摘要：海洋地质勘察船浮式全液压起升动态门型井架钻井系统，在海洋地质勘察船的中后部安装有井架，在井架内框沿安装有结构滑轨，滑轨中设置有顶驱，升沉补偿装置。在井架顶部每侧均安装举升油缸等。动态门型井架的安装建造过程中，质量控制点多，施工难度大，需采取有效的质量保障措施，在安装工艺方法上与陆地井架也有很大的不同，建造施工周期较长。本文结合陆地上类似井架的安装施工经验，对动态门型井架的现场安装工艺要求、质量控制、技术难点等内容进行了分析研究。
关键词：海洋地质勘察船；动态门型井架；安装工艺
1.前言
“海洋地质十号”轮我司承接设计建造的首艘海洋地质勘察船，该船为一艘地球物理综合调查船，装备地质调查、地球物理调查、海洋水文调查以及信息化管理等4类调查设备。“海洋地质十号”一种集地质勘探、取样作业和测井功能于一体的系统化设备。基于多功能和特殊化的作业要求，船体主甲板设备种类多、布局紧凑，设备质量和体积均受到严格限制。井架作为调查船的关键设备之一，用于安装提升设备和工具，实现起、下钻柱和取样等作业。动态门型井架由宝鸡石油机械有限责任公司首次研制，完全采用自主化设计，设计质量轻，承载能力和整体稳定性能强，打破了国外在门形井架技术领域的垄断。动态门型井架也为我司首次进行在船舶上面安装，本文结合陆地上类似井架的安装施工经验，对动态门型井架的现场安装工艺要求、质量控制、技术难点等内容进行了分析研究。
2 动态门型井架总体结构
1 —井架基座；2 — 基盘导向滑轮；3 — 钻井钢丝绳；4 — 大钳 平衡重；5 — 动滑轮组；6 — 升沉补偿装置；7 — 顶驱；8—管汇；9—斜撑杆；10—下段井架；11—中段井架；12—上段井架；13—顶部连接架。
图 1 井架结构示意图
Fig. 1 Structural schematic of the derrick
动态门型井架通过左、右分段式钢架支腿连接架构成一个门形结构。井架左、右支腿均由上、中、下 3 段构成，各段是一个横截面为矩形的焊接结构，由矩形管焊接而成，上、下各段之间以及上段与连接架之间均通过螺栓连接。井架后侧设有双撑杆，并与船体甲板连接，以保证井架侧向稳定性。井架左、右支腿内侧安装有举升油缸和动滑轮组，钻机利用举升油缸和动滑轮组提升顶驱上、下运行实现起、下钻柱等作业。
3 动态门型井架安装的关键要点及难点分析
动态门型井架的安装基础是以地质勘察船上月池中心为基点，船舶纵中心线和船舶为基线。其安装技术难点要点有以下几点：
（1）井架结构基座的安装精度：保证基座各螺栓孔之间的间距误差在1mm之内；保证基座与基线之间的间距误差在1mm之内；保证两基座之间的上平面的总水平度在3mm之内。
（2）三段井架组装过程中，井架的安装精度：单侧三段井架的纵向、横向整体垂直度＜10mm；单侧井架轨道的直线度＜2mm/2m，全长垂直度＜10mm；全长25米左右三段井架之间的轨道任何剖面点看档之间的间距误差＜2mm。
（3）中间连接架的安装精度，中间连接架的中心点与月池中线点的垂线误差在20mm之内。
（4）施工过程中脚手架的搭设：由于船型小，型宽15.40m，井架安装需分多部分组装，对高空的脚手架搭设难度系数非常之大，存在脚手架搭设不稳倾倒的风险。
4 针对质量控制及安全控制要点，制定施工方案
（1）根据质量控制要点，需准备工具有：
激光平面仪（测量井架轨道直线度），全站仪（测量两基座平面的水平度，相对于基线、基点测量基座的定位，测量井架安装过程的垂直度数据等），测距仪（测量两侧井架的开档距离），吊锤（井架安装过程中垂直度测量监控）。
（2）制定详细施工工艺流程：
对动态门型井架的各组件进行细分，明确各组件的安装顺序。制定组装施工工艺，采用“分段地面组装施工工艺”，有效的提高施工进度，减少高空施工作业量。
5 动态门型井架安装施工工艺
（1）吊装月池盖到月池上面，划出月池盖中心点。
（2）吊装井架基座在船体甲板面，以月池盖中心点为基点，拉设水平线纵线及横线。根据图纸上螺栓孔距中心线的距离，调整基座前后左右位置。对基座下脚进行修割调整基座上平面的水平度＜3mm。间断焊接固定基座后，对称焊接。焊接结束48小时后进行UT检查，及上平面水平度测量报验。
