大型钻井平台悬臂梁新型安装方法

李辉

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200120）

0 引言

随着海洋工程在国内的蓬勃发展，越来越多的国内各大科研院所、制造单位开始涉足海工领域，大批量的钻井平台等海工产品[1]矗立在各大船厂的码头边。对于钻井平台悬臂梁的安装，传统方法费时费力，经济性差，寻找一种简便、高效的新的安装方法，是需要研究的课题之一。

钻井平台的悬臂梁、钻台、井架（以下简称悬臂梁组件）位于钻井平台的上方，是钻井平台的主要采油单元[2]，见图1。

图1 自升式钻井平台总布置图Fig.1 General layout of self-elevating drilling platform

悬臂梁组件的传统安装方式是将钻井平台停靠在码头边，由大型浮吊将悬臂梁、钻台、井架逐件吊装安装。悬臂梁组件传统安装方式有以下不足之处：1）悬臂梁组件的安装需使用5 000 t以上大型浮吊，该类浮吊市场资源少，施工时间难以保证，费用高；2）悬臂梁组件总重达3 000余t，吊装安装时，受浮吊吊高、吊重的限制，悬臂梁、井架和钻台需分别吊装，在水上再进行总拼，水上作业时间长，效率低，对各使用设备的要求高，且浮吊在吊装作业和吊装转移过程中，需要多艘拖轮全程配合，远不如陆地上施工方便；3）由于钻井平台主甲板上各种管线、构件密布，用浮吊吊装方式垂直向下安装悬臂梁时，悬臂梁会与众多构件干涉，需临时拆除相关管路、构件，拆除、恢复工作量大，且将悬臂梁在吊装状态下自外向内推移至其基座滑槽中比较困难。

为解决悬臂梁组件水上安装所存在的弊端，降低施工成本，课题组研发了将悬臂梁、钻台、井架一体式平板滑移安装的方法，实现了悬臂梁、钻台、井架的一体式直接安装。采用这种新型安装方法，不需动用大型浮吊，也不需拖轮配合，随时可进行安装，操作非常方便。其原理是依据悬臂梁工作时需从钻井平台内部的停机位置外伸到钻井平台外部的工作位置，不工作时则需将其从外部的工作位置回缩到钻井平台内部的停机位置，在安装时，利用平板滑移装置[3]，使其与钻井平台上的悬臂梁专用伸缩通道正对，通过牵引系统[4]，将悬臂梁组件直接沿悬臂梁的专用伸缩通道滑移到指定位置进行安装，用此方式悬臂梁组件不与钻井平台上的各种管线、构件干涉，并且一次性整体直接安装到位，是到目前为止最为方便易行的悬臂梁组件安装方法。

1 安装方法及特点

本安装方法是将悬臂梁、钻台、井架在码头上完成总装，在其下方滑靴处铺设两排滑道梁，将悬臂梁组件整体下放到滑道梁上[5]，并安装悬臂梁组件牵引系统。然后调节过渡驳船吃水，使其与码头面保持水平，通过牵引系统，将悬臂梁组件从码头直接牵引滑移到过渡驳船上[6]。随后，在过渡驳船与钻井平台均处于漂浮状况下，通过压排水系统调节过渡驳船与钻井平台水平，将悬臂梁组件从过渡驳船向钻井平台牵引，直至滑移到钻井平台上的指定位置进行安装，见图2。

图2 悬臂梁滑移安装图Fig.2 Drawing for cantilever beam sliding installation

悬臂梁组件新型滑移安装方法的应用，极大提升了钻井平台悬臂梁组件的制造及安装效率，减少了人工、大型浮吊等设备的投入，具有较高的经济效益，填补了钻井平台悬臂梁安装领域的空白。

该安装方法的特点如下：

1）不需要使用浮吊、拖轮等大型设备，也不需要在水上进行总装作业，仅需利用平板滑移系统，将悬臂梁组件在码头拼装成整体，一次安装到位，经济性好；

2）平板滑移系统设置有保险回拉装置，在遇到障碍或其他特殊工况需要调整时，可对悬臂梁组件进行回拉，可进可退，安全性高；

3）可突破码头前沿水深不足的限制，通过在钻井平台和码头间设置一个吃水较小的过渡驳船，使吃水较大的钻井平台在距码头更远的深水区域进行悬臂梁组件的滑移安装作业；

4）可突破码头前沿区域地质强度不足、难以满足平台插桩要求的限制，钻井平台无需在码头前沿插桩，可采用漂浮方式进行悬臂梁组件的滑移安装；

5）由于钻井平台自身调载能力有限，在浮态下难以适应潮水的涨落，不能保持与码头面水平，采用该安装方法可突破钻井平台调载能力不足的限制，将整个滑移过程分解为两步，首先用调载能力强且能满足涨落潮要求的过渡驳船在码头和钻井平台间垫档，将悬臂梁组件从码头先牵引到过渡驳船上；然后在过渡驳船与钻井平台均处于漂浮状态下，再将悬臂梁组件从过渡驳船牵引到钻井平台上指定位置进行安装；

6）相对于传统浮吊散件吊装的安装方式，使用本安装方法，悬臂梁、钻台、井架的拼装可完全使用码头上的门机、龙门吊等固定设备，提前在码头上拼装成一个整体，然后再直接滑移安装到钻井平台上，无需在水上进行拼装，减少了水上作业时间及水上设备的使用；

