海洋平台模块钻机结构建造工艺论述

中海油能源发展装备技术有限公司，天津300452

1 概述

海洋平台模块钻机是坐落在井口平台（WHP）顶甲板上完成钻井和修井作业的装备，由钻井设备模块（DES）、钻井支持模块（DSM）和散料存储罐（P-TANK）组成，设计寿命25年。

DES模块的结构部分主要由钻台、下移动底座和平台滑轨三部分组成。

DSM模块结构主要由4根主立柱、4根辅立柱支撑，为3层框架式结构。其由立柱底部的8根底座支撑安装在组块顶部甲板上，每层安装有不同的设备，用于支持钻井。

2 建造工艺

2.1 确定建造方案

模块钻机作为“机械装置”，它的建造方案的确定需要考虑详细设计图纸要求、施工成本及周期、结构尺寸及重量、结构特点及复杂程度、现场起重能力、现场加工制造能力、施工场地、场地承载力、装船的形式、调试的需要等，因此制定模块钻机总体建造方案是一项基础且关键的工作，不能在建造中途轻易变更建造方案，那将会是一件费力不讨好的工作。

确定方案的步骤如下：第一步，根据装船的方式、模块重量尺寸、场地承载力、施工周期确定钻机在建造现场摆放的位置。第二步，根据现场调试要求，确定DES、DSM模块的相对位置。为了保证调试，模块钻机尽量按照在组块上的相对位置进行布置，高度通过滑靴及垫块进行调整。第三步，根据设计图纸、结构的特点及复杂程度、现场起重能力、现场加工制造能力综合考虑确定DES和DSM的立片及安装方案。

2.2 绘制结构加工图纸

模块钻机结构加设图纸主要包括结构布置图、节点详图（编杆件号、节点号）、单件图、排版图、组合梁预制方案、立柱和拉筋的单件图、造管图等。

图纸绘制的难点主要在节点吊点位置的绘制、立柱拉紧造管图的绘制、环板单件图排版图的绘制，对于这些位置要尽可能详细，以方便工人理解，避免现场工人理解偏差发生下料错误，最终导致返工造成损失，进而影响进度。

加工设计要贴近工厂及现场的加工及建造水平，实时考察确定工厂设备的钢管卷制能力、型钢加工水平，本着降低成本的原则，按照工厂的设备生产能力排版、编制采办清单。

材料排版要兼顾通用和节省的原则，考虑在一定的加工损耗的前提下尽量采用通用规格尺寸的材料，避免定制产品增加采购成本及延长供货周期。

2.3 采办结构材料

结构材料采办的依据主要有请购单、标准规范及钢材采办招标文件。

采办招标文件中要详细描述采购清单以外的信息，包括供货周期、供货地点、标识要求、材质证书的要求及一些特殊或通用的要求。在采办评标过程中，需严格按照详细设计要求的材质性能进行考评，同时要考虑是否符合项目要求的交货期。

2.4 预制结构

模块钻机结构的主要采用的受力构件有热轧型钢材质SM490YB、高强度组合型钢及箱形梁材质DH36、卷制钢管DH36、环板DH36（带Z向性能）、厚钢板（DH36）。

模块钻机的钢结构的预制环节主要分为原材料领料出库、标识、预涂、划线下料、切割打磨、压头卷制、组对焊接、热处理、外观检验、无损检验、构件除锈防腐等。在各环节中要严格按施工程序、设计图纸及规范执行。

预制中关键工序有钢管卷制焊接、组合梁预制、钢管马鞍口切割、环板下料、拖拉点吊装点的焊接、热处理、导轨的预制及变形的控制。这些关键工序都需要编制相应的施工程序予以约束，在施工前严格进行施工技术交底。

2.5 建造DSM模块和DES模块结构

（1）建造DSM模块结构。在不考虑吊装能力限制的情况下，最佳的分片建造方案如下：一层水平片在总装位置预制，预制完成后，安装一层立柱拉筋、挡风墙，安装一层设备；安装二层水平片，继续安装二层立柱拉筋、挡风墙，安装二层设备；安装三层水平片；整体插立柱，最后安装测井平台、管子堆场等附件。如果吊机能力受到限制，可以考虑二层和三层分片预制进行吊装，但是施工效率会明显降低。这种方案的优点在于建造速度快、精度高、避免交叉施工，缺点在于主立柱安装过晚，部分房间不能过早交付。

