舱壁的位置，保证3个直舱壁在3个120°线上。

结论

本文详细介绍了自升式钻井平台特殊钢结构质量控制过程，并用常见的问题来阐述它们的主要类型及发生原因、影响因素等，并提出了相应的预防控制措施，把握每个细节，确保自升式钻井平台工程质量，对质量问题及时处理并提供预防措施，希望对海油工程技术钢结构质量控制的发展有一定的帮助。

参考文献

[1] GB 50661-2011，钢结构焊接规范[S].

[2]张用德，我国海洋钻井平台发展现状与趋势[J].石油矿产机械，2008，37（9）：14-17.