（3）井架分段组装（左上段、右上段及中间连接架）：
选择具有对称性或结构较为稳定的两个侧面，采取地面单片水平组装的方式进行施工，吊装过程中，需在井架部件的下方垫放枕木（用于调整水平和保护部件油漆）
在确保单片水平度误差控制在±2mm以内，对角线和开档尺寸误差控制在±2mm以内的前提下，先安装井架顶部中间连接架，然后安装底部两面井架之间的工艺连撑杆，再然后安装井架梯子平台、梯子、各种支撑与电缆、摄像头等井架部件。
（4）下段井架的吊装
A）分左右吊装下段井架，紧固井架与基座之间的连接螺栓到60%预紧力
B）测量及调整左右井架之间的开档数值差2mm之内，使用全站仪测量井架轨道的垂直度情况，控制在0.05°之内。
C）安装下段井架之间的工艺支撑。
D）搭设脚手架至下井架顶端。
（5）中段井架的吊装，
A）起吊中段井架至下段井架顶，中段井架底部定位销孔对正下井架顶部定位销时，再指挥吊机缓慢下放，实现两段的对接。
B）初步紧固两段井架之间的连接耳板螺栓到60%预紧力。
C）进行井架轨道的垂直度、直线度及左右段井架中心偏离月池盖中心的值调整。
a）准备工作
需准备与井架底座固定螺栓的相应扳手、全站仪等测量工具，井架底部准备好液压千斤顶，各种厚度的钢垫片。
b）分别以月池中心线（纵线和横线）为基线，测量中间连接架中心的坐标和两面井架立柱导轨的前后左右多段坐标值。根据以上测量数据，判断井架立柱的整体倾斜趋势，分析需要调整的方向和调整的底脚及厚度。
c）松开井架底部与基座连接螺栓，根据需要的调整量松开合适的距离，用液压千斤顶顶起井架一个或两个角，根据需要的调整量增加调整垫片，然后松千斤顶，上紧螺栓。再测量以上数据，直至符合要求。
D）搭设脚手架至中段井架顶端。
（6）吊装顶驱、补偿装置、升沉油缸、滑轮组及提升钢丝绳、液压管线等
（7）上段井架及中间连接架的吊装
A）在吊装前，在上段井架下方安装工艺支撑，防止井架下方在吊装时，开档外开或内收。
B）测量上段井架下方的开档数值及中段井架顶端的开档数值，进行比较后，调整中段井架顶端的开档数值符合上段井架下方的开档数值。
C）起吊上段井架至中段井架顶，上段井架底部定位销孔对正中段井架顶部定位销时，再指挥吊机缓慢下放，实现两段的对接。
D）初步紧固两段井架之间的连接耳板螺栓到60%预紧力。
（8）井架吊装结束后调整作业
A）顶部中间连接架中心应与月池盖中心在同一垂线上，根据要求要满足偏差＜20mm，由于前面施工中进行了精度控制，安装实际偏差为4.2mm，远小于20mm的公差，符合安装要求。
B）轨道垂直度、直线度调整
调整方法如前面中段井架吊装后的调整一样。以月池盖中心线（纵线和横线）为基线，使用全站仪进行测量多段轨道前后和左右的坐标。根据测量数据然后逐步进行调整。
（9）连接螺栓安装及打紧
根据施工要求，检查扭力扳手是检验有效，调整到螺栓扭力规定值。按螺栓上紧顺序要求分初紧和终紧两步进行。螺栓初紧和终紧都应用马克做好标记，防止漏拧。在终紧后，使用塞尺对连接板之间的间隙进行检查，如若有间隙过大的情况，应重复拧紧螺栓或经船东同意加大螺栓的扭力值打紧。
（10）吊装首部斜撑，进行装配进焊接。焊接结束后做UT探伤检验
（11）对井架进行数据复测。
6 结语
动态门型井架在“海洋地质十号”轮组装完成后，对各部件的干涉情况进行了检查，并进行了顶驱上下起升进行了试验顺畅无卡阻。后续船厂对井架/顶驱进行负重加载试验，最终完成了60吨负重试验。后对井架轨道垂直度、直线度、中心偏离度，井架开档等数据进行复测，测量结果如下：
轨道垂直度、直线度8.2mm，小于要求值10mm。中中心偏离月池盖中心前后为7.5mm，左右为4.2mm，均小于要求值20mm，符合安装技术要求。
论文作者:朱建锋,赖访明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/30
标签：井架论文; 基座论文; 螺栓论文; 测量论文; 动态论文; 地质论文; 轨道论文; 《基层建设》2019年第16期论文;