自升式钻井平台悬臂梁制作工艺
摘 要摘 要悬臂梁作为自升式钻井平台的一个关键结构，承载着整个钻井装置的重量和钻井作业时产生的高变载荷并且悬臂还需要能够在悬臂梁基座上稳定地前后滑动。因此就对整个悬臂梁制作的强度和精度要求以及悬臂梁基座的建造、安装的强度和精度要求相对较高。悬臂梁主要由两根工字梁组成，依靠两边的马达驱动带动安装在悬臂梁两侧的齿条来实现悬臂梁的前后移动。悬臂梁通过与几个固定在甲板上的悬臂梁基座摩擦实现位移，为了减少摩擦一般在悬臂梁基座和悬臂梁之间加牛油。本课题针对自升式钻井平台本身对悬臂梁的高强度和高精度要求从工艺制作上围绕精度控制探讨悬臂梁胎架制作，切割下料，分段装配、焊接等工艺流程总结出一套合理的自升式钻井平台悬臂梁制作工艺。关键词：悬臂梁；工字梁；胎架制作；焊接；装配；精度控制目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 自升式钻井平台悬臂梁简介 2
1.2.1 自升式钻井平台悬臂梁国内外发展简介 2
1.2.2 自升式钻井平台悬臂梁结构类型简介 3
1.2.3 自升式钻井平台悬臂梁的作用 4
1.3 本文的研究目的与意义 4
1.4 本文的主要内容 5
第二章 自升式钻井平台悬臂梁基座安装工艺 6
2.1 悬臂梁基座的结构形式与制作要求 6
2.1.1 基座结构形式 6
2.1.2 基座的制作要求 7
2.2 悬臂梁基座的船台安装 8
2.3 本章小结 8
第三章 自升式钻井平台悬臂梁分段划分与胎架制作 9
3.1 悬臂梁分段划分 9
3.2 悬臂梁胎架制作 10
3.2.1 部件胎架的制作 11
3.3.2 片体胎架的制作 13
3.3.3 合拢胎架的制作 17
3.3 本章小结 20
第四章 自升式钻井平台悬臂梁分段装配与焊接 21
4.1 悬臂梁分段切割下料与精度控制 21
4.1.1 材料要求 21
4.1.2 下料加工要求 23
4.2 悬臂梁分段控制装配顺序 27
4.2.1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
2 片体胎架的制作 13
3.3.3 合拢胎架的制作 17
3.3 本章小结 20
第四章 自升式钻井平台悬臂梁分段装配与焊接 21
4.1 悬臂梁分段切割下料与精度控制 21
4.1.1 材料要求 21
4.1.2 下料加工要求 23
4.2 悬臂梁分段控制装配顺序 27
4.2.1 部件装配顺序 27
4.2.2 片体分段装配顺序 28
4.2.3 悬臂梁分段合拢吊装 28
4.3 悬臂梁分段焊接顺序与精度控制 31
4.3.1 分段焊接顺序 31
4.3.2 焊接精度控制 32
4.4 本章小结 33
结 论 34
致 谢 35
参考文献 36
绪论
1.1 引言
人类社会的正常运转离不开能源的支持，当前能源组成的种类有很多而其中石油天然气占据很大一部分比例。海洋油气资源的勘探开发，经历了从浅海到深海、从近海到远海的过程。在能源危机地刺激下以及不断发展的技术地支持下，海洋油气资源勘探与开发飞速发展，海洋石油开发迅速由浅海向深海挺进[1]。
在海洋油气资源的勘探开发的过程中，人们需要使用的各类装备统称为海洋工程装备。一般而言，海洋工程装备可分为钻井装备、采油装备和辅助配套装备。钻井装备可细分为钻井船、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、坐底式钻井平台等多种装备；自升式钻井平台作为海上四大移动式钻井装置之一，尤其在近海浅水区域的油气开发的应用非常广泛。自升式钻井平台属于海上移动式平台,由于其定位能力强和作业稳定性好并且其结构所用钢材少、造价低，因此在大陆架海域（浅海）的油气勘探开发中居重要地位。
下图是海洋油气资源开发流程与装备图：
图1－1：海洋油气资源开发流程与装备图
1.2 自升式钻井平台悬臂梁简介
1.2.1 自升式钻井平台悬臂梁国内外发展简介