（2）建造DES模块结构。根据DES模块结构的特点分片预制，DES模块结构各层从上至下分为钻台甲板面、钻台支腿、上滑道梁、上滑道梁甲板片、中层水平片、底层水平片，加上立面的XA轴、XB轴、1轴、2轴4个分片，共计分为10个部分。建造步骤如下：首先将完成建造的处于卧式的XA轴立起来，就位于滑靴上，就位后调整水平度及垂直度合格，底部同滑靴刚性固定，顶部通过4根可调节的斜拉的牵引钢丝绳固定，用于调节其垂直度；然后安装底部水平片，安装1轴、2轴、中部水平片，XB轴合拢，再安装上滑道梁甲板片，调平后安装上滑道梁，滑道梁检验合格安装钻台支腿并固定，吊装并固定钻台，最后安装其他附件。这种方案同立式建造的对比优点在于前期避免了大量的高空作业，不需要频繁搭拆脚手架、建造速度快、建造精度高、避免交叉施工。

2.6 模块钻机导轨的制作

模块钻机导轨由供整个DES横向滑移使用安装于组块甲板平台的上导轨和供钻台纵向滑移使用安装于滑道梁甲板层的上导轨两部分构成。相互垂直的导轨、钻台、下移动底座4部分共同构成了钻机滑移系统的结构基础。

导轨一般为2根通长的组合T形梁，T形梁上表面设置有步行孔，滑移油缸驱动棘抓深入步行孔，通过拖曳或者推拉驱动整个模块运动。为了保证钻机能够精准运动，采取的建造工艺如下：导轨翼缘板厚度的选择要高出设计10mm作为加工余量，首先进行导轨翼缘板及腹板的下料，下料后采用钢板压平机初步调整翼缘板的水平度满足需要，然后进行导轨组对焊接。组对焊接要求采用严格的防变形措施，通用的做法是增加临时支撑并将2根滑道梁背靠背刚性固定在一起。其需要严格按照先焊垂直筋板的竖向焊缝，再焊其横向焊缝，接着焊腹板与翼缘板的角焊缝，最后焊接水平筋板的工艺施焊。焊接完成经过检验确定合格后，打开临时固定，使用矫直机及火焰进行初步调平（火焰温度不允许超过500℃），确保上表面水平度误差在1mm以下后，再上铣床进行精加工（加工精度要求水平度偏差不超过0.2mm）。

模块钻机建造中的重难点除了上下滑轨的制作工艺，还有DES下底座支腿滑板的制作与安装工艺、DES钻台支腿滑板的制作工艺、DES下底座整体精度的控制工艺、DES上下滑轨的安装精度控制工艺、DSM整体插立柱工艺、DSM吊耳板及底座焊接施工工艺等。这些关键工艺，同样也是质量控制的关键，都需要采取具有针对性的施工工艺技术措施予以约束，并在施工前严格进行施工技术交底，从而保证建造精度及施工质量满足要求。

2.7 结构涂装

结构涂装要严格按照业主规格书及批准的涂装程序进行。所有结构材料在下料前应作防腐预处理，喷涂车间底漆。分片预制后，各个分片的涂装步骤因其结构特点和现场准备情况会有所不同。例如DES下移动座结构，属于敞开式结构，适合建成后整体喷砂涂装，省时省料；而DSM结构，外围壁以内是密闭的房间结构，若也采用整体喷砂涂装，因房间内不具备照明条件，会影响喷砂质量，且废砂的清理工作也很费时费力。因此，推荐各分片在预制完成后即进行喷砂涂装，吊装合拢后只需对焊道做局部补漆处理，避免了整体打砂，其他专业可立即进驻施工，从而能同时作业，节省工期。

2.8 结构吊装

吊装方案作为指导性文件用于吊装的施工组织、前期准备、吊装过程以及现场的安全控制等方面。影响吊装方案编制的因素有组装的深度（整体吊装、分片吊装）、结构片的形状和参数、就位难道、吊装平面布置、环境条件、地基耐力、吊装机械的性能、吊装机械的潜力、操作水平、吊装经验、作业难度、劳动强度、受力分析、经济分析、安全检查等，因此科学、合理的吊装方案必然是综合考虑了这些因素的影响结晶。对于非常规吊装作业、大型吊装作业（吊装吨位不小于40t）、双机联吊作业，编制的施工方案必须经过专家论证并报上级单位审批，并在吊装前严格检查吊装机械及操作人员证书、证件，检查安全限位等是否有效，同时对吊装场地提前进行隔离警戒。吊装前要严格完成吊装安全技术交底、吊装作业单审批、现场JSA风险分析，所有参与吊装的人员必须全部参与，保证分工明确，指令统一。吊装过程中要严格按照方案执行，如遇紧急情况，按照应急方案执行。

3 结束语

综上所述，模块钻机的结构建造工作在整台钻机的建造中有着基础性的作用，合理的结构建造工艺是打好基础的前提，也是综合费用、工期、质量、安全这些因素的考虑的最优集合，更是工程顺利完工、钻井设备平稳运行的保障。随着科学技术的进步，模块钻机的结构形式也在发生变化，相信还有许多工艺步骤可以进一步完善，还有很多细节可以进一步优化提高，这需要进一步探索总结。