一种钻井平台桩腿和桩靴合拢优化工艺探究

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1、一种钻井平台桩腿和桩靴合拢优化工艺探究【摘要】现在流行的钻井平台大都釆用升降马达、齿轮/齿条的啮合使得整个平台升至距海面的某个特定的位置上，并利用锁紧装置将其固定，达到作业要求的条件，桩腿与桩靴之间的焊接在任何平台上都至关重要的一环。本研究将介绍目前平台常用的几种焊接时机形式，在这基础之上提出一种新颖的工艺，使得在保证装配、焊接质量的前提下，节约成本并缩短工期，可以为其他制造商提供帮助。【关键词】钻井平台；桩腿；桩靴；焊接一艘用于海上石油和天然气勘探、开采工程作业的钻井装置，适合于世界范围内15〜91.4米水深以内各种海域环境条件下的钻

2、井作业。该钻井船具有较强的海上作业能力，最大作业水深91.4米时最大钻井可变载荷为3500吨，最大钻井作业深度可达到9144米。该钻井平台共配置有三条桩腿，每个桩靴下面连接一个桩靴，在作业时，为了能够满足各个区域的不同海况的要求,利用平台上的发电机提供的动力，使得三个桩靴将插入海床，并将船体抬离海面，使得船底离开水面（50英尺）以减少海上的风、波、浪、流对其的影响。桩靴与桩腿的剪切焊缝共有18条，最大将承受最大将超过20950吨的剪切力。1•概述该钻井平台采用荷兰GustoMSC设计的CJ系列平台，由于其桩腿根部是焊在桩靴外侧，且桩腿与

3、下滑道及桩靴之间的间隙较为狭小，约135mm左右，结合升降塔的下部结构以及围井结构，如果按照常规的焊接顺序几乎是不可能的，解决的目标就是如何焊接该段约3米高的焊缝。而且该18条焊缝将完全承受平台升起的重量（最大重量约20950吨）,其重要性是可想而知的，如图1所示：剖面A-A2.目前存在的几种合拢工艺对于该项目，由于桩腿与桩靴的焊缝的特殊性，而且工位的空间特别狭窄，根本无法从外部进行焊接。目前各大船厂对于GustoMSC的CJ系列平台在处理桩腿根部与桩靴焊接上共有三种做法。2.1将主船体的墩髙（件6）升到3.5米以上，将该条剪切焊缝（约

4、3米）完全暴露在外,这样才有工位将该条焊缝焊接。如图2所示:2.2保持主船体的墩高（件6）为1.7米，将桩靴（件1）所处的位置挖坑2.2米，同样将该条焊缝（约3米）完全暴露在外，这样才有工位将该条焊缝焊接。如图3所示：图32.3将桩靴与第一段桩腿提前焊接完毕，并定位于指定位置，然后将升降塔连同升降单元往桩腿上靠，再将围井分段合拢，达到合拢的目的。3.目前存在的几种合拢工艺对于任何产品来讲，好的工艺一定既要保证质量、节省成本，同时还要节省工期。上述的三种工艺，均有船厂实施过，但是均有较多的缺陷与制约，分析如下：对于第一种方案，主船体的墩高

5、将设得太高，墩的材料需求量非常大，船底油漆及其他的安装操作都需要搭很高的脚手架，这将浪费很多的劳动力成本，并且对于后续的工作带来非常大的麻烦。对于第二种方案，适用于地质比较松软类似沙滩造平台，原则上可以通过挖坑进行焊接，但是同样浪费成本，但对于有的项目的地基是已经经过承压处理，基本不太可行。对于第三种方案，该种方案对于今后升降塔的三角定位非常不利，因为自升式钻井平台是通过升降装置的精度尺寸来约束桩腿在该装置上保持直线状态，并非通过桩腿的直线度来控制升降装置的精度。几种逆向合拢的方式存在一定的风险，就是尺寸的测量与控制非常麻烦。4•优化工

6、艺基于以上三种方案的综合考虑，本研究提出的观点是如何将在暴露在外部难以焊接的焊缝转移至桩靴内部进行施焊，这样无论从成本、质量还是工期上考虑，都可以避免上述的缺陷。在经过了大量的考察、摸索、研究，等比例建模,最终确定了如下优化合拢方案。优化合拢方案示意图将原本位于桩靴内的两块的立板-5(EH36-Z)和立板-4(EQ63-Z)提前对接，然后与第一节桩腿-2焊接，再插入至桩靴-1内进行桩靴内部焊接，这样就将桩靴与桩腿之间的焊缝移到桩靴内部，这样就解决了由于桩靴外部焊接工位空间的原因而难以施焊的问题，从而保证了焊接质量。这样做的优点有：a.可

7、以保证该3米长焊缝的焊接质量，已经通过100%MT、UT；说明：由于桩靴外部的这道垂直焊缝可以在宽阔的工位上进行焊接，不受周围构件的约束，从而提高焊接质量。由于该平台的特殊性，桩腿的材料均为进口材料，材质非常特殊，屈服强度非常高(690Mpa),这就要求这些材料焊接之前必须进行实模试验，必须经过焊接工艺的评定，找出匹配该种材料的焊材、焊丝以及焊接过程所需的环境、温度等因素影响。经过技术中心焊接实验室多次的反复试验，最终摸索出配套的焊接工艺，该项工程焊评试验计划以及实施共经历了8个月，进行的焊接工艺评定试验高达185项，最终完成了35项的

8、焊接工艺评定。此高等级材料的焊接在整个深圳市乃至全国的行业中具有领先的推动作用。a.可以使得升降塔结构的精度控制更加精确；说明：升降塔结构的精度控制初衷是在桩腿未插入之前就必须进行控制，这点主要是针对第三种