自升式钻井平台（又称甲板升降式或桩腿式平台）是由水密箱型的平台主体、桩腿以及升降系统所组成的，平台主体能通过桩腿的升降机构升降。随着自升式平台设计技术水平的提高，其作业水深不断地增加。自升式钻井平台按照自身动力分类有自航、助航和非自航3种类型，大多数的自升式钻井平台本身不带动力属于非自航。自升式钻井平台在最初钻井工作的时候是没有装配悬臂梁的，钻井作业基本都是在平台甲板所覆盖到的有限的范围内进行。而悬臂梁模块的设计建造与应用大大地提升了自升式钻井平台的作业功能[6]。
自升式钻井平台是海上四大移动式钻井装置之一，1950年世界上第一座自升式钻井平台“DeLong 1”号建造完成，其适应水深大约为18 m（60 ft），由此揭开了自升式钻井平台发展的帷幕。此后自升式钻井平台的适应水深不断增加其功能也日趋完善。现在建造的大部分自升式钻井平台的适应水深已经达到122 m（400 ft）。2006年在大连船舶重工由中海油投资建造了我国第一艘适应水深约为122 m（400 ft）的带有悬臂梁的自升式钻井平台——“海洋石油941”号[2]，由此揭开了我国自升式自升式悬臂梁钻井平台的发展帷幕。目前在世界范围内已经建造完成的同一个类型的平台有：新加坡吉宝远东公司设计的KFELS Mod V A型和KFELS Mod VIG型以及美国Friede & Goldman公司设计的JU2000 增强型、美国Gusto MSC公司设计的MSC CJ50型[13]。
悬臂梁的设计与建造, 从某种程度上大大地提升了自升式钻井平台的作业功能。近几年, 自升式钻井平台已经从传统的纯勘探钻井逐步发展到勘探钻井和开发钻井一起进行。也正因为上述诸多因素, 新建以及待建的自升式钻井平台几乎都设计成带有悬臂梁式的钻井平台,甚至于有的正在服役的钻井平台也逐渐升级改造为带有悬臂梁的钻井平台[3]。图12是南通中远船务在建的带有悬臂梁的自升式钻井平台。
图1－2：带有悬臂梁的自升式钻井平台
1.2.2 自升式钻井平台悬臂梁结构类型简介
自升式钻井平台的钻台已经从早期的槽口式发展到当今的悬臂梁式，大大地提高了钻井的效率[9]。悬臂梁移动装置采用液压系统，能保证悬臂梁的纵向移动和底座上的钻台横向移动。悬臂梁一般分为3种类型即传统型悬臂梁和XY型悬臂梁以及旋转型悬臂梁。
（1）传统型悬臂梁
传统型悬臂梁的悬臂梁部分与钻台底座部分是分开的钻台的移动方式为悬臂梁外伸开始打纵向丛式井然后悬臂梁固定，钻台底座在悬臂梁上作左右的水平移动打水平丛式井即悬臂梁只是做纵向的移动。传统型悬臂梁由于其结构相对简单、造价低且满足钻井工作的条件从而被广泛应用。
（2）XY型悬臂梁
XY型悬臂梁即钻台保持在悬臂梁中心把钻台和悬臂梁结构连
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 自升式钻井平台悬臂梁简介 2
1.2.1 自升式钻井平台悬臂梁国内外发展简介 2
1.2.2 自升式钻井平台悬臂梁结构类型简介 3
1.2.3 自升式钻井平台悬臂梁的作用 4
1.3 本文的研究目的与意义 4
1.4 本文的主要内容 5
第二章 自升式钻井平台悬臂梁基座安装工艺 6
2.1 悬臂梁基座的结构形式与制作要求 6
2.1.1 基座结构形式 6
2.1.2 基座的制作要求 7
2.2 悬臂梁基座的船台安装 8
2.3 本章小结 8
第三章 自升式钻井平台悬臂梁分段划分与胎架制作 9
3.1 悬臂梁分段划分 9
3.2 悬臂梁胎架制作 10
3.2.1 部件胎架的制作 11
3.3.2 片体胎架的制作 13
3.3.3 合拢胎架的制作 17
3.3 本章小结 20
第四章 自升式钻井平台悬臂梁分段装配与焊接 21
4.1 悬臂梁分段切割下料与精度控制 21
4.1.1 材料要求 21
4.1.2 下料加工要求 23
4.2 悬臂梁分段控制装配顺序 27
4.2.1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
2 片体胎架的制作 13
3.3.3 合拢胎架的制作 17
3.3 本章小结 20
第四章 自升式钻井平台悬臂梁分段装配与焊接 21
4.1 悬臂梁分段切割下料与精度控制 21
4.1.1 材料要求 21
4.1.2 下料加工要求 23
4.2 悬臂梁分段控制装配顺序 27
4.2.1 部件装配顺序 27
4.2.2 片体分段装配顺序 28
4.2.3 悬臂梁分段合拢吊装 28
