自升式钻井平台悬臂梁负荷试验方法标准研究.pdf

工作与研究 船舶标准化与质量 2017 年第 4 期 2 自升式钻井平台悬臂梁负荷试验方法标准研究 上海外高桥造船有限公司戴小虎陈从周王超 中国船舶工业综合技术经济研究院李军孙耀刚 摘要：悬臂梁是自升式钻井平台的重要结构。本文结合自升式钻井平台悬臂梁负荷试验方法 的标准需求和实际编制工作开展，对试验目的、试验条件、试验程序等标准的主要技术内容进行了研 究，提出了标准中应明确规定的技术要点，对规范悬臂梁负荷试验操作、提高自升式钻井平台建造质 量具有重要意义。 关键词：自升式钻井平台悬臂梁负荷试验标准 引言 悬臂梁是自升式钻井平台的重要组成部分，通 过其滑移来完成钻井作业。它提高了平台在插桩点 的钻井数量，提升了钻井效率，增加了钻井作业的 灵活性。悬臂梁内配置了众多的钻井设备，其结构 强度是保证整个钻井系统在海上安全作业的关键性 因素。悬臂梁结构型式大致可分为三种类型：传统 型悬臂梁、X-Y 型悬臂梁和旋转型悬臂梁。每一类 型的悬臂梁在作业工况下受到的载荷都比较复杂， 主要包括悬臂梁结构自重、设备自重、井架载荷、 转盘载荷、套管张紧器载荷、甲板载荷和风载荷等。 在悬臂梁、钻台、井架及钻井系统相关的设备和系 统安装完成，并实现功能性调试后，需要进行悬臂 梁负荷试验，加载设计载荷来验证悬臂梁的强度及 刚度是否满足设计和使用要求。由于现有的相关规 范和标准没有明确针对自升式钻井平台悬臂梁负荷 试验的方法、技术要求和检验标准，为满足实际需 要和填补行业空白，本标准的编制需求应运而生。 1标准编制过程 2012 年 2015 年，在国家标准委的领导下，中 国船舶工业集团公司与上海市质量技术监督局共同 组织上海外高桥造船有限公司、中国船舶及海洋工 程设计研究院和中国船舶工业综合技术经济研究院 开展了“海洋工程装备自升式钻井平台综合标准 化示范项目” ，运用综合标准化原理，构建了较为完 善的自升式钻井平台标准体系，提出了一批标准需 求。 自升式钻井平台悬臂梁负荷试验方法 便是标 准需求之一。通过立项申报、评审与公示，国家标 准委于 2014 年以国标委综合 201467 号文关于下 达 2014 年第一批国家标准制修订计划的通知 下达 了该标准的编制计划。编制工作随即展开。 接到任务后，主编单位与参编单位立即组织相 关人员成立了标准编制工作组。编制人员收集了自 升式钻井平台悬臂梁负荷试验的相关技术资料和标 准规范，如：美国船级社移动式钻井平台海上建 造和入级规则（Rules for building and classing mobile offshore drilling units） 和 钻井系统入级指南 （Guide for the classifi cation of drilling systems） ，中国船级 社海上移动平台入级规范 等，结合上海外高桥造 船有限公司建造 JU2000E 型自升式钻井平台时进行 悬臂梁负荷试验的实际操作经验，对试验过程的相 关步骤和操作要求等技术内容进行总结提炼，按照 GB/T 1.1 的编写要求，经过充分讨论沟通，于 2015 年 8 月编制完成了标准征求意见稿。 万方数据 双月刊 / 总第 271 期3 2015 年 9 月，受全国海洋船标准化技术委员 会的委托，主编单位将标准征求意见稿和编制说明 发往船舶行业主要设计院所和造船企业征求意见。 一个月后，共收到上海船舶设计院、上海船厂船舶 有限公司等 11 家单位的意见回复。编制组对收到 的意见进行了汇总并逐条进行处理。同时，编制组 还根据意见处理情况修改了标准文稿，形成标准送 审稿。期间还在上海组织召开了标准的预审会，根 据预审会专家提出的意见，编制组对标准文本再次 进行了修改，最终形成了标准送审稿。2017 年 6 月 2 日至 6 月 3 日，全国海洋船标准化技术委员会 在上海组织召开了该标准审查会。该标准顺利通过 了标准审查，为标准后续的发布实施奠定了很好的 基础。 2标准的主要技术内容 2.1试验目的 自升式钻井平台悬臂梁负荷试验作为自升式钻 井平台极为关键的调试项目，主要技术内容包括： 悬臂梁的负荷试验必须具备的条件、原则要求、试 验方法及试验结果评估等。其目的在于通过施加试 验要求的已知载荷，验证悬臂梁刚度及强度，验证 平台主体支撑结构的强度，验证悬臂梁和钻台负载 滑移性能，验证井架额定载荷及钻井提升系统负荷。 通过对自升式钻井平台的悬臂梁结构型式、设计载 荷的研究，以及对国内外相关试验方法的调研和比 较分析，在满足船级社和技术规格书要求的前提下， 充分考虑试验成本、施工方便和安全性，提出合理 的悬臂梁负荷试验方法，为自升式钻井平台的悬臂 梁负荷试验提供标准和依据。 2.2试验条件 自升式钻井平台的悬臂梁负荷试验需在动力系 统、压载系统、升降系统、悬臂梁和钻台滑移系统、 悬臂梁和钻台的固定装置及井架游动系统等安装和 调试结束后进行。