劉 沖

(上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院， 上海 200030)

0 引 言

隨著科技進(jìn)步以及對海洋油氣資源的開發(fā)勘探，石油工業(yè)的重心從陸地向海洋轉(zhuǎn)移，且近些年逐步從淺海到深海擴(kuò)張。開采環(huán)境的變化帶動(dòng)石油鉆采設(shè)備的變革，傳統(tǒng)的陸地鉆井設(shè)備不再滿足海洋油氣的開發(fā)。作為海上油氣勘探開發(fā)必不可少的手段，從適應(yīng)于淺海作業(yè)的固定鉆井平臺(tái)和自升式鉆井平臺(tái)，到滿足深水及超深水油氣開發(fā)需求的半潛式鉆井平臺(tái)和鉆井船，海洋鉆井裝備在形式、性能等各方面不斷取得進(jìn)步。

鉆井井架作為鉆井裝備的重要組成部分，主要功能是用于安放天車，懸掛游車、大鉤及吊鉗等專用工具，在鉆井過程中進(jìn)行起下鉆、下套管操作，在起下鉆過程中用以存放立管。按照井架的整體結(jié)構(gòu)形狀可將井架劃分為塔形井架、A形井架、伸縮井架、桅形井架[1]等。

由于海上鉆井作業(yè)的復(fù)雜條件和惡劣環(huán)境，海洋鉆井井架需具備高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性、良好的司鉆視野等特點(diǎn)，其中塔型井架的應(yīng)用范圍較廣。塔型井架是橫截面為正方形或矩形的四棱錐形空間桁架結(jié)構(gòu)，通過螺栓將各個(gè)單根構(gòu)建進(jìn)行連接而成。其優(yōu)勢為整體空間封閉，具有較高的穩(wěn)定性和承載力，內(nèi)部空間大，司鉆方便；其劣勢為構(gòu)架的拼裝與拆裝工作量大，高空作業(yè)多[2]。

受場地資源、作業(yè)環(huán)境、施工周期和施工成本等因素影響，鉆井井架的分段拼裝和整體吊裝工作是一項(xiàng)復(fù)雜的工程。以SH船廠建造的鉆井船井架現(xiàn)場拼裝和吊裝施工工作為例，對井架施工的生產(chǎn)策劃和工藝要點(diǎn)進(jìn)行研究。

1 生產(chǎn)策劃

鉆井船井架高為55 m，最大靜鉤載為900 t，底部外形尺寸為15 m×14 m，頂部外形尺寸為5 m×5 m，結(jié)構(gòu)質(zhì)量約400 t，陸地上的移動(dòng)采用龍門行車移動(dòng)，整體吊裝上船采用浮吊。

井架供貨商將驗(yàn)收合格的井架拆卸后，根據(jù)工藝要求對構(gòu)架編號(hào)并裝箱通過水路和陸路兩種方式運(yùn)輸至船廠，水路到達(dá)廠區(qū)碼頭后借助碼頭吊機(jī)和大型平板運(yùn)輸車轉(zhuǎn)運(yùn)至預(yù)定總裝區(qū)域?；緢龅匦枨鬄?塊20 m×30 m的區(qū)域，要求排水良好，地基承載比壓≥2.5 MPa的剛性地面作為井架模塊的裝配區(qū)域。在一塊場地上放置2 m×2 m，60 mm厚的鋼板作為井架安裝基礎(chǔ)板，在基礎(chǔ)板放置到位后，利用全站儀提前進(jìn)行精度檢測，確保井架安裝基面處在同一水平。在裝配場地旁劃定8 m×20 m的場地作為井架零件存放場地，并設(shè)置隔離措施，避免重要配件丟失。如有條件，則放置2只40尺(1英尺=0.304 8 m)集裝箱作為重要配件庫和工具間，并可作為臨時(shí)避風(fēng)雨場所。

結(jié)合船廠現(xiàn)有的場地和設(shè)備資源，井架安裝需要的主要工具設(shè)備有：2 500 t浮吊、600 t龍門吊、150 t門機(jī)、2臺(tái)10 t叉車、2臺(tái)汽車吊、水平測量儀、全站儀、井架支座安裝孔模板、開口支撐工裝、水泥墩等支撐工裝，以及電焊設(shè)備和千斤頂?shù)刃」ぞ摺?/p>

安裝團(tuán)隊(duì)人員為30人，其中領(lǐng)隊(duì)1人、安全員1人、結(jié)構(gòu)工程師1人、電氣工程師1人、液壓工程師1人、安裝組人員16人(含鉚接工、焊工各1人)、電工3人、材料員2人、吊車工3人、叉車工1人。領(lǐng)隊(duì)負(fù)責(zé)項(xiàng)目整體進(jìn)度，并在每天班前會(huì)布置當(dāng)天工作，班后會(huì)進(jìn)行工作進(jìn)度總結(jié)和工作協(xié)調(diào)；安全員對每日現(xiàn)場作業(yè)的安全、環(huán)保、質(zhì)量狀況進(jìn)行檢查記錄，并排除生產(chǎn)過程中的安全隱患。

