建造程序和工艺对海洋钻机模块建造工期影响的研究

2022-09-10

引言

全球经济的高速发展, 使得石油的消耗越来越大。虽然世界各国已经不断地进行各种新能源的开发, 但是全球石油资源的短缺, 油田的开发难度也日趋复杂化。因此, 海洋石油工程装备制造产业是直接关系到油气资源开发, 影响国内矿产能源采掘进程的技术和制造产业。当前, 我国海洋石油开发主要以中国海洋石油总公司、中国石油海洋公司和中国石化胜利油田为主, 海上油气田开发中, 模块钻机与自升式钻井平台相比有着总钻井费用较低的优势, 可以取得好的经济效益。

模块钻机是布置和安装在海上固定平台上的, 依靠或部分依靠固定生产平台支持的模块式钻井装置。我国的模块建造技术在2008年已经由中海油田服务股份有限公司申请了自主专利。2009年的渤海辽东湾XX36-1K模块钻机也是国家863重点科研项目, 并由中海油田股份有限公司成功建造完成并投入使用。目前, 参与模块钻机建造的企业多数依托船舶建造资源和海洋工程资源, 各企业的建造方式存有很大差异。建造场地资源的不同, 建造程序和工艺的选取不同, 因而在建造工期和成本上有着天壤之别。[1,3]

一般钻机模块主要有钻井设备模块 (Drilling Equipment Set, DES) 、钻井服务模块 (Drilling Support Module, DSM) 和散料储存橇 (P-TANK模块) 等。钻机模块采用陆地建造后装船, 分成3-5块整体起吊安装到海洋平台上。也有的海洋模块

钻机模块划分较小, 采用平台自身吊机多次吊装的方式安装到平台上, 如图1所示。[2]

一、影响建造工期的重要因素分析

模块钻机建造项目一般要经过业主的基本设计, 总包商的详细设计、加工设计和设备采办、材料采办和现场建造, 海上安装等过程。项目工期的总长度由关键路径中的每一个关键活动决定, 即为每项关键活动的工期总和。在此类项目中采办阶段的主要设备采办周期, 尤其是卡特彼勒等厂家为首的工程设备供应商的产品, 吊车、柴油发电机组, 是进口设备周期最长的;井架、泥浆泵, 这些是建造工期较长的钻井专业设备, 多数已经国产化, 在设计工作中相关部分设备规格书完成后, 进行采办工作, 随后在设备到货后进行安装, 设备安装工作完成后, 结合整体模块的进度, 进行建造期间的系统调试, 确保海上安装工作零调试。这就是确定工期的一种方法, 下面以典型的7000米钻机项目的建造工期为例, 对项目现场建造阶段影响建造工期的因素进行分析:

1. 物料和设备的采办

设备的采办周期很大程度上决定着项目的建造工期。因为在建造施工中, 设备的到位影响建造中的机械安装和电气、配管的连接工作, 如果大尺寸的设备不能按时到货, 舱室间的封顶和围壁封仓就不能进行, 如果预留设备进仓的通道则影响该位置的其他专业施工。

材料的采办对项目工期的影响是显而易见的。海洋模块钻机项目中的生产周期长的物料主要是特殊材质或者特殊规格的产品, 如管线类的镍铜管线、玻璃钢管线, 舾装专业的定制舾装板。这些材料的到货时间都将对项目工作产生影响, 尤其是影响建造程序的选择。

2. 车间预制

在建造程序的选取中, 车间预制将是影响建造项目工期的一个因素。在建造过程中的天气因素对项目进度有一定的影响, 不管是风还是雨都会影响建造工作中的一些作业, 尤为重要的是焊接、涂装施工。例如, 喷砂和喷漆作业对空气的湿度要求很高, 否则很难达到质量上的要求;焊接工作如果采用效率较高的气体保护焊, 就要尽可能的降低风的影响, 以保证焊接的质量。

另外, 车间预制时可以依靠车间内的资源, 如大型起重设备, 自动化焊接设备, 这些都将影响到建造的方案, 或者工艺。如果资源充分的条件下, 可以将模块钻机的分片做的大一些, 单片上在车间预置的其他专业可以提高完成的程度, 例如管支架, 电缆马脚等安装。

3. 设计进程的影响

设计工作同样也会影响项目建造的工期。在详细设计阶段, 设备和材料的采办规格书产生, 各种料单和清册也都是详细设计的成果。而在加工设计阶段, 施工作业需要的相关图纸、施工程序等技术文件就是直接影响建造进度的因素, 必须保证设计工作的及时才能保证按计划施工。

设计工作的准确性也是影响进度的, 没有返工的设计那将大大提高工作效率, 节约时间。很多项目实际中会遇到原本设计的结构位置和其他专业相互干涉的现象, 这样的设计工作带来的就是重复进行相同位置的相同工作, 也就是返工。

4. 正确选择程序和工艺

建造程序是根据现有的场地、大型设备、施工机具、人力资源和项目要求制定的, 是决定建造工期的最主要因素。一个项目的建造方案是项目建造的原则, 也就是决定建造工期是以月为单位还是以天为单位的。建造的工艺也在很大程度上对建造进度和建造成本起到促进、推动或者相反的作用, 当分清楚哪些由配套厂或专业协作厂预制, 哪些在场地总装, 采用何种设备进行施工, 合理的对上面的因素取舍都将极大的缩短建造项目的工期, 如果没有充分利用资源或者不具备足够的条件则很难确保较短的建造工期。

