模块钻机结构建造项目中的质量控制

刘立军 雷青娟

1.中海油田服务股份有限公司 综合服务事业部 （天津 塘沽 300452）

2.西安石油大学 材料工程学院 （陕西 西安 710065）

模块钻机结构建造项目中的质量控制

刘立军1雷青娟2

1.中海油田服务股份有限公司 综合服务事业部 （天津 塘沽 300452）

2.西安石油大学 材料工程学院 （陕西 西安 710065）

COSL东海模块钻机结构建造项目工期只有正常周期的40%，在严峻的时间条件、自然条件中保证工程质量是一个不容忽视的问题。通过对主要现场焊接施工工艺的研究，确定了优化的焊接工艺，为按期完成任务提供了技术保证。

钻机结构建造 焊接工艺 项目管理

COSL东海模块钻机项目是中海石油有限公司上海分公司春晓油气田群所属的海上石油勘探开发项目的一部分。中海油田服务股份有限公司（COSL）作为EPC总包方承揽了该项目。业主给出的陆地建造工期仅为正常建造模块钻机周期的40%，并要求该项目在7个月内完成陆地建造及单机调试和海上安装、联合调试。该项目工作量大，施工周期短，施工自然环境恶劣，面对这样苛刻的条件，要保质保量的完成任务施工质量控制显得尤为重要。

1 模块钻机结构建造项目工况条件的概况

东海模块钻机结构项目的主体结构以D36、E36等低合金高强度钢为主，COSL东海模块钻机项目施工场地位于江苏省如皋市如皋港，且结构施工是在冬季进行，气温较低（最低温度-8℃），雨量充沛，空气湿度大（长期处于67%左右），有风天气多，加之D36钢焊接时对环境的要求较高，给焊接作业带来了极大的困难。

2 焊接质量控制

2.1 焊接方法的优化

埋弧焊(SAW)、焊条电弧焊(SMAW)、CO2气体保护焊是工程中常用的焊接方法,各有不同的特点[1-3]，各种方法的比较见表1。

COSL东海模块钻机项目结构陆地建造工期紧、任务重、工作复杂。面对压力，该项目组仔细研究以往项目建造工艺、多方咨询业内专家，在进行了深入分析、反复论证的基础上，确定项目主体结构中的典型焊接形式、重要焊接形式，如：主体结构板拼组合梁、钻井设备模块吊点、滑道梁、箱型梁及吊机将军柱等焊接。各结构关键部位焊接方法如表2所示。在综合考虑工期、焊缝设计要求和焊缝质量前提下，放弃了以往模块钻机项目结构建造以二氧化碳气体保护焊和手工电弧焊为主的焊接作业方式，优选板拼梁预制以埋弧自动焊为主、现场制作以药芯二氧化碳气体保护焊为主，以手工电弧焊为辅的焊接作业方式。采用埋弧自动焊可焊接中厚板结构的长焊缝，与传统的手工电弧焊比较可以大大提高生产效率。但是在整个项目中埋弧自动焊不能满足所有的焊接要求，如在仰焊和全焊位置及薄板焊接就不能采用埋弧自动焊，而CO2气体保护焊适合这样的焊接条件，因此本项目就采用埋弧自动焊和CO2气体保护焊两者结合的焊接方法来完成该项目，这样不仅提高了工作效率，还能保证工程质量。

2.2 焊接材料的选择

焊接材料是保证焊接接头质量与性能的关键[4，5]。通过对模块钻机工作环境和工作状态的综合分析，COSL东海模块钻机项目主体结构选择以D36、E36等低合金高强钢为主。在C、Mn强化的基础上进行微合金化，降低对韧性和焊接性能影响最大的碳含量，且在较低的碳含量情况下仍具有较高的强度，以及优良的综合性能。

