浅谈自升式移动平台建造技术

浅谈自升式移动平台建造技术

李耀明焦庆王华斌陈军

（中石化胜利油建工程有限公司）

摘要：简要说明自升式移动平台主要组成结构，并对海上平台的分类及其发展历程进行了简单的介绍，对自升式移动平台建造流程进行论述，指出自升式移动平台建造中的重点、难点，从平台主体建造技术、升降系统建造技术、尺寸精度控制技术、平台下水技术等方面进行了分析讨论，并进行了简单的对比分析。

关键词：自升式移动平台；平台主体建造技术；升降系统建造技术；尺寸精度控制技术；平台下水技术

1、引言

自升式移动平台主要由平台结构、桩腿、升降机构、钻/修井等装置设备（包括动力设备和其中设备）以及生活楼（包括直升机平台）等组成。平台在工作时用升降机构将平台举升到海面以上，避免受海浪冲击，依靠桩腿的支撑站立在海底进行作业。完成作业任务后，降下平台到海面，拔起桩腿并将其升至拖航位置，即可拖航到下一个井位作业。

世界上第一艘自升式钻井平台“天蝎号”生产于20世纪50年代，是一艘三腿自升式钻井平台[1]。我国第一艘自升式钻井平台“渤海一号”于1967年由708所完成设计，1972年在大连造船厂建成交船，是一艘四腿式液压油缸插销式升降平台，开创了我国自升式钻井平台的先例。

海上平台分为移动式平台和固定式平台两类。其中，座底式平台、自升式移动平台、半潜式平台、钻井船是4种主要的海上移动式平台，历经半个多世纪的发展，自升式移动平台已占海上主要4种平台总数量的60%[2]。

自升式移动平台在海洋能源勘探、开发过程中占有重要地位，自1970年至今，国内建造完成多艘自升式移动平台，建造技术已经日趋成熟；有国内外多个平台、船体的建造经验，在自升式移动平台建造领域，中国的总体技术水平已经达到世界先进水平[3]。

2、自升式移动平台建造流程

现代建造模式是将平台建造作为一个系统工程，以最科学的方法，在时间和空间上，

对各种生产要素实现最佳配置和优化，达到消耗少、速度快的建造目的。根据专业组成，将其分为结构、轮机、电气、通风及舾装等专业，其中，平台结构是其它各个专业的载体，贯穿于整个建造工程。在建造前期，要做到生产设计的深化、材料及设备采购的高效化；在建造阶段，要从可操作性、经济性、安全性等方面对施工方案进行优化，生产管理要做到统一协调、经济高效；在竣工阶段，要保证资料的完整化、标准化。通过不断协调各工序、各专业的建造顺序、进度，在动态的、发展的过程中寻求最佳的建造流程。

自升式移动平台常规的建造流程依次为下料、结构构件及分片预制、分段组装、舾装件及设备安装、涂装、船台合拢、密性试验、下水、码头舾装及后续试验。平台主体建造、升降系统建造、平台下水方式、平台重量控制等是建造重点、难点，要做到严格把关、精细控制，确保自升式移动平台的建造质量。

3、自升式移动平台的建造技术[4]

从20世纪50年代，第一艘自升式移动平台建造开始，历经半个多世纪的发展，随着科技、经济水平的不断提高，自升式移动平台的建造技术不断突破创新，从最开始的平铺、顺序建造，到现今的模块[5]、数字化建造[6]，在建造速度、建造质量、建造精度、成本控制等方面实现了跨越式的发展。今时今日，模块化、数字化建造的理念已经普遍应用到了各种类型的海洋工程设备建造领域中。

自升式移动平台建造过程中的平台主体建造、升降系统建造、尺寸精度控制、平台下水是建造过程的几大控制点，现针对以上几个控制点进行建造技术的分析说明。

3.1平台主体建造技术

自升式移动平台的主体结构一般为多边形箱体结构，组装成一个箱型结构体可以有多种方式，可以从下至上、从内向外分片依次组拼成一个箱体；也可以由多个小模块组装成一个箱体，就有了两种不同的平台主体建造技术：“分片预制法”、“分段预制法”。

