摘要：海洋平台钻机质量重心控制对钻井平台的设计和施工具有重要的意义，而钻井平台重心的质量直接决定项目的成功与否。本文从海洋平台钻机质量重心控制的重要性、原理、方法和管理过程等进行了系统的分析和研究。
关键词：海洋钻机；质量重心；控制；方法
前言
随着石油勘探的发展，海洋钻井平台的设计具有更高的要求，钻机大部分都是安装在平台组块上的，重量及中心控制对组块和钻机本身都有要求。钻机质量重心控制是钻井平台设计与施工的重要内容之一。钻机从基本设计、详细设计、加工设计、工厂制造及海上安装完成，所有阶段集中统计数据并严格控制报告，重控报告是由详设通过软件及模型计算所得，是后面所有设计及施工的基础，必须要严格遵循；不能在装配前消除，必须在设计阶段要充分优化，施工要个实行。
一、质量重心控制的重要性
钻机质量重心控制的质量直接影响钻井平台的变负荷和稳定性，甚至影响工程的成败。通过选择较轻的设备，以及优化布局，降低供给量，增强稳定性，对应支撑结构选型优化。质量重心的控制还决定着海洋钻机模块的吊装设计，通过吊装重心控制的设计，可以降低海上浮吊资源要求，提高吊装安全性。为更好地控制海洋平台钻机的质量，以半潜式钻井平台钻机为例，主要系统组成和质量分布如表1。
二、质量重心控制的原则
1、合理估计钻机的总质量，合理分配系统和专业。在各系统和专业质量统计中，必须进行完整的系统研究，准确把握相同的水深和钻深钻井系统的能力，保证质量信息以基本设计阶段的合理估计，避免大偏差。
2、在满足强度、刚度和稳定性的前提下，轻主结构的质量。在详细设计出概算料单阶段，应尽量选择规范和许可范围内负公差的板材、型材和管材，在设计阶段采用不同的计算方法，合理的设计，较少的构件尺寸。
3、在钻机系统的工艺设计中，必须简化工艺设计，并参考相应的标准来满足基本功能。如没有相应的参考标准，尽量使用最简单的方法来满足用户的要求。管道连接的方式是选择一种轻质量的连接，以满足系统的要求。
4、在满足基本功能的前提下，通过对管道和电缆对齐设计、管道和电缆的专业协调和优化，使管道和电缆的布置更加合理，尽可能缩短管道和电缆长度的布置，达到质量控制的目的。
5、在满足使用要求的前提下，舾装中斜体踏步尽量采用钢格栅代替钢板。在管道尽量采用PVC管材、钢骨复合管材、或者其他较轻材质的材料代替碳钢管；各种设备支座也尽可能简洁。
6、对于钻机配套的外购设备，为了满足基本功能，应尽量选用较轻的设备。同时，外购协议的设备质量作为重要的技术指标，避免设备供应商为了提高竞争力而蓄意低估设备质量。在设备配套方面，综合设计相同的设备集成设计为整体撬块类型，可以节省空间，降低质量。
7、钻机的辅助设备入厂检验时需要称重，并重新确认设备的质量重心。对超过500公斤设备的理论质量进行逐件称重，对理论质量小于500 公斤的批量设备按照30% 的比例进行选择性称重，但称重的最小量不小于2件。
8、随时汇报设计和制造阶段质量的变化。质量控制报告的编制需要详细的设备清单、结构形式和总体布局。一般来说，质量控制报告需要分系统和专业的统计质量和重心，在每一个版本的质量控制报告中都显示出质量变化情况和整个质量的变化趋势。
9、及时采取减重措施。当质量控制报告表明，钻井平台的整体质量明显超出合同质量时，应及时采取纠正措施，以确保控制在允许范围内。
三、质量重心控制的管理流程
在钻井平台的整个设计过程中，对工程的质量控制，包括项目管理、设计、采购、施工、装配和调试，一般分为设计阶段、制造阶段和调试阶段。钻机的质量控制是一个动态的过程，因为涉及到的许多领域和质量变化的影响。质量控制管理过程如图1所示。对于质量控制管理过程来说，满足合同要求或者是在可控范围内是非常重要的，这与合同中规定的规格要求或用户的要求有关。不同的平台对钻机的质量控制有不同的要求，钻机的质量控制一般不超过钻机总重量的5%。对于需要安装固定钻井平台或钻井作业平台的模块钻机，更加严格的要求质量控制，其钻机质量控制范围控制在3%以内。
