DSJ300-L1 自升式钻井平台桁架式桩腿维修技术

王 磊，王 伟，刘金营，佟玉鹏

中国石油集团海洋工程（青岛） 有限公司，山东青岛266555

DSJ300-L1 自升式钻井平台于2020 年10 月20 日拖航至青岛码头插桩，平台在插桩下降过程中发出较为刺耳的异响，随即平台RPD 系统报警，平台操作人员立即停止插桩操作，随后检查发现平台左舷桩腿主弦管、横撑及斜撑出现肉眼可见变形，另外两条桩腿肉眼未见变形。后期对平台艏桩和右舷桩腿进行变形测量，均未发现变形超差，而对平台左舷桩腿进行测量表明发生了塑性变形，因此需对平台左舷桩腿的塑性变形进行维修。本文介绍了平台左舷桩腿塑性变形的维修技术。

1 平台概述

DSJ300-L1 自升式钻井平台主体为三角形结构，由3 根桩腿支撑，桩腿为3 根弦管组成的三角形桁架结构。平台型长62.8 m、型宽60.2 m、型深8 m，设计吃水4.9 m，桩腿总长为125.3 m，最大作业水深为91.44 m。

2 变形分析

自升式钻井平台在插桩过程中常见风险有穿刺、滑移和掏空[1]。而此次事故发生于码头区域，且此次插桩位置为首次插桩，可排除穿刺和掏空风险的可能，最终确定此次事故是由桩腿滑移造成。此类滑移事故对桩腿的最大影响为桩腿桩靴处到升降齿轮位置会发生弯曲变形超差，在插桩时升降齿轮接触主弦管的最高位置存在折点，从而导致平台桩腿无法正常升降，必须通过维修使桩腿各类参数符合设计要求。

施工单位对桩腿变形程度和变形范围进行实际测量，平台原设计单位将变形量与主弦管允许屈服强度下的变形量进行对比，可确认弯曲变形的类型，再针对变形类型制订维修方案。本文描述的此次插桩事故经设计单位分析后，确认为塑性变形，该变形无法通过切除变形支撑管的方式使主弦管回弹恢复至原有的直线度，故基于塑性变形进行维修方案的考虑。

3 维修范围确认

鉴于钻井平台投入使用后的经济效益，需在最短时间内对变形桩腿进行维修。施工单位采用局部桩腿更换的方式进行维修，即通过测量确定桩腿变形的最高点及最低点，将此段范围作为桩腿更换的区域，而后制作出同等长度的桩腿进行替换。而在此过程中，最高点和最低点的确定尤为重要。

3.1 最高点的选择

为减少多次测量造成累计误差，操作平台使其处于插桩状态，在三角形结构的桩腿内部搭设脚手架；在桩腿中心位置使用FARO Focus 3D X330 三维激光扫描仪对桩腿三根弦管的空间位置进行扫描[2]，见图1。

图1 桩腿测量仪器布置点位置

采用此方式，可一次扫描出三根主弦管空间模型，并在Geomagic Control 软件中体现，再将桩腿设计模型图导入软件，可测出桩腿变形量，将变形量与设计允许偏差进行对比，即可识别变形点，诸多变形点中最高位置的变形点即为桩腿更换区域的最高点。

3.2 最低点的选择

最低点的选择可参照最高点的选择方法一并进行，但由于此次滑桩事故位于码头前沿，插桩深度约为9 m，桩腿最大变形位置位于桩靴侧，鉴于此，为最大程度地保证更换段桩腿的安装精度，规避同时控制上下6 道焊口的精度控制难题，最低点可直接选择在桩腿全部回收后锁紧块下部区域的无用齿位置。

3.3 接口处端面尺寸

为保证三根主弦管（A、B、C） 的初始建造精度偏差相近，桩腿的预制通常按照从下向上的顺序进行[3]，但始终无法完全消除建造误差，即每根主弦管间的精度会出现不同的偏差，此种偏差就包含三根主弦管同一齿端位置的高差不同[4]（如图2 所示）。在对桩腿损坏程度进行测量时，可采用AT960-LR 绝对激光跟踪仪同时测出所需更换桩腿切割点位置的实际空间位置，供后续新桩腿预制使用。

图2 三根弦管端齿截面图

4 维修技术要点

损坏段桩腿的更换维修主要可分为新桩腿预制、损坏段桩腿拆除、桩腿合拢安装三个步骤，以下对各阶段的技术要点进行简要介绍。

4.1 新桩腿预制

桩腿预制工作宜在室内环境中使用专用胎架进行，胎架应具备支撑、定位及微调功能，预制过程中应对主弦管的各类精度指标进行重点控制，焊接应严格按照焊接工艺规程进行，齿条板对口焊接完成后应等待72 h 再进行无损检测[5]。需要特别注意的是，三根主弦管上下端口的端面高差不应按照设计图纸布置，而是应根据损坏段桩腿切割点的端面实际空间位置进行布置。

4.2 损坏段桩腿拆除

损坏段桩腿的拆除方案可根据环境、资源及成本等因素综合考虑设备投入，因桩腿高度为125.3 m，无法直接使用船坞龙门吊进行吊装作业，故推荐使用浮吊或大吨位履带吊进行吊装作业，拆除应按照自上而下的顺序依次拆除。桩腿拆除时，在吊装设备能力满足的条件下，应尽可能减少桩腿分段切割次数，切割完成后应将完好段桩腿横放，并均匀设置垫木，以确保长时间的放置不会引起桩腿弹性弯曲。损坏段桩腿拆除后，平台处于漂浮状态，应采取固定和保护措施使平台保持稳定，推荐做法见图3。

图3 平台码头就位固定平面示意

4.3 桩腿合拢安装

新预制桩腿的合拢安装焊接作业推荐在船坞内进行，在桩腿焊接过程中，保证对接口间的直线度及焊接质量是整个合拢安装的质量控制重点。在船坞内安装合拢有两种方法，即吊装合拢法和顶升合拢法：吊装合拢法即在船坞旁放置满足吊装吨位要求的吊装设备，按照自下向上的方式先进行新预制桩腿的合拢安装，再依次进行上部完好段桩腿的安装；顶升合拢法即将平台升至上切割点以上，用提前加工完成的临时支撑来固定支撑平台左舷区域，使平台在缺少左舷桩腿的情况下依然能够保持平衡稳定，再通过滑移的方式分别将切除的损坏段桩腿和新预制完成的桩腿进行拆除和回装。本次桩腿维修工作采用吊装合拢法进行，见图4。

5 维修检验

桩腿维修完成后，除对新、旧桩腿接口处的焊缝质量和桩腿整体尺寸精度进行检验外，还应通过平台升降试验来检验桩腿维修后平台的其他性能是否符合要求，平台升降试验程序应得到船东及第三方验船师的认可，若采用顶升法进行桩腿维修时，在经过船东及第三方验船师同意后，升降试验可仅升至桩腿更换的最高点位置即可。

图4 吊装合拢法示意

6 结束语

在以往自升式钻井平台桁架式桩腿维修研究中，较多是基于桩腿的弹性变形，对桩腿撑管进行切除后，通过消除应力使其回弹的方法进行维修，从未使用过通过桩腿局部更换的方式进行桩腿维修，本项目桩腿局部更换技术的成功应用在国内自升式钻井平台桁架式桩腿维修工作中属于首例，其维修经验可为日后平台桩腿类似事故采取通过局部更换方式进行维修的工作提供参考。