3.1.1、分片预制法

早期，平台主体建造多采用“分片预制”的方法，按照平台主体结构形式，依次进行平台外底板分片拼板、焊接——分片构件安装、焊接——外底板分片合拢——内底板安装、焊接——横、纵舱壁安装、焊接——舷侧板安装、焊接——甲板安装、焊接，完成平台主体建造。

采用分片预制方法，每一道工序依次顺序进行，无法多道工序并序开展，只有等相关结构区域建造完成，后续的轮机、电气、通风等专业施工才能开展；交叉作业频繁，受施工空间限制，作业面难以铺开；延长了平台建造预制周期，导致占用船坞周期长、占用场地大，限制了多项工程的同步开展。

优点是分片重量相对较轻，可以采用小型吊装机械进行吊装作业，降低机械成本；

同时，分片预制方法可以直接对平台整体建造尺寸精度进行测量，有利于总体尺寸精度的控制，降低质量风险；在切割余量方面，可以减小预留量，降低部分材料损耗；在材料使用方面，平台主体综合套料，进行整体平衡、优化，有利于材料利用率的提高。

3.1.2、分段预制法

分段预制法最早兴起于20世纪70年代，以“壳、舾、涂”一体化为建造方针，对平台主体进行分段，划分成多个模块，依次进行分片预制、焊接——分段组装、焊接——分段舾装、涂装——平台合拢，完成平台主体建造。

采用分段预制法，按照“壳、舾、涂”一体化的要求，将自升式移动平台结构分成主船体部分、生活楼部分、悬臂梁部分、桩腿、固桩结构及井架部分；在分段预制阶段，将该分段的铁舾装件、管舾装件、电气焊接件等尽可能的全部安装上去，并完成分段涂装，提高分段预舾装率。

优点是可以多个分段模块、多个专业同步并序展开建造，大大缩短预制周期，减少占用船坞周期，拓宽工作面，降低风险；分段集中吊装合拢，减少大型吊装机械使用时间，从而控制机械费用；通过托盘化管理分段套料，避免材料混用、乱用，减少材料浪费。但在分段预制过程中，无法直接测量平台整体尺寸，对分段建造对工艺精度和管理体系有着相当高的要求，否则分段的合拢精度和工艺流程就不能得到保证。

3.2升降系统建造技术

自升式移动平台升降系统主要由桩腿、桩靴、围阱区、固桩结构、升降装置及控制系统组成。

3.2.1、桩腿建造技术[7]

桩腿的结构形式一般有两种，一种为壳体式、一种为桁架式。按照桩腿截面形式，壳体式桩腿有圆形和方形；桁架式桩腿有三边形和四边形。但无论是哪种形式的桩腿，它的建造和安装是建造自升式移动平台最重要也是最困难的工作。

桩腿是大型钢结构件，一般长度尺寸较大，多采用“分段预制、对接合拢”的方案进行建造。平台桩靴尺寸、主体型深、固桩结构高度、舾装码头水深等诸多因素直接影响着桩腿的分段划分，需综合考虑，确定分段划分方案。

桩腿的结构材料为高强度钢，特别是齿条，多为合金钢，焊接难度较大，对焊接工艺评定、焊接过程控制管理、焊接顺序及温度控制等方面有着严格控制[8]。在桩腿建造开工前，对桩腿结构钢材、齿条、座板或弦管等结构材料进行焊接工艺评定试验，制定WPS，确定相关焊接参数、焊接方法，作为后续焊接作业的指导；制定焊接管理制定，焊接工人要培训、考试上岗，对焊接材料进行规范化管理等；严格控制焊接顺序及焊接温度，要针对结构形式、焊接方式、焊接材料的性能制定合理的焊接顺序及温度控制措施。

虽然桩腿为大型钢结构，焊接会产生较大的应力及变形，但建造精度要求达到机械