4.3 悬臂梁分段焊接顺序与精度控制 31
4.3.1 分段焊接顺序 31
4.3.2 焊接精度控制 32
4.4 本章小结 33
结 论 34
致 谢 35
参考文献 36
绪论
1.1 引言
人类社会的正常运转离不开能源的支持，当前能源组成的种类有很多而其中石油天然气占据很大一部分比例。海洋油气资源的勘探开发，经历了从浅海到深海、从近海到远海的过程。在能源危机地刺激下以及不断发展的技术地支持下，海洋油气资源勘探与开发飞速发展，海洋石油开发迅速由浅海向深海挺进[1]。
在海洋油气资源的勘探开发的过程中，人们需要使用的各类装备统称为海洋工程装备。一般而言，海洋工程装备可分为钻井装备、采油装备和辅助配套装备。钻井装备可细分为钻井船、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、坐底式钻井平台等多种装备；自升式钻井平台作为海上四大移动式钻井装置之一，尤其在近海浅水区域的油气开发的应用非常广泛。自升式钻井平台属于海上移动式平台,由于其定位能力强和作业稳定性好并且其结构所用钢材少、造价低，因此在大陆架海域（浅海）的油气勘探开发中居重要地位。
下图是海洋油气资源开发流程与装备图：
图1－1：海洋油气资源开发流程与装备图
1.2 自升式钻井平台悬臂梁简介
1.2.1 自升式钻井平台悬臂梁国内外发展简介
自升式钻井平台（又称甲板升降式或桩腿式平台）是由水密箱型的平台主体、桩腿以及升降系统所组成的，平台主体能通过桩腿的升降机构升降。随着自升式平台设计技术水平的提高，其作业水深不断地增加。自升式钻井平台按照自身动力分类有自航、助航和非自航3种类型，大多数的自升式钻井平台本身不带动力属于非自航。自升式钻井平台在最初钻井工作的时候是没有装配悬臂梁的，钻井作业基本都是在平台甲板所覆盖到的有限的范围内进行。而悬臂梁模块的设计建造与应用大大地提升了自升式钻井平台的作业功能[6]。
自升式钻井平台是海上四大移动式钻井装置之一，1950年世界上第一座自升式钻井平台“DeLong 1”号建造完成，其适应水深大约为18 m（60 ft），由此揭开了自升式钻井平台发展的帷幕。此后自升式钻井平台的适应水深不断增加其功能也日趋完善。现在建造的大部分自升式钻井平台的适应水深已经达到122 m（400 ft）。2006年在大连船舶重工由中海油投资建造了我国第一艘适应水深约为122 m（400 ft）的带有悬臂梁的自升式钻井平台——“海洋石油941”号[2]，由此揭开了我国自升式自升式悬臂梁钻井平台的发展帷幕。目前在世界范围内已经建造完成的同一个类型的平台有：新加坡吉宝远东公司设计的KFELS Mod V A型和KFELS Mod VIG型以及美国Friede & Goldman公司设计的JU2000 增强型、美国Gusto MSC公司设计的MSC CJ50型[13]。
悬臂梁的设计与建造, 从某种程度上大大地提升了自升式钻井平台的作业功能。近几年, 自升式钻井平台已经从传统的纯勘探钻井逐步发展到勘探钻井和开发钻井一起进行。也正因为上述诸多因素, 新建以及待建的自升式钻井平台几乎都设计成带有悬臂梁式的钻井平台,甚至于有的正在服役的钻井平台也逐渐升级改造为带有悬臂梁的钻井平台[3]。图12是南通中远船务在建的带有悬臂梁的自升式钻井平台。
图1－2：带有悬臂梁的自升式钻井平台
1.2.2 自升式钻井平台悬臂梁结构类型简介
自升式钻井平台的钻台已经从早期的槽口式发展到当今的悬臂梁式，大大地提高了钻井的效率[9]。悬臂梁移动装置采用液压系统，能保证悬臂梁的纵向移动和底座上的钻台横向移动。悬臂梁一般分为3种类型即传统型悬臂梁和XY型悬臂梁以及旋转型悬臂梁。
（1）传统型悬臂梁
传统型悬臂梁的悬臂梁部分与钻台底座部分是分开的钻台的移动方式为悬臂梁外伸开始打纵向丛式井然后悬臂梁固定，钻台底座在悬臂梁上作左右的水平移动打水平丛式井即悬臂梁只是做纵向的移动。传统型悬臂梁由于其结构相对简单、造价低且满足钻井工作的条件从而被广泛应用。
（2）XY型悬臂梁
XY型悬臂梁即钻台保持在悬臂梁中心把钻台和悬臂梁结构连
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