CN105370215B - 一种海洋瓶颈式塔形井架及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋瓶颈式塔形井架及其制作方法，本发明依靠型钢组焊工装组合焊接制造并用螺栓整体连接的方法而得，组焊工装可使立柱角钢十字形拼焊结构件快速准确定位、夹紧，在装夹工装上采取先进的制作和焊接工艺，完成连接装置的焊接及快速加工。与现有技术相比，本发明单纯依靠型钢拼焊而成，结构简单、总重量轻、强度高、刚性好，保证井架组合质量，解决制造过程中工件的组装困难、焊接质量差、焊接变形、连接孔定位偏差等问题。

Description

一种海洋瓶颈式塔形井架及其制作方法

技术领域

本发明涉及海洋钻机技术领域，具体涉及一种海洋瓶颈式塔形井架及其制作方法。

背景技术

目前, 国内海洋钻机井架仍存在品种较少、规格不齐、适应性不强的问题, 尤其是深水钻机井架和超深水钻机井架仍处于概念设计阶段。井架的制造质量与井架的可靠性密切相关。制造工艺能否反映设计意图, 需要先进的制造工艺与设备来保证。目前的做法一是制作大型焊接工作平台, 按井架图纸进行 1B 1放样, 制定严格的 PQR及 WPS文件,对结构进行尺寸、质量及形位公差控制, 对关键工序制作专用工装并进行检测跟踪。二是增加下料辅助设备, 如光电下料设备、数控等离子火焰两用切割机、仿形切割机、倒角机、管子加工车床, 对井架板材进行下料、倒坡口, 对管材进行焊口加工, 以保证焊接质量。三是引进大型加工机床, 如数控车床、数控铣床以及数控镗床等,保证井架的加工精度。四是建造大型井架钢结构生产车间。如南阳二机石油装备 (集团 ) 有限公司引进的数控镗铣加工中心 ACC180- 420 , 能完成对 12m @3 m大型井架单片的一次端面铣削、镗孔, 保证井架单片间接触的面积, 保证连接孔的精度。但目前井架的整体制作精细度和生产规模与国外专业的石油井架制造商相比仍有较大差距。因此, 为适应新形势下的海洋钻井需要, 研究和开发出多规格、多品种、高强度、海洋钻机井架, 就显得尤为重要。

发明内容

为解决上述缺陷，本发明的目的是提供一种海洋瓶颈式塔形井架，该井架的整体制作精细度和生产规模能与国外专业的石油井架制造商相媲美，长效防腐质量或外观质量满足发达国家对涂装防腐的要求。

本发明的另一目的是提供一种海洋瓶颈式塔形井架的制作方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种海洋瓶颈式塔形井架，包括井架主体，所述井架主体具有设在下部的直段和设在上部的收口段，所述直段和收口段均包括若干斜撑及横撑，且所述直段还包括若干直立柱本体，所述收口段还包括若干斜立柱本体，所述直立柱本体与所述斜立柱本体均固定有斜撑的一端，所述斜撑的另一端与所述横撑固定，所述横撑也分别与所述直立柱本体、所述斜立柱本体固定；所述直立柱本体及所述斜立柱本体均是由一对角撑呈十字形焊接而成，所述角撑十字焊接处设有筋板，且所述角撑还分别固定有连接板和底板。

优选的是，所述横撑、所述斜撑及所述角撑均采用标准型钢。

所述海洋瓶颈式塔形井架在组装时采用螺栓快速连接各部件。

一种海洋瓶颈式塔形井架的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

1）采用带锯机切割下料直立柱本体和斜立柱本体所用的拼焊角撑，在长度方向留15mm加工余量；

2）用数控火焰切割机切割所述连接板、筋板及其他零部件成活；

3）用液压机校正所述斜撑、横撑、角撑及斜支柱，满足图纸要求；

4）所述角撑呈十字形拼焊时采用定位工装，所述定位工装包括固定座，所述固定座上方设有呈叠加形状的若干定位块，所述直立柱本体中的一对角撑放置在所述若干定位块叠加形成的空间内，所述若干定位块叠加后的两侧分别设有夹紧块，其中一夹紧块一侧设有固定螺母，所述固定螺母上丝接有调节丝杠，所述角撑在呈十字形焊接时，焊接处还设有定位撑；

