钻井船多岛并行建造技术

(上海外高桥造船有限公司,上海 200137)

在引入成组技术的现代造船模式下，一般将船舶主船体划分成若干个分段进行建造，部分分段组成总段，依次吊装进入船坞完成整船的建造[1]。为了给机舱区域提供更多的舾装时间，船坞内建造一般由艉部开始，逐步向艏部完成搭载。钻井船内部设备众多，全船舾装工作量大，最后搭载完成的艏部还需大量时间完成舾装，占用船坞时间长，难以提高建造效率。因此需要引入并行建造技术，将钻井船主船体划分为3个独立区域，各区域同时进行结构建造和舾装工作，在3个独立区域建造完成后，以舯半岛区域为基准，艏半岛和艉半岛采用巨型总段移位技术，向舯半岛区域合拢，最终完成整船的建造。

1 钻井船建造方法

在钻井船建造过程中，主船体划分成多个分段，分别在车间内进行建造，分段完工后在船台或船坞内依次吊装搭载完成整船结构建造，并完成舾装工作[2]。主要的钻井船建造方法有水平建造法、总段建造法和多岛并行建造法。采用该方法建造时将主船体划分为几个独立的区域，各个区域之间预留一定距离并保持相对独立，分别进行结构建造和舾装工作。在每个区域都建造完工以后，使用巨型总段移位设备，将各个区域进行移位并最终合拢，完成整船的建造[3]。多岛并行建造法代替了以往的船台串行作业，减少了分段堆放的等待时间，大大缩短了船台或船坞的占用时间，提高了生产效率和船台船坞等关键资源的利用率；各个区域同时进行施工，相互之间没有干扰，扩大了舾装涂装的工作面。缺点是划分的各区域重量较大，对船厂的移位能力依赖程度较高。

根据多岛并行建造技术的设计理念，结合船厂现有的起重、移位设备能力及建造工艺，综合考虑钻井船的结构特点，将钻井船主船体划分为三个区域进行同时建造[4]。为了方便各个区域的施工，区域之间保持1 m的间隔，相互之间互不干涉保持相对独立，建造完成以后通过移位进行整船的合拢。多岛并行建造法见图1。

对钻井船主船体进行区域划分时，综合考虑钻井船的结构特点、各区域施工工作量的平衡以及划分区域的重量，同时保证舯部钻台区域的完整以进行钻台的装焊。钻井船艏半岛区域从FR186+200 m处至船艏，总长约91.2 m，主要包括泥浆池、泥浆泵舱、艏部推进器舱等结构，根据艏部结构特点，结合船厂的工艺要求，艏半岛共划分为38个分段，建造时以艏机舱为中心展开建造。舯半岛的区域从FR89+200 mm处至FR186+200 mm处，总长约67.9m，主要包括月池、袋装品间等结构，左右结构基本对称，划分时考虑舯半岛月池大开口区域的特殊性，舯半岛共划分为40个分段，建造时围绕钻井区域为中心展开建造。艉半岛的区域范围从尾封板至#89+200 mm处，总长约69.5 m，主要包括机舱、泵舱、配电间及燃油舱等结构。考虑到公司分段流转最大长度约为20 m，结合结构特点和舱室性能，艉半岛共划分为30个分段，建造时围绕艉机舱为中心展开建造。最终，将钻井船主船体划分为3个独立的区域和108个分段，分段及区域划分见图2。

图2 分段及区域划分

2 巨型总段移位工艺

综合考虑钻井船舯半岛主要包含钻井区域，上部需要安装钻台结构，施工工作量偏大，而且舯半岛包含大开口月池结构，容易发生变形，不适合进行移位，因此选取舯半岛作为基准区域，艏半岛和艉半岛分别向中部移位，完成整船的合拢[5]。目前巨型总段移位广泛采用的移位方案主要有4种：分别是动力头运输、气囊滑移、轨道小车以及使用三维调整仪设备，这几种运输方式对比见表1。

根据不同移位方案的优缺点，考虑到技术可行性、资源配置便利性以及成本控制等因素，在广泛采用的4种移位方案中，选取三维调整仪方案作为本钻井船巨型总段移位方案。

综合考虑艏半岛和艉半岛的重量重心，以及三维调整仪单台6 000 kN的顶升移位能力，进行顶升点的布置。艏半岛总重约为118 600 kN，包含结构重量和预估舾装重量，进行总段移位时，底部布置24台三维调整仪。

艉半岛总重约为100 100 kN，包含结构重量和预估舾装重量，进行总段移位时，底部布置21台三维调整仪。艏半岛和艉半岛在建造时，坞墩布置需要考虑三维调整仪顶升的预留位置及行走路线。艏半岛和艉半岛移位到位以后，三维调整仪移出坞底，局部区域使用坞墩补强。艏半岛和艉半岛的三维调整仪布置方案见图3。

艉半岛巨型总段线型较大，使用三维调整仪进行移位时，需要设计支撑工装，用于支撑线型较大处的外板，由于支撑结构较高，考虑到运输时的稳定性，需要多个支撑点相互连接，构成桁架结构。艉部移位支撑工装设计时主要支撑构件采用300×300H型钢，斜撑构件采用100×100H型钢，材质均为AH36。移位支撑工装设置见图4。

表1 不同巨型总段移位方案的优缺点

图3 艏半岛和艉半岛的三维调整仪布置

图4 艉部移位支撑工装设置

3 结构强度校核

以预先规定的某一计算载荷为基础，计算应力σ并与许用应力[σ]相比较，检验结构强度是否足够。在巨型总段移位工况下，计算载荷为总段的重力。

σ≤[σ]=Fy×F.S.

(1)

式中：Fy为结构材料的危险应力，取材料的屈服极限强度;F.S.为安全系数，根据载荷工况和变形特征参照规范选取。参照ABS规范对运输工况强度校核的规定，取0.7[6]。

采用MSC.Patran有限元软件建立有限元分析模型，运用MSC.Nastran软件进行有限元分析[9]，得到的强度计算结果见表2。

表2 有限元强度校核计算结果

通过对艏半岛、艉半岛以及支撑工装进行强度校核发现，在巨型总段移位过程中，主船体结构以及支撑工装均满足强度要求。

4 结论

将主船体划分为3个独立的区域进行同时建造，建造完成后使用三维调整仪设备进行艏艉半岛的移位，完成整船的合拢，提高了建造效率。首次采用并行工程理论与钻井船建造相结合，充分利用设备移位能力。在后续的研究中，可以充分考虑各个半岛的舾装工作量，优化多岛的划分数量及划分界限，进一步提高建造效率。