四、质量重心控制的注意事项
1、在使用三维软件建模过程中，存在模型质量与实际质量偏差的情况。是由于软件模拟型钢、圆管的方式会造成模型中杆件截面积与实际杆件的截面积存在偏差，且结构在焊接过程中，焊材质量无法在模型中进行模拟。这要求建造方精确测量供货材料实际尺寸，对材料质量及时汇总，有针对性的对模型进行更新，严格控制焊材领取。
2、在整个平台建造过程中，建造单位要制定严格的把控方案，保证严格按照设计图纸及相关程序进行，确保所有设备和仪器安装在准确位置，对所有不满足公差要求的测量结果应及时反馈给技术部，对满足建造要求的验收结果，应提交详细的材料和尺寸验收报告。
五、质量重心控制的方法
1、海洋平台由于其结构复杂，设备、管线较多，对其实施有效的质量重心控制存在较大难度，固需要设计、建造、供货方等相关单位密切合作，实现质量重心控制在允许偏差范围内。
2、海洋平台设计阶段，根据总体布局，按照机械、配管、电气、仪表、通讯、舾装、安全、结构等专业分别对质量重心进行统计，最后进行汇总。其中，机械、电气、仪表等专业，可根据厂家设备资料，结合平台布置，精确统计其质量重心，配管专业可根据管线走向，划分区域进行统计。结构专业由于在整个平台质量中，所占比重较大，因此其质量重心的精确把控直接决定最终质量控制报告，所以钢结构质量要确保准确。另外，借助先进的三维工具(X-steel软件)，根据设计图纸，对各个型号的型钢、圆管、筋板等进行精确模拟，并根据现场实际情况进行修改，使结构模型与实际情况相符，从而得到最终的结构质量重心。因此，将各专业质量重心汇总到EXCEL计算表格中，依据力与力矩平衡原理，汇总出最终的质量重心。
3、结合各专业较为精确的质量统计，建立海洋平台结构三维模型，将各专业设备、管线等质量以点荷载、线荷载、面荷载加载到结构模型中，实现各专业质量重心精确模拟，再将各专业荷载进行组合，从而得到海洋平台质量重心汇总。在此过程中，要对各专业加载位置与区域进行反复核查，确保加载位置能真实反映设备位置。对未建立的结构单元，如围壁、挡风墙、吊梁、吊耳、猫道等自重荷载应手工计算施加到结构模型上。
4、将三维模型质量重心与EXCEL汇总得出的质量重心结果进行比对，偏心一般控制到500mm以内，其质量重心报告真实可信，符合设计要求，可用于施工作业。现场在平台建造完成后，采用液压千斤顶对平台结构进行质量完成，通过数值模拟显示，最终确定平台结构质量重心，参考此数据，可用来验证质量重心报告的准确性，指导之后的装船、运输、吊装作业。
六、结论
海洋平台钻机质量重心控制对海洋钻井平台的设计和施工具有重要意义，项目的成功与否直接取决于钻机质量控制的好坏。钻机质量重心控制工作贯穿于钻机设计施工的整个过程，只有严格按照质量控制的重心原则、方法和管理流程，才能取得良好的效果。
参考文献
[1]朱传超.海洋钻机质量重心控制的重要性[J].2017.
[2]工信部. 海洋工程装备制造业中长期发展规划[R]. 2016.
[3]李昊. 海洋工程船舶建造过程中的质量重心控制[J]. 中国造船，2016，（54）：280-283.
[4]卢佩琼. 海洋石油开发工艺与设备[M].大学出版社，2016.
[5]黎理胜. 船舶管路系统的应用[J]. 船舶，2016（3）：27-33.
[6]姜伟.海上石油固定平台模块钻机建造[M].中国标准出版社，2016：16.
[7]何宏.质量重心控制的管理流程[J].2017.
[8]孙文珊.质量重心控制探讨[J].2017.
论文作者:米军
论文发表刊物:《防护工程》2017年第32期
论文发表时间:2018/3/22
标签：质量论文; 钻机论文; 重心论文; 平台论文; 质量控制论文; 设备论文; 海洋论文; 《防护工程》2017年第32期论文;