二、国内钻机模块建造的主要方式和建造程序介绍

模块钻机建造中, 钢结构的工作量较大, 其他专业也都是附着在结构上进行施工的。这个专业的完工也就将项目施工的主体或者框架完成了, 后面的工作才有了依托, 也就可以把预制的各种部件或设备直接安装。因此下面讨论的主要是结构专业的几种建造程序和方式。

1. 正造法和反造法

正造, 即按照传统的顺序制作和安装的方式, 在进行模块建造时, 先制作最下一层的甲板, 即组对框架然后在框架上铺板, 完成后安装立柱再进行第二层的甲板制作并安装到一层上, 依次顺序从下往上制作成模块, 然后进行各层的其他专业施工。

反造, 即把每个甲板片底面向上甲板面向下摆放, 组对、制作甲板, 然后安装框架, 下一步同时进行其他专业制作安装, 如管支架等, 在单片完成后使用大型设备进行翻身, 再将各片甲板进行顺序安装。

2. 晴天吊装和开孔进舱

所谓晴天就是抬头看见天的意思, 晴天吊装的含义就是在模块建造施工中吊装工作是在上下没有阻挡, 竖直方向做吊装作业。这是施工中最期望的方式, 因为这样的施工程序最简单, 风险最小, 成本最低, 最容易控制。

开孔进舱就是类似修船施工中侧向开舱, 设备或者物料从侧面进入后进行施工, 完成后再对开舱位置进行封堵。这样的施工方式与上面的晴天吊装作业进行比较结果十分明显, 晴天吊装优势十分突出。

3. 设计与替换

设计和替换是指在投入相同的情况下, 采用各种方式替代以达到降低成本或者加快进度的目的。例如进口型材供货周期长, 可根据设计要求进行组合部件的加工来替代型材。

三、建造关键点中程序和工艺的选取对工期的影响举例

根据上述的建造程序和工艺不同, 下面简单分析一下几种典型建造方式对工期的影响

1. 反造正装

反造法进行预制施工, 然后在场地进行总装的方式可以大大节约施工时间。这体现在, 反造法施工中, 组对、焊接作业都是对着地面做的, 是最简单的, 容易保证质量, 也是效率最高的施工方法, 其他专业的预制件安装也都是在面对地面的方向, 相比正造的仰面作业难度减小了很多。一般正造法的2000吨模块建造项目工期大约在6-7个月, 而采用反造法建造工期最小可在3-4个月。

2. 晴天吊装

以单台电控柜体 (尺寸2.2m×1m×0.6m, 重量约0.5吨) 为例, 采用晴天吊装的方法安装就位只需要不到12分钟的时间, 2人即可完成;侧面开孔进舱的方式, 不但在时间上达到了1-1.5小时, 人员也增加到至少3人。

3. 其他

如建造场地或预制车间内拥有2台以上50-100吨绗吊, 即可容易的完成建造期间的单片翻身和各种设备吊装作业, 甲板单片翻身时不需空中翻身, 可以甲板片一端接触地面, 这样减少了人员投入, 更加节约时间, 还大大降低了施工安全风险。

在焊接作业中, 满足设计要求的条件下, 采取最优化的、合理的施工工艺是节约时间的一个很好方法。

例如, 滑道梁制造传统的制造方式:先将滑道梁的整体接组对, 然后进行整体焊接, 新的滑道梁制作工作分成两个阶段:滑道梁基础结构预制阶段、滑道梁总装阶段。新工艺更加有力的保障了滑道梁制作装配焊接质量、降低了工作量减少了人工投入, 而且缩短了制作工期15天左右。[4]

除了新工艺, 在建造过程中使用一些临时和辅助性的措施, 也可以大大缩短工期。例如, 在进行钻井设备模块 (Drilling Equipment Set, DES) 的建造中, 当场地条件 (吊装能力) 受到限制的时候, 不能够把两块分开施工, 必须按照平台安装后的位置, 具有上下滑移关系的两个部分同时施工方可加快进度。这时使用临时的立柱, 支撑起上部模块, 模拟安装后的位置, 可以节约时间, 在XX36-1K钻修机模块建造中使用了这种方式, 缩短了近10天的工期。

结束语

影响模块钻机建造项目的建造工期的因素很多, 建造程序和工艺的选择就是最主要的一个方面, 根据每个项目的不同要求和项目不同的环境资源, 在传统建造程序和工艺上进行创新, 科学合理的将新工艺应用于建造施工, 势必对建造工期产生极大的积极影响。

摘要：模块钻机的建造是近年来国内海洋石油开发装备中新兴的产业, 随着海洋石油勘探开发的快速、持续发展, 国内已逐步采用模块钻机这种成本低廉的大型装备。众多船舶建造公司、海工建造公司介入这种类型装备的建造。以海洋模块钻机建造为例, 提出了建造工期的影响因素分析, 对建造程序关键点作以分析, 为行业在此类建造中探索高效的建造程序做出建议方案。

关键词：钻机模块,建造程序和工艺,建造工期