5）所述角撑十字形焊接后在所述定位工装上进行尺寸校核，同时进行交叉定位点焊；

6）利用45°定位装置，将瓶颈式塔形井架立柱组件的焊缝旋转到船形焊焊接位置定位、夹紧；

7）所述直立柱本体、斜立柱本体各组件焊接时采用埋弧自动焊焊接；

8）所述直立柱本体、斜立柱本体各组件焊接后，利用液压机矫正焊接变形；

9）所述直立柱本体、斜立柱本体各组件焊接后按照设计要求检查其截面尺寸、直线度、平面度；

10)钻孔时以已铣一端面为基准，利用数控机床在定位工装上快速装夹，按照设计要求予以钻孔。

上述制作方法中的焊接工艺为：

1）所述角撑呈十字形拼焊时，焊缝采用埋弧自动焊接，焊材选用SJ101焊剂、H10Mn2焊丝，其中所述H10Mn2焊丝化学成分重量百分比为：C≤0.12%，1.50%≤Mn≤1.90%，Si≤0.07%，S≤0.035%，P≤0.35%， Ni≤0.30%，Cr≤0.20%，Cu≤0.35%，且所述H10Mn2焊丝直径为Φ4.0mm，电流（A）为480～520（A），电弧电压为28～30（V），焊接速度为450～480（mm/min），极性为直流反接；所述SJ101焊剂在使用前须经300～350°烘陪1～2小时；

2）所述筋板焊缝采用CO2气体保护焊，采用ER50-G气保焊丝，所述ER50-G气保焊丝化学成分重量百分比为：C≤0.10%，Mn≤1.26%，Si≤0.57%，S≤0.011%，P≤0.014%，Cu≤0.18%，Ti≤0.12%；所述ER50-G气保焊丝直径为φ1.2mm，电流为200～220（A），电弧电压为24～26（V），焊接速度为180～200（mm/min），极性为直流反接。

本发明中的井架主体为成型角钢拼焊、采用螺栓连接的快速拆装结构件。这种成型角钢拼焊结构制造的井架总重量轻但可以承担较大的钻井负荷，成型角钢拼焊结构形式及焊接、制造过程中几何尺寸控制方法以及井架整体采用螺栓快速拆装，对拼焊角钢的焊接参数进行了多次试验验证；制作了焊接工装；各角钢焊接后连接螺栓孔在数控机床上进行加工；整体组装前进行了小部件预装，保证了整体组装质量。

本发明依靠型钢组焊工装组合焊接制造并用螺栓整体连接的方法而得，组焊工装可使立柱角钢十字形拼焊结构件快速准确定位、夹紧，在装夹工装上采取防变形措施，完成连接装置的焊接及快速加工；所述直立柱本体和所述斜立柱本体中的角撑在十字形焊接时使用所述定位工装，使结构件快速准确定位、夹紧，保证直立柱本体的截面尺寸，同时也方便了测量，装卸工件更方便；所述直立柱本体和所述斜立柱本体在下料时长度方向留有加工余量，便于端部进行二次加工时不影响总体尺寸；采用数控火焰切割机切割连接板及筋板，工作效率高，尺寸准确；采用液压机校正各组件，使其符合设计要求；所述角撑在进行十字形焊接后进行交叉定位点焊，防止焊接后的角撑变形；所述直立柱本体及所述斜立柱本体焊接时采用埋弧自动焊接，焊接效率高，质量有保证，同时工人劳动条件也得到改善；所述定位工装设有的调节丝杠、定位块、夹紧块，精确保证角撑的截面尺寸以及快速夹紧制造；所述定位撑的45°定位，将立柱组件的焊缝旋转到船形焊焊接位置，实现埋弧自动焊焊接；采用立柱型钢拼焊结构提高瓶颈式塔形井架承载能力，螺栓连接实现快速拆装。