同时，必须获得悬臂梁及钻台的 称重数据更新悬臂梁载荷表后方可进行试验。 对于风浪条件，标准明确该试验应在确保作业 安全的环境条件下进行，风力一般不大于 6 级、浪 高不大于 0.5 m，并考虑潮汐对升船高度的影响。 由于本项试验主要是确定悬臂梁的负荷情况， 对确定工况载荷等要求较高。试验前应做到钻井平 台插桩预压载结束，并根据悬臂梁及钻台称重试验 获取的重量、重心参数更新悬臂梁载荷表，确定试 验工况的载荷。同时，还需根据悬臂梁载荷表，在 考虑平台稳性的条件下制定平台压载方案。将试验 采用的载重块进行重量标定，并将结果提交船东 / 船检审核。 试验前，做好试验用设施设备和工具工装的准 备也是非常必要的。相关的准备工作包括：检查试 验采用的测力计、全站仪等测量仪器仪表是否具有 标定证书，是否在有效期内；检查试验中采用的吊 索具是否满足负荷试验的要求，是否具有相应证书； 对试验中使用的吊马进行无损探伤，检验合格后才 能使用。 2.3试验程序 悬臂梁负荷试验包含悬臂梁最大钩载位置和钻 台滑移至三个不同位置处的试验。因此，我们从试 验成本、施工方便和安全性等方面进行了考虑，试 验逻辑上进行了优化，最大限度地节省了试验时间。 在正式进行不同位置的载荷试验前，还需做好 各项准备操作，包括：准备试验载荷、调整气隙、 调压载、设定悬臂梁变形测量标识、架设全站仪、 配载、检查悬臂梁及钻台轨道等。标准对这些准备 工作都逐一做出了规定。对于试验载荷，标准规定 可以使用水箱、驳船、载重块等。气隙调整需要通 过升降机构来实现，主要是调整平台船体下底面距 离水面的气隙高度，以达到试验要求的高度，并将 平台调平。 设定悬臂梁变形测量标识是试验过程的一个重 要步骤。标准规定，在悬臂梁左右两侧分别设置测 量标识点：平台艉封板和钻台中心处各设置一个标 识点，其他地方均布设置 4 个标识点。悬臂梁外侧 的主甲板上设定标杆，在标杆上做出水平点，并注 明水平点的高度值，此点作为悬臂梁负荷试验的水 平基准点，见图 1。 戴小虎 陈从周 王超 李军 孙耀刚 自升式钻井平台悬臂梁负荷试验方法标准研究 万方数据 工作与研究 船舶标准化与质量 2017 年第 4 期 4 悬臂梁负荷试验主要在下列四个位置进行操作 和测量： 1） 悬臂梁最大钩载位置； 2） 悬臂梁伸至最大位置，钻台位于中心； 3） 悬臂梁伸至最大位置，钻台至左舷最大位置； 4） 悬臂梁伸至最大位置，钻台至右舷最大位置。 在悬臂梁最大钩载位置，标准对具体的操作方 法做出了详细规定，主要操作步骤如下： 1） 根据载荷表的数值，在悬臂梁管堆场布置相 应的载荷，操纵悬臂梁向艉部伸出到最大钩载位置， 在此过程中观测悬臂梁负载滑移状况； 2） 保持钻台位于悬臂梁中心位置，锁定悬臂梁 和钻台，读取此状态下悬臂梁标识点处的变形值， 此变形值为悬臂梁空载时的变形值； 3） 将试验载荷移至月池正下方，保持载荷稳定； 4）用索具及测力计将试验载荷与大钩进行连 接，并确认安全； 5） 提升大钩，使试验载荷升至底部距离水面约 500 mm，提升过程中保持载荷的平衡，避免偏转； 6）待试验载荷稳定后，保持 5 min，读取并记 录悬臂梁标识点处的变形值； 7）下放试验载荷，待试验载荷完全脱离顶驱 后，读取并记录此时悬臂梁标识点处的变形值； 8） 试验过程中检查受力关键部位（井架结构及 基座、悬臂梁下底面板、平台艉封板、锁紧座、支 撑座、顶推座以及导向座与主甲板的连接处、悬臂 梁锁紧座上部结构等） 焊缝处，无异常； 9） 悬臂梁管堆场全部撤离。 在规定悬臂梁伸出至最大位置而钻台位于三个 不同位置的操作时，首先明确了悬臂梁和钻台的试 验位置及空载位置变形值的读取。由于在悬臂梁伸 出至最大位置的其他操作步骤与悬臂梁最大钩载位 置基本相同，为避免重复，标准对这三个位置进行 试验的其他操作步骤引用了悬臂梁最大钩载位置试 验操作时的相关步骤。 3标准的实施效果预估 悬臂梁负荷试验的最终目的是为了检测悬臂梁 及钻台滑移系统是否能够正常工作，验证自升式钻 井平台主体结构的设计和施工是否满足要求。在试 验期间或试验后，需要打开锁紧装置，回收悬臂梁 和钻台，并要对关键部位进行无损检测。若没有故 障或结构破坏，才能确认为试验合格。这样才能更 好地保证试验效果。 该标准所规定的相关试验操作方法已在上海外 高桥造船有限公司建造的多条自升式钻井平台项目 中得到应用，船东、船级社和现场反响良好。该标 准的编制，为自升式钻井平台的调试提供了科学的 指导依据，更好地规范了悬臂梁负荷试验操作，这 对提高我国海工产品的建造水平、缩短建造周期、 降低建造成本都具有重要意义。 图 1悬臂梁测量变形点标示位置示意图 钻台中心 S1(P1)S2(P2)S3(P3)S4(P4)S5(P5) 详图 M 详图 M +40 mm +30 mm +20 mm +10 mm -10 mm -20 mm -30 mm -40 mm 0 mm L1L2L3L4L5 S6(P6) 万方数据