自升式钻井平台桩腿接桩工艺方案及其实施要点

侯文辉，周 旭，李红艳，柴俊义

(太重(天津)滨海重型机械有限公司海工装备分公司 天津300460)1234 ,1234

0 引 言

随着全球对能源需求的日益扩大，海洋成为世界各国获取资源的新焦点，海洋资源开采已经成为世界各国能源战略发展方向。自升式钻井平台是海洋油气开发的重要设备之一，太重(天津)滨海重型机械有限公司研发制造的 TZ400自升式钻井平台是太重第一台海工装备产品，是太重集团实施“蓝海战略”，实现转型升级发展的标志产品，适用最大工作水深400英尺(121.92m)，钻机能力 9000m，型长 73m，型宽 72m，型深 9.5m，重量约 15000t，是进行海上石油天然气勘探开发作业的钢质非自航自升式钻井平台(图1)，具备深井探井和大位移丛式井/水平井钻井功能和试油辅助功能。

自升式钻井平台的显著特点是带有能够自由升降的桩腿，站立和作业时桩腿下伸至海底，站立在海床上，使船体底部距离海面留有一定气隙。桩腿是自升式钻井平台站立、工作、风暴自存等工况下保证平台安全的关键组成部分，因此，其建造和合拢安装精度对整个平台起着关键作用。

图1 TZ400自升式钻井平台Fig.1 TZ400 jack up drilling platform

1 TZ400钻井平台桩腿简介

TZ400钻井平台有3条桩腿，分别布置于平台艏部，艉部左、右舷，桩腿为三角桁架式结构，单条桩腿共分 8节，总长度 164m(连桩靴高度为 167m)，单条桩腿总重量约 1231t，桩腿三角截面边长为13.6m；桩腿齿条板材质 A517，弦管材质 X80，桩腿合拢分为桩腿与桩靴合拢，桩腿与桩腿合拢，施工地点分为船台接桩和平台下水后接桩。桩腿平面布置及长度分段设置如图2所示。

图2 桩腿平面布置及长度分段设置图Fig.2 Layout and length of pile legs

桩腿接桩作业高度高，重量大，吊装设备能力要求高，吊装作业次数多，费用高，风险大，接桩方案要求合理、安全、经济；桩腿合拢焊接质量要求高，桩腿齿条板和半圆板材质为 A517，碳当量高，热影响淬硬性大，冷裂纹敏感性大，焊接时易出现焊接缺陷；合拢精度(尤其是桩腿直线度)要求高，齿条板厚度177.8mm，窗户板厚度 82.5mm 均要求全熔，焊接工程量大，易产生焊接变形。

2 接桩工艺流程

桩腿合拢接桩工艺流程见图3。

图3 工艺流程Fig.3 Technological process

桩腿按生产设计分为8个分段，接桩即将此8个桩腿分段依次接长并焊接，本项目为太重首台套制造，必须有经船级社审批的焊接工艺规程(WPS)，桩腿接桩主要一部分就是桩腿的吊装方案，由于场地吊机能力有限，平台分为在船台接桩和下水后接桩。桩腿分段建造完成后，依次进行船台接桩、平台下水后接桩。

2.1 吊装方案简介

由于接桩高度达百米以上，无法在船台完成全部桩腿接桩，根据公司现有吊装设备进行船台接桩，平台下水后再选择其他起重设备，平台下水后接桩高度达到147m，如图4所示。

图4 平台下水后的接桩高度Fig.4 Pile height after launching of platform

通过几种方案对比，确定在船台部分桩腿选用自有门机和履带式起重机进行对接，平台下水后选用履带式起重机和浮船起重机进行吊装。此方案优点是:平台一次插桩固定后，无需移动和转向；可在船台进行桩腿预合拢，这样可以减少吊装次数，缩短施工时间。

2.2 接桩流程简介

由于浮吊起重能力较大，可一次吊装两节桩腿，可适当在船台进行桩腿预合拢，减少浮吊使用次数、缩短作业周期和避免作业人员窝工，提高施工作业经济性。

2.3 接桩焊接工艺简介

TZ400自升式钻井平台桩腿合拢处焊接主要有齿条板、窗户板、支撑管焊接。其结构如图5所示。

图5 结构示意图Fig.5 Schematic diagram of structure

齿条板宽度 838.2mm，厚度 177.8mm，材质ASTM A517，为低合金高强度调质钢，拥有优良的综合力学性能，其化学成分和力学性能分别见表1、2。

由于齿条板含 C、S、P量较低，其产生热裂纹的倾向小，经调质处理后获得良好的强度和韧性，同时在焊接热影响区有较大的淬硬倾向，易出现脆硬组织。另外齿条板厚度大，焊接时易产生较大的焊接应力，加之焊接接头中氢的存在，导致齿条板焊接有较大的冷裂纹敏感性。针对上述问题，与天津大学合作制定桩腿焊接工艺评定(WPQR)，并经中国船级社(CCS)正式批准，用以指导桩腿焊接，根据海工现场实际施工条件编制了各阶段焊接工艺规程(WPS)，涵盖了桩腿建造、合拢的全部施工过程。对于此类重要钢结构，理论上不允许补焊，因此在焊接过程中，各种工艺参数严格按 WPS执行，其中重点控制焊前预热、层间温度控制、焊接速度、焊后保温等焊接工艺参数。

表1 ASTM A517 GRQ化学成分Tab.1 ASTM A517 GRQ chemical component

表2 ASTM A517 GRQ力学性能Tab.2 ASTM A517 GRQ mechanical component

2.4 接桩精度控制简介

桩腿齿条与升降锁紧系统中齿轮啮合，桩腿的建造和合拢精度直接影响着整个平台的升降。针对焊接应力大，易产生变形，对桩腿精度提出了很高的要求，同时精度控制项目多，涉及到桩腿与桩靴、桩腿与固桩架、桩腿与桩腿的合拢精度。

接桩精度控制的前提是桩腿建造精度的严格控制，因此接桩前需对桩腿分段进行尺寸复测，接桩精度主要指桩腿与桩靴合拢、桩腿与桩腿合拢，精度控制项目见表3。

表3 接桩精度控制项目Tab.3 Accuracy of spud leg lengthening

3 结 语

桩腿接桩施工是钻井平台建造中重要的一环，对安全、焊接质量、精度都有很高的要求，接桩方案选择需要从安全、可行、经济各方面考虑，对于桩腿焊接，需加强焊接工艺和精度的过程控制。目前接桩施工已全部完成，达到了各项预定目标，本项任务的完成是钻井平台成功建造的一个重要节点。