2 工作概述

井架安裝的主要工作包含：井架主結(jié)構(gòu)裝配，可調(diào)節(jié)指梁及氣控箱安裝，排管機(jī)上軌道裝配，鷹爪機(jī)導(dǎo)軌總成，空氣管線、固井管線、泥漿管線總成，梯子平臺(tái)、逃生平臺(tái)總成，電纜橋架裝機(jī)電纜敷設(shè)，燈具/攝像頭及附件等的安裝，以及螺栓的扭矩檢驗(yàn)。從人員進(jìn)場開展片體拼裝施工至井架總裝完工起吊上船的施工周期約為75 d，以3月15日開工為起始，則井架下段合圍時(shí)間為4月5日，井架中段合圍時(shí)間為4月15日，井架上段合圍時(shí)間為4月25日，井架整體吊裝上船時(shí)間為5月31日。施工計(jì)劃如表1所示。

表1 井架工作概述

3 施工要點(diǎn)

鉆井船井架安裝具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量大、附件管線多、高空作業(yè)等3方面的特性，可按照“片體地面制作，模塊分段吊裝”的施工方案組織生產(chǎn)。含天車的井架可分成4大模塊：井架下段、井架中段、井架上段和天車，如圖1所示。每個(gè)模塊片體的制作裝配均在地面上完成，之后逐次起吊連接。這樣可將大量的高空作業(yè)轉(zhuǎn)換為平地作業(yè)，同時(shí)4個(gè)模塊可同時(shí)組織生產(chǎn)，既降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)安全性，又可提高施工效率，壓縮施工周期[3]。

圖1 井架4個(gè)模塊示例

3.1 片體制作

4個(gè)模塊在進(jìn)行片體制作時(shí)，選擇船體左右舷兩側(cè)的井架面作為片體制作的基礎(chǔ)面，這兩側(cè)的結(jié)構(gòu)對稱，且沒有開口，具有較好的穩(wěn)定性。在開始制作后，按照井架支腿、主要水平梁、主要斜拉梁、次要水平梁、次要斜拉梁從大到小的順序進(jìn)行零件水平組裝。在初步組裝階段，螺栓無需擰緊。在片體組裝完成后，進(jìn)行水平度和外形尺寸的測量，糾正偏差。在精度數(shù)據(jù)控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)后，進(jìn)行螺栓緊固工作。

在所有銷軸裝配中，在裝入銷孔前都必須在其配合表面均勻涂抹適量的潤滑油；在所有螺栓螺母裝配中，須在螺柱的螺紋表面涂抹一層規(guī)定的潤滑油。在裝配中，檢查所有銷軸、螺栓、螺母表面的質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)裂紋、變形、傷痕、麻坑等缺陷，須立即剔除，禁止使用。螺栓的緊固扭矩如表2所示。

表2 螺栓緊固扭矩

3.2 分段裝配

井架附件安裝：在井架上、中、下3段合圍后，進(jìn)行走道、斜梯、平臺(tái)、欄桿的安裝，須嚴(yán)格按照附件裝配圖完成施工，不得漏裝、錯(cuò)裝。

在現(xiàn)場進(jìn)行可調(diào)節(jié)指梁預(yù)裝配后，進(jìn)行整體吊裝并與井架下段裝配。指梁單元的起吊信息如圖2所示，指梁上的風(fēng)動(dòng)絞車和拖曳裝置分別起吊并與井架裝配。

圖2 指梁單元起吊信息

井架下段需完成頂驅(qū)導(dǎo)軌的裝配定位，以及位于井架框架外部的放空管線的裝配定位。吊裝完成高壓管匯總成，包含固井立管管匯、泥漿立管管匯、高壓管匯、泥漿高壓管線，并完成預(yù)留焊縫的配焊工作。吊裝完成大鉗平衡重、吊鉗滑輪、鷹爪機(jī)導(dǎo)軌、排管機(jī)上部導(dǎo)軌的吊裝。

在井架中段與井架上段合龍前，須在兩段模塊的上斷面搭設(shè)滿足承重200 kg的腳手架站人平臺(tái)，用于模塊間合龍過程中所需進(jìn)行的定位配合，并為進(jìn)行合龍位置管線的施工創(chuàng)造條件。