与现有技术相比，本发明单纯依靠型钢拼焊而成，结构简单、总重量轻、强度高、刚性好，保证井架组合质量，解决制造过程中工件的组装困难、焊接质量差、焊接变形、连接孔定位偏差等问题。

附图说明

下面根据附图及实施例，对本发明的结构和特征做进一步描述。

图1是本发明的结构示意图。

图2是所述直立柱本体的结构示意图。

图3是图2中A向剖面结构示意图。

图4是所述定位工装工作时的结构示意图。

图5是图4中B向剖面结构示意图。

图6是所述工装支撑的结构示意图。

图1～图6中，1.直立柱本体，2.斜撑，3.连接板，4.横撑，5.斜立柱本体，6.底板，7.筋板，8.角撑Ⅰ，9.角撑Ⅱ，10.固定座，11.定位块Ⅰ，12.待焊工件，13.定位工装，14.定位块Ⅱ，15.定位块Ⅲ，16.夹紧块，17.固定螺母，18.调节丝杠，19.定位撑，20.收口段，21.直段。

具体实施方式

参看图1～图6，一种海洋瓶颈式塔形井架，包括井架主体，所述井架主体具有设在下部的直段21和设在上部的收口段20，所述直段21和收口段20均包括若干斜撑2及横撑4，且所述直段21还包括若干直立柱本体1，所述收口段20还包括若干斜立柱本体5，所述直立柱本体1与所述斜立柱本体5均固定有斜撑2的一端，所述斜撑2的另一端与所述横撑4固定，所述横撑4也分别与所述直立柱本体1、所述斜立柱本体5固定；所述直立柱本体1及所述斜立柱本体5均是由角撑Ⅰ和角撑Ⅱ呈十字形焊接而成，所述角撑Ⅰ和角撑Ⅱ十字焊接处设有筋板，且其中一角撑还分别固定有连接板3和底板6。

优选的是，所述横撑4、所述斜撑2、所述角撑Ⅰ及角撑Ⅱ均采用标准型钢。

所述海洋瓶颈式塔形井架在组装时采用螺栓快速连接各部件。

本发明在具体制作时，采用如下制作过程：

1）采用带锯机切割下料直立柱本体和斜立柱本体所用的拼焊角撑，在长度方向留15mm加工余量；

2）用数控火焰切割机切割所述连接板、筋板及其他零部件成活；

3）用液压机校正所述横撑、斜撑、角撑及斜支柱，满足图纸要求；

4）所述角撑呈十字形拼焊时采用定位工装，所述定位工装包括固定座，所述固定座上方设有呈叠加形状的若干定位块，所述直立柱本体中的一对角撑放置在所述若干定位块叠加形成的空间内，所述若干定位块叠加后的两侧分别设有夹紧块，其中一夹紧块一侧设有固定螺母，所述固定螺母上丝接有调节丝杠，所述角撑在呈十字形焊接时，焊接处还设有定位撑；

5）所述角撑十字形焊接后在所述定位工装上进行尺寸校核，同时进行交叉定位点焊；

6）利用45°定位装置，将瓶颈式塔形井架立柱组件的焊缝旋转到船形焊焊接位置定位、夹紧；

7）所述直立柱本体、斜立柱本体各组件焊接时采用埋弧自动焊焊接；

8）所述直立柱本体、斜立柱本体各组件焊接后，利用液压机矫正焊接变形；

9）所述直立柱本体、斜立柱本体各组件焊接后按照设计要求检查其截面尺寸、直线度、平面度；

10)钻孔时以已铣一端面为基准，利用数控机床在定位工装上快速装夹，按照设计要求予以钻孔。

上述制作过程中的焊接工艺为：

1）所述角撑呈十字形拼焊时，焊缝采用埋弧自动焊接，焊材选用SJ101焊剂、H10Mn2焊丝，其中所述H10Mn2焊丝化学成分重量百分比为：C≤0.12%，1.50%≤Mn≤1.90%，Si≤0.07%，S≤0.035%，P≤0.35%， Ni≤0.30%，Cr≤0.20%，Cu≤0.35%，且所述H10Mn2焊丝直径为Φ4.0mm，电流（A）为480～520（A），电弧电压为28～30（V），焊接速度为450～480（mm/min），极性为直流反接；所述SJ101焊剂在使用前须经300～350°烘陪1～2小时；