表1 埋弧焊、焊条电弧焊、CO2气体保护焊的优缺点分析表

表2 优选焊接方法与传统焊接方法的对比

通过对母材性能、使用条件、焊接形式以及工作环境的综合分析，优选了焊接材料。采用LB-52U封底焊条进行手工电弧焊打底，能够完全满足焊缝的性能要求，且具有单面焊背面成型好、操作灵活等优点。因此，建造采用其进行封底焊接。TWE-711Ni为490MPa级高强度钢用气体保护药芯焊丝，除力学性能等满足要求外，在焊接时采用直流反接，还具有穿透深、全位置焊接作业性佳、烟尘量少、弧光柔和稳定、焊渣薄而易除、X光检测性能优良、可用于要求冲击性较好结构全位置焊接及立角焊的焊接等优点，因此采用TWE-711Ni作为吊点焊道盖面填充材料完全能够满足吊点所需拉伸应力和剪切应力等使用要求。JW-1焊丝配合烧结铝钛型焊剂F4A2（SJ101）进行埋弧焊接作业和使用CHE58-1进行手工焊接作业的方式已经在很多工程中进行了成功应用，二者的匹配关系可以满足本项目的要求。

2.3 工艺措施

为了保证焊缝质量，尽可能减少焊接缺陷，本项目在焊接施工过程中主要采取了如下的措施：

（1）焊前预热、焊后缓冷。D36、E36钢均属于低合金高强度钢，低温焊接脆裂倾向大。在项目建造的低温环境下，按照焊接工艺规程要求焊前对焊接区域缓慢、均匀预热，并采用测温枪、测温笔等工具控制预热温度，大大降低焊后冷却速度，减少淬硬组织，减小焊接应力，有效地降低了焊接裂纹产生概率。焊后采用保温、缓冷措施，有效减少了扩散氢的产生，降低了冷裂倾向。

（2）连续焊接作业。对于滑道梁、吊点等重要结构的长焊道，尽量保证焊接作业连续性，这样既降低了因焊接作业间歇造成的不均匀加热和冷却而产生的内应力，又减少了因断续焊接焊后骤冷而产生的焊接缺陷，还减少了反复预热造成的工时浪费。

（3）熔池的保护。现场焊接作业中尽量采用平焊、立焊位置，避免横焊和仰脸位置焊接，为焊缝的成型提供了有力的保障。采用药芯CO2焊接，在施焊过程中，除药芯焊丝燃烧时产生的大量气体和熔渣进行自保护外，同时还采用了CO2作为保护气体进行保护，有效降低了焊缝的氧化程度，大大提高了焊缝机械性能和成型质量，并降低了氢致裂纹出现的概率。

（4）焊接作业区域防护。焊接作业时，采取挡风板、遮雨蓬等防风、防雨措施，对焊接区域进行重点保护。

焊后无损检测结果证明吊点焊接接头没有产生诸如层状撕裂、冷裂纹、密集气孔等焊接缺陷，以上工艺措施可以满足工程需要。

3 生产过程管理

面对严峻的施工条件和工期要求，COSL东海模块钻机项目组在生产组织管理方面进行了一些调整，采用了一些新的管理措施，包括合理整合资源、人员优化集成、优选施工工艺、采取反造正和、厂房内施工等，做到中间产品成品化，人员两班倒施工，充分利用了船厂吊车的吊装翻身能力，另外对设备、材料采办和建造计划的实施都设专人跟踪。

通过以上管理措施实现了43天完成首个模块—RLQ模块封顶；71天完成全部模块封顶，102天完成各模块结构整体交验，历时111天完成了陆地施工的奇迹。

4 结 论

COSL东海模块钻机项目采用以埋弧自动焊、药芯二氧化碳气体保护焊为主，以手工电弧焊为辅的焊接作业方式，取得了良好的收效，焊接接头均完好无缺陷，生产过程的调整和管理措施保证了工程的顺利进行和按期完成。

[1]钱在中.焊接技术手册[M].太原：山西科学技术出版社，1999.

[2]周玉生.电弧焊[M].北京：机械工业出版社，1994.

[3]雷世明.焊接方法与设备[M].北京：机械工业出版社，1999.

[4]邹增大.焊接材料、工艺及设备[M].北京：化学工业出版社，2001.

[5]曾乐.现代焊接技术手册[M].上海：上海科学技术出版社，1993.

Project duration of the East China Sea module drilling rig structure construction is only 40%of the normal cycle in COSL, so it is a problem we cannot ignore to guarantee the project quality under the strict time condition and natural condition.Then optimized welding technology is determined based on the research on the welding construction technology at main worksites.This provides technology guarantee for accomplishing the task on schedule.

drilling rig structure construction;welding technology;project management

刘立军（1970-），男，1992年毕业于西安石油大学焊接设备与工艺专业，主要从事海洋模块钻机建造、设备采办和管理工作。

张箫铃

2011-12-22