深水半潛平臺上部組塊合攏主立柱預制精度控制

谷德虎、趙立君、李繼奎、宋濤、谷玉亮

(海洋石油工程（青島）有限公司山東青島 266520）

1 項目概況

該氣田位于瓊東南盆地北部海域，水深為1220m-1560m。該氣田的開發方案采用半潛式生產平臺（SEMI）方案，該生產平臺包括船體和船體承載的上部設施（見圖1），上部設施由上部組塊和生活樓組成。

圖1

該上部組塊，共有24根立柱，船體與上部組塊通過4根主立柱連接。上部組塊立柱的軸線位置見圖2，其中標記的四個點A2/A5/D2/D5為連接主立柱位置。

2 主立柱構成及要求

結構形式：主立柱由4段直管段和1段大小口接長而成，內部含有封板、加強環、加強板、擠壓定位承重塊（鑄鐵材質）。小口管段直徑1829mm，厚度80mm；大口管段直徑2600mm，厚度90mm。具體形式見圖3（以A2為例，其它立柱形式相同）。

圖3

精度要求：

2.1 周長

常規卷制管：卷制管外周長的誤差不超過1%或者12.7mm，兩者取小值。

對于與船體接觸的生產甲板主立柱（4處）：卷管內周長與理論值之間不能大于±6mm。

對于與船體接觸的生產甲板主立柱（4處）：沿圓周方向上任意一點的內徑與理論值之間不能大于±2mm。

2.2 不圓度

常規卷制管：不圓度，即在鋼管長度方向上任意一點處的最大與最小外徑之差。對于壁厚大于50.8mm的鋼管，其不圓度與壁厚的的比不應超過1:8。對于直徑大于1220mm的鋼管，只要周長公差維持在±6.4mm以內，則其最大不圓度允許達到12.7mm。

對于與船體接觸的生產甲板立柱（4處）：最大內徑與最小內徑之間的差（即不圓度）不能超過6mm。

2.3 直線度

常規卷制管：在任意3m長管段上，直線度偏差不能超過3mm；在任意12m長管段上，直線度偏差不能超過10mm；在12m長度以上的管段上，直線度偏差不能超過12mm。

對于與船體接觸的生產甲板立柱（4處）：直線度6mm以內。

3 精度控制方法

3.1 預制順序

通過對立柱整體結構的分析，制定了最優的防變形預流程。與船體連接的主立柱預制順序依次按照下料--卷制--縱縫焊接—內部構件安裝—局部管段接長—內部構件安裝—整體管段接長--安裝封堵板的順序進行，即首先完成主立柱的卷制、焊接工作，滿足項目公差要求后焊接第一道加強板及擠壓定位承重塊（處于組塊與平臺連接處管段的內部構件），然后加工坡口，后續再進行接長等其它工序。此預制順序使現場施工人員的作業空間最大化，并通過分段拆分預制方式，避免了多處受熱發生形變的情況。

主立柱A2 A5 D2 D5具體施工順序如下（以A2為例，其余相同）：

a. A2-1～5號段依次進行下料、卷制（大小口需壓制）、焊接縱縫，下料管段做特殊標記，便于全程跟蹤管控；

b. 安裝A2-4段內90mm厚的加強環板（立柱外圈加地掉控制，便于過程控制尺寸，內部加十字支撐，防止變形），然后安裝端口的擠壓定位承重塊構件（4塊）；

c. A2-4段機械加工切割端部坡口。（鑒于該項目對組塊與船體焊接位置的環口公差要求很高，傳統熱切割方式難以保證公差要求，易產生形變，組塊與船體連接處的環口需要進行機械加工（冷加工方式）制作坡口。）

d. A2-3與A2-4接長，接長完畢后安裝管段內剩余加強筋板；

e. A2-2/5/3/4整體接長；

f. 焊接A2-2管段封堵板。注意：封堵板單面焊接底側方向，即BOTTOM方向，焊道倒角圓滑，避免棱角，便于后續噴漆。

在施工全過程中，不能隨意焊接臨時結構，每一步的完成必須保證精度滿足，要嚴格監督檢驗，為后一道工序做鋪墊。

3.2 控制措施及要求

a.下料、卷制控制

該項目主結構均為S420的高強鋼材質，屈服強度高于以往項目DH36、S355等材質卷制硬度更強，板材下料延展率和以往更是大不相同。正常卷制材料按照中徑排版，實際下料要刨除材料延展長度，不同材質的管段，規格不同，延展長度也不同，延展率缺失，對卷制精度影響極大[1]。通過對前期相近規格管段下料的摸索，推斷出此四根主立柱的延展率，并以此延展率為基礎，大、小徑管段各下料一段進行延展率求證、精確，最終確定如下：