當(dāng)天車模塊在低位時(shí)，在4個(gè)面確定中心并貼上水平校對標(biāo)尺，零點(diǎn)為天車中心。天車模塊質(zhì)量為97 t，利用龍門吊將天車起吊，與坐在地面上的井架上段進(jìn)行連接，用2根長度為600 mm的導(dǎo)向銷引導(dǎo)天車與井架的合龍工作，擰緊螺栓并完成扭矩校驗(yàn)。同樣完成井架上段的頂驅(qū)導(dǎo)軌、放空管線、泥漿高壓空氣管線、走臺(tái)、死繩導(dǎo)向滑輪等附件的裝配工作[4]。

3.3 井架整吊

井架完成合龍后不可急于移動(dòng)井架，需對照系統(tǒng)圖紙將管系安裝完整，因其工作量大、工序復(fù)雜，且為高空作業(yè)，故需在地面上盡可能完成，避免井架整吊上船后的施工。對于無法完成的工作，需記錄工作延誤的原因，如物資未到貨、缺少工具、其他專業(yè)工作影響等，并注明后續(xù)工作轉(zhuǎn)交給哪個(gè)作業(yè)區(qū)完成、變更后的計(jì)劃等。

腳手架的拆除是一項(xiàng)重點(diǎn)工作，此項(xiàng)作業(yè)危險(xiǎn)性高，人員須正確佩戴勞防用品，腳手架高掛低用，高空作業(yè)須正確穿戴和使用安全繩，以保證人員安全。操作須遵守國際標(biāo)準(zhǔn)，決不允許有管件、扣件、螺絲、螺母、工具等失控下墜，以免造成人和物的傷害事故。腳手架拆除應(yīng)按照從高到低的順序拆除，利用吊車或絞車將拆除的材料吊至地面上轉(zhuǎn)移。

待井架施工完整性驗(yàn)收和安全、質(zhì)量、環(huán)保驗(yàn)收通過后，通過龍門吊將井架平移至船塢內(nèi)靠近塢門一側(cè)。用浮吊將井架吊離船塢，平穩(wěn)吊移至鉆井船井架支腿上方，如圖3所示。

圖3 井架整吊

穿入穩(wěn)釘，在井架大致位置正確后進(jìn)行下放，用油壓千斤頂進(jìn)行偏差調(diào)整，直至所有定位銷安裝到位，裝配支腿連接螺栓，直徑64 mm的螺栓緊固力矩為17 135 N·m。用全站儀調(diào)校天車與井架支腿、轉(zhuǎn)盤的同心度，要求偏差在20 mm內(nèi)。鉆臺(tái)面井架基座布置情況如圖4所示。

圖4 鉆臺(tái)面井架基座布置圖

經(jīng)過對井架整體分為4個(gè)模塊同步施工的方案實(shí)施，進(jìn)行建造全過程精度監(jiān)控，以及前期生產(chǎn)準(zhǔn)備和技術(shù)指導(dǎo)工作，井架從開始拼裝到完成整吊的實(shí)際工作周期為77 d，相較于同類別井架施工90 d的周期，有很大改進(jìn)。

在井架吊上船后需完成排管機(jī)、鷹爪機(jī)、游車、司鉆房、液壓站等的裝配工作，進(jìn)行油、氣、液管線的連接和試驗(yàn)工作，最終完成整機(jī)調(diào)試和整改工作。

4 結(jié)束語

海洋鉆井井架現(xiàn)場拼裝和安裝工作具有專業(yè)性強(qiáng)、工作量大、占用資源多等特點(diǎn)，各個(gè)船企在進(jìn)行海工建設(shè)的過程中，需要將井架作為一個(gè)重要工作進(jìn)行策劃：一方面將其建造進(jìn)度與整船的生產(chǎn)計(jì)劃相結(jié)合，在重大資源的占用時(shí)間上交錯(cuò)開來，規(guī)避資源瓶頸的出現(xiàn)；另一方面需組建專業(yè)且相對獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)，落實(shí)好各項(xiàng)物資的納期，保證井架的連續(xù)施工，例如天車等重要裝備基本為國外公司壟斷，這些重要裝備的到貨時(shí)間直接影響井架整體進(jìn)度。

另外，在重大節(jié)點(diǎn)的工藝方面，如井架分段裝配和整體吊裝，需在船舶開工前就進(jìn)行策劃，場地資源的選擇和起重設(shè)備的能力尤為關(guān)鍵，在重大工藝方向確定后，再制定具體實(shí)施的各項(xiàng)小工藝。

只有不斷地對已完成的工作進(jìn)行分析總結(jié)，從資源分配、工藝執(zhí)行情況反饋、安全與質(zhì)量管理提升等方面入手，才能不斷地縮短施工周期，形成具有造船廠特色的、成熟的井架施工方案。