7）传统悬臂梁组件安装方式，因受浮吊吊高、吊重及回转半径的限制，不得不使用大型浮吊或用多台浮吊抬吊吊装，且需对三大部件分件吊装，而大型浮吊的使用费用高昂。使用该安装方法则不受以上条件限制，直接将悬臂梁组件整体从码头经过渡驳船直接牵引到钻井平台上进行安装，节约了大量的浮吊使用费用；

8） 在钻井平台主甲板上，各种构件布置紧密，使用浮吊吊装安装会面临干涉物过多和卡槽难以对位的状况，而该安装方法所采用的平板滑移安装则是将悬臂梁组件沿其专用作业通道中进入，不与其它构件干涉，克服了浮吊吊装时存在的问题；

9）采用该安装方法，悬臂梁组件是经过渡驳船然后滑移到钻井平台上的，由于过渡驳船和钻井平台二者都是漂浮状态，同涨同落，不受涨落潮速度和潮差的限制，滑移时有充足的时间去调节二者水平，突破了作业窗口期的限制；

10） 不同于浮吊吊装时悬臂梁的浮动状态，采用该安装方法，悬臂梁组件底部始终被滑道梁托住，不论在垂直方向还是在水平方向都处于稳定状态，能准确与钻井平台上的卡槽对位及安装。

2 具体实施方式

安装系统主要由滑道梁（配高分子滑板）2 排、垫梁2 排、防偏挡架2 排、锚绞机4 台（配钢丝绳）、牵引滑车8 件、牵引耳板8 组、测高装置4套、测力装置2 件、过渡驳船1 艘等9 部分组成。见图2~图4。

图3 防偏装置Fig.3 Anti deviation device

图4 滑道布置图Fig.4 Layout for sliding way

滑道梁是用于悬臂梁组件滑移的载体，铺设在码头及过渡驳船上，滑移时将悬臂梁组件从总装胎架下放到附有高分子自润滑材料的滑道梁上进行滑移。垫梁用于调节悬臂梁组件距过渡驳船甲板面的高度，根据潮高和码头水深的实际情况，通过选取合适高度的垫梁，将过渡驳船的吃水控制在许用范围内。在码头及过渡驳船上适当间隔设置防偏挡架，用于确保悬臂梁组件能按直线进行滑移而不发生偏斜，与钻井平台上的悬臂梁通道顺利对位。锚绞机、牵引滑车、牵引耳板一起组合成悬臂梁组件滑移的牵引系统，对悬臂梁组件进行牵引。测高装置用于实时监测过渡驳船甲板面是否与码头面等高、高差的具体数据，做为过渡驳船调载依据。测力装置用于实时监测牵引钢丝绳上的牵引力大小，对牵引力过大或左右不平衡进行预警，以便及时调整。过渡驳船则作为码头与钻井平台的中转站，先将悬臂梁组件从码头滑移到调载能力强的过渡驳船上，再将悬臂梁组件从过渡驳船滑移到吃水大且调载能力弱的钻井平台上进行安装。实施步骤如下：

1）码头滑移。提前在码头上悬臂梁滑靴对应位置铺设2 排滑道梁，滑道梁下可根据悬臂梁组件实际总装高度要求布置合适的垫梁；在悬臂梁、钻井平台主甲板、码头上设置牵引耳板，以便对悬臂梁组件进行牵引；在码头上布置牵引锚绞机，以便提供牵引动力；在牵引耳板之间连接滑车、钢丝绳并安装测力装置，以便将牵引力放大并调控牵引力大小。然后将悬臂梁组件从总装胎架下落到滑道梁上，锚绞机通过牵引系统将悬臂梁组件从码头后场总装位置牵引到码头前沿。

2）从码头前沿滑移上过渡驳船。需在驳船上对应位置铺设2 排滑道梁及垫梁，并按规定间距设置防偏挡架，在悬臂梁组件从码头前沿滑移上驳过程中，要及时对过渡驳船进行调载，克服潮水涨落和荷载变化对驳船吃水造成的影响，始终保持码头滑道梁和驳船滑道梁上表面齐平，期间可通过测量装置[7]实时监测。

3）从驳船滑移上钻井平台进行安装。此时钻井平台和过渡驳船均处于漂浮状态，二者需用缆绳带紧，并与码头系固。在悬臂梁组件滑移安装过程中，由于荷载的变化，要通过过渡驳船及钻井平台各自的调载系统，随时调节二者水平、等高，以便滑移。悬臂梁组件滑移到钻井平台后，要从钻井平台的悬臂梁卡槽中穿过，以抵达安装位置并进行安装[8]。

3 效益、市场竞争力分析

该安装方法是对传统悬臂梁安装方式的一次突破，在钻井平台处于浮态下进行安装，不需插桩，可克服码头前沿水深限制，可有效提升市场竞争力。

与悬臂梁传统安装方式比较，新的安装方式将大量的水上作业改为在陆地上进行，节省了大量的水上安装时间，降低了作业成本及作业难度，作业效率也得到大大提高。

采用新的安装方法，使悬臂梁组件的安装不再受制于浮吊等大型设备，可根据制造需要，随时进行悬臂梁组件安装，节省了大量的费用，经济效益显著。

4 结语

大型钻井平台悬臂梁新型安装方法为振华重工首创，已申请国家知识产权局发明专利。新型安装方法克服了传统安装方法费时、费力、经济性差、受制于浮吊等大型设备的不足，具有较好的市场应用前景。