名稱 管徑 板厚 展長 減量 實長立柱 1829 80 5494.6 14.6 5480立柱 2600 90 7885.4 18.4 7867

卷制過程中，全程通過紅外測距儀以及人工測量進行管材成形的調整，保證滿足精度要求。

b.焊接要求

在焊接過程中，鋼材最低預熱溫度（環境溫度≥0℃時）應滿足如下要求：

Base metal鋼材 T＜38mm 38mm≤T≤50mm T＞50mm S420，S355-S420 50℃ 110℃

(1) 如果環境溫度低于0℃，預熱溫度應在批準的WPS規定的溫度基礎上提高20-30℃，且應采取有效的防風、雪措施。所有的焊接接頭焊接完成后應采取保溫棉或電加熱等有效的保溫措緩冷措施。

(2) 對于圖紙規定的關鍵結構、高拘束度的構件如焊道集中部件及返修焊接的情況，無論環境溫度是否低于0℃，預熱溫度應在批準的WPS規定的最低溫度基礎上提高40-50℃。

(3) 對于重要節點、高拘束度的構件、母材厚度超過38mm時，需采用電阻加熱；并且在施焊側的背面進行預熱以及測量溫度。

(4) 施工過程中應對藥芯焊絲進行有效保護及防止受潮；未用完的焊絲應存放于焊材房內并用塑料或紙包裝包裹；未存放于干燥場所并且未被下個班次使用的焊絲不允許第二天繼續使用。

(5) 采用雙面焊接，在焊接時宜采用對稱的施焊順序以控制焊接變形。

(6) 焊接過程應保持連續，不允許焊接中斷；T＞50mm的焊接接頭，層間溫度≤200℃。

(7) 如采用碳弧氣刨，則氣刨完成后應進行打磨處理，徹底清除殘余滲碳層，進而避免淬硬組織出現。

c.關鍵結構：擠壓定位承重塊（鑄鐵材質）的施工

立柱的內部結構主要分布在第4段上，且第四段為下部平臺與組塊的連接部分，保證第4段管段環口公差是關鍵。擠壓定位承重塊（鑄鐵材質）的具體操作如下：

(1) 在距離立柱A2-4管段底端環口150mm處，外側制作環形工裝，與立柱點焊固定后再進行擠壓定位承重塊的焊接工作。工裝尺寸為40mm厚×200mm寬，以此保證組塊與船體焊接位置的環口公差要求，減小擠壓定位承重塊焊接時對環口公差的影響。

(2) 擠壓定位承重塊的施工采用機械加工預制坡口，最終焊接完成后需要對與船體部分連接側的焊縫進行打磨圓滑處理，焊后打磨形狀保持與原擋塊形狀一致，避免出現棱角造成合攏接觸時卡位。

(3) 擠壓定位承重塊組對前，測量立柱內徑，找到尺寸均等的位置，在0°、90°、180°、270°四點進行擠壓定位承重塊的組對，并在外側打好樣沖點。

(4) 擠壓定位承重塊為鑄鐵材質，焊接施工依據對應批準的WPS，PJP半熔透接頭可直接使用焊絲DW-A55L進行焊接，保護氣體為Ar+CO2混合氣（80%/20%）；

① 考慮到項目對尺寸、精度要求較高，焊接預熱Tp≥110℃，層間溫度Ti≤250℃，110℃＜焊接過程溫度≤250℃，且要求對立柱環向方向整體加熱，減少溫度梯度控制焊接變形。

② 結合實際工況，對稱焊接，不可焊接中斷，焊接接頭的起弧點與熄弧點不可在同一位置。

③ 坡口兩側打磨鐵銹、油污等，焊材防潮；過程中防風；注意焊道與焊道間的清理、層與層之間的清理（熔渣、飛濺等）；

④ 焊后采取緩冷措施。

(5) 記錄與測量以下數據，并做好存檔，后續需根據這些信息確定船體上就位插尖是否需要調整及可能的調整量。

① 焊接前，測量擠壓定位承重塊安裝位置的立柱內徑；

② 記錄各擠壓定位承重塊所處的腿柱、方位（擠壓定位承重塊相對于立柱的位置），并將每一塊擠壓定位承重塊做好編號；

③ 完成焊接后準確測量擠壓定位承重塊的高度（，測量立柱底端到擠壓定位承重塊底端距離；

④ 所有相對位置的擠壓定位承重塊間斜面的間距，高低點都測量，且各取3個點，如下圖4標識的6個點，上下兩排（具體距離可根據現場情況可調，左右距離中線各200mm。

圖4

通過全流程的施工控制，最終形成了一套控制方法，上部組塊與船體頂端連接處的主立柱精度要求達到了預期效果，保證了項目的順利施工。

4 結語

本文通過某氣田開發工程項目，介紹了半潛式平臺合攏對接主立柱的結構形式、要求及預制流程，重點描述了主立柱預制順序、下料控制、焊接要求及關鍵點施工措施，總結了一種適用于深水半潛平臺上部組塊合攏主立柱高精度建造要求的控制方法，對平臺整體順利合攏奠定了基礎，對于后續類似的施工內容具有一定的指導意義。