JU2000E型自升式钻井平台钻台制造工艺技术

王怀刚

(南通振华重型装备制造有限公司，江苏 南通 226017)



JU2000E型自升式钻井平台钻台制造工艺技术

王怀刚

(南通振华重型装备制造有限公司，江苏 南通 226017)

以钻井平台核心结构之一的钻台结构作为研究对象，通过分析其功能结构、核心组件的装配关系，研究、总结钻台用高强度结构钢的焊接变形，不断优化钻台组件及拼装工艺流程，成功实现了自升式钻井平台钻台结构模块的建造工作。通过优化革新钻台吊装工艺建造方案，实现了钻台设备完整性吊装工作。

钻台；建造；吊装；成型

0 引言

JU2000E 自升式钻井平台是海上移动式石油钻井平台的主要代表之一。该平台型长70.4 m，型宽76 m，最大作业水深约122 m，最大钻井深度约10 668 m，额定人员达140人。 钻台作为自升式钻井平台的核心模块之一，材料等级高，设备密集，建造及安装难度大。本文通过研究钻台模块的结构特点，优化制造工艺流程，模拟分析结构吊装变形情况，实现了钻井平台核心模块建造工艺的精度制造。

1 钻台结构简介

钻台是钻井系统、 井架等作业设备及相关结构的承载体，其结构强度直接影响到钻井平台是否能够正常钻井作业，因此钻台的结构建造工艺具有重要的工程意义。钻台主要的承力结构采用梁单元。钻台结构作为平台钻井包的核心结构之一，由于安装在钻台面的钻井设备精度要求高，因此装配、焊接质量要求亦相当高。钻台主要结构如图1所示。

2 钻台组件制作

钻台主要由大梁、井口组件、井架支柱及井架基座等重要组件组成。钻台组件制作时，首先进行数控下料，检验合格后进行零件的加工，转运至小组工位进行小组件制作；然后分别进行大梁、井口组件、井架支柱及井架基座等重要结构的预制；最后进行金工处理满足后续钻台中组。

井心组件制作地样线勘划后，井心小组件预制后上胎拼装，所有工字型钢小组件上下面板平行度不大于1 mm，上面板平整度、直线度不大于2 mm，长度、宽度不大于2 mm，高度±1.5 mm。由于钻井核心设备转盘对井心组件结构精度要求高，所以通过在转盘安装面板上事先加放6 mm厚度余量。井心组件结构制作完成后，根据测量结果，画出余量加工标线后运送金工车间进行铣面金加工。通过结构制作阶段的精度控制及金加工，不仅保证了井口转盘的顺利安装，而且为钻台结构拼装提供了水平参考基准。

3 钻台拼装合拢工艺

3.1 勘划地样线

勘划地样线时，首先钻台胎架搭建前需将搭建区域杂物清理干净；然后使用全站仪划地样线，重要的定位基准线需在预埋件上使用洋冲眼标记，并使用胶带保护；最后使用全站仪勘划钻台地样线，以井心为基准点，勘划钻台结构定位线。地样线划线偏差保证在±0.5 mm内。

3.2 井口组件定位和拼装要求

井口组件加工后，应保证平面度不大于1 mm，检验合格后方可上胎拼装。井口组件上胎后，需调整转盘安装平面水平，利用全站仪将转盘上表面水平高度值引到标高柱上，并作好标记。基准标高值作为后续组件定位的水平基准。转盘安装面水平必须做好实时监控工作，使用卡板将井口组件封胎，井口处转盘安装梁表面保证平面度不大于1 mm。

3.3 定位和拼装要求

-FRA大梁、-FRD大梁定位拼装要求如图2所示。根据预先勘划的地样线定位-FRA梁，-FRA梁中心线距井口中心线为6 096±1 mm。以井心转盘安装面为基准面，根据500 mm等高线调整大梁水平，要求平行度：≤3 mm，-FRA梁上面板整体平面度：≤3 mm、≤1.5 mm/1 m，直线度：≤3 mm、≤1.5 mm/m。根据结构尺寸修割合拢口余量，保证-FRA梁与-FRD梁开档12 192 mm(+6 mm焊接收缩补偿量)。

3.4 挡风墙安装

安装挡风墙时，需要根据结构图，使用经纬仪勘划挡风墙及顶棚支柱定位点，然后将挡风墙槽型组件吊装到位，并使用工艺撑固定。槽型上下垂直度整体偏差≤4 mm。

3.5 井架基座安装

根据结构图定位井架基座时，必须保证开档尺寸公差要求。井架基座安装时先划出下合拢口的余量修割线，再修割余量。上钻台整体划出中心十字线及每个基座的上法兰厚度加工线、螺栓孔中心十字线，基座送金工车间金工铣面、钻孔。

4 钻台总成吊装工艺

由于钻台结构复杂，拼装精度高，钻井设备昂贵，安装密集等原因，使得钻台总成吊装相当困难。目前国内外同行普遍采用在钻台面四角安装传统的A型吊耳进行吊装。但这种吊装方式不能保证钻台系统设备安装的完整性，使得后期上船设备安装工作量大，平台插桩后施工困难，制造成本增加很大，且增加了很多高空作业安全隐患。针对传统A型吊耳的缺陷，本钻井平台吊装时采用新型栓接吊耳，其形状如图3所示。通过有限元分析，发现主体支柱间的最大位移仅25 mm，在应力变形及结构位移量方面都比传统的A型吊耳有明显优势。吊耳的钻台总成吊装有限元分析图如图4所示。

新型栓接吊耳无需焊接、探伤，减少了大量宝贵工时，可实现多次、重复应用于后续同类型JU2000E钻台的吊装， 大大降低了材料成本、人工成本，提高了公司经济效益。

5 结语

JU2000E自升式钻井平台作为公司进入海洋工程领域的关键产品，技术含量高，施工复杂。钻台结构作为钻井包的核心结构之一，通过研究、总结钻台用高强度结构钢的焊接变形，不断优化钻台组件及拼装工艺流程，实现了自升式钻井平台钻台结构模块的精度控制工作，通过有限元计算新型栓接吊耳在钻台吊装中的应用，发现比传统内部安装A型吊耳方式的结构变形要小。通过优化革新钻台吊装工艺建造方案，成功实现钻台设备完整性吊装工作，为公司海洋工程装备钻井模块建造积累了经验。

[1] 汪怡,于小伟,黄曌宇.自升式平台钻台结构强度分析[J].船舶工程，2013，35(S2):75-75,109.

[2] 夏侯命胜,周佳,王璞.自升式钻井平台钻台结构强度研究[J].船舶工程,2014，36(4):104-107.

[3] 陈晓俊.高强钢高效焊接与加工技术在船舶与海工建造上的应用[J].金属加工(热加工),2015(20):15-16.

2016-04-25

王怀刚(1985—)，男，工程师，主要从事船舶与海洋工程建造工艺设计工作。

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