2）所述筋板焊缝采用CO2气体保护焊，采用ER50-G气保焊丝，所述ER50-G气保焊丝化学成分重量百分比为：C≤0.10%，Mn≤1.26%，Si≤0.57%，S≤0.011%，P≤0.014%，Cu≤0.18%，Ti≤0.12%；所述ER50-G气保焊丝直径为φ1.2mm，电流为200～220（A），电弧电压为24～26（V），焊接速度为180～200（mm/min），极性为直流反接。

本发明中的井架主体为成型角钢拼焊、采用螺栓连接的快速拆装结构件。这种成型角钢拼焊结构制造的井架总重量轻但可以承担较大的钻井负荷，成型角钢拼焊结构形式及焊接、制造过程中几何尺寸控制方法以及井架整体采用螺栓快速拆装，对拼焊角钢的焊接参数进行了多次试验验证；制作了焊接工装；各角钢焊接后连接螺栓孔在数控机床上进行加工；整体组装前进行了小部件预装，保证了整体组装质量。

本发明单纯依靠型钢拼焊而成，结构简单、总重量轻、强度高、刚性好，保证井架组合质量，解决制造过程中工件的组装困难、焊接质量差、焊接变形、连接孔定位偏差等问题。

以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种海洋瓶颈式塔形井架的制造方法，该海洋瓶颈式塔形井架包括井架主体，所述井架主体具有设在下部的直段和设在上部的收口段，其特征在于：所述直段和收口段均包括若干斜撑及横撑，且所述直段还包括若干直立柱本体，所述收口段还包括若干斜立柱本体，所述直立柱本体与所述斜立柱本体均与所述斜撑的一端固定，所述斜撑的另一端与所述横撑固定，所述横撑也分别与所述直立柱本体、所述斜立柱本体固定；所述直立柱本体及所述斜立柱本体均是由一对角撑呈十字形焊接而成，所述角撑十字焊接处设有筋板，且所述角撑还分别固定有连接板和底板；该海洋瓶颈式塔形井架的制造方法包括焊接工艺和制作工艺，所述焊接工艺为：

1）所述角撑呈十字形拼焊时，焊缝采用埋弧自动焊接，焊材选用SJ101焊剂、H10Mn2焊丝，其中所述H10Mn2焊丝化学成分重量百分比为：C≤0.12%，1.50%≤Mn≤1.90%，Si≤0.07%，S≤0.035%，P≤0.35%， Ni≤0.30%，Cr≤0.20%，Cu≤0.35%，且所述H10Mn2焊丝直径为Φ4.0mm，电流为480～520A，电弧电压为28～30V，焊接速度为450～480mm/min，极性为直流反接；所述SJ101焊剂在使用前须经300～350°烘焙1～2小时；

2）所述筋板焊缝采用CO2气体保护焊，采用ER50-G气保焊丝，所述ER50-G气保焊丝化学成分重量百分比为：C≤0.10%，Mn≤1.26%，Si≤0.57%，S≤0.011%，P≤0.014%，Cu≤0.18%，Ti≤0.12%；所述ER50-G气保焊丝直径为φ1.2mm，电流为200～220A，电弧电压为24～26V，焊接速度为180～200mm/min，极性为直流反接；

所述制作工艺为：

1）采用带锯机切割下料直立柱本体和斜立柱本体所用的拼焊角撑，在长度方向留15mm加工余量；

2）用数控火焰切割机切割所述连接板、筋板及其他零部件成活；

3）用液压机校正所述横撑、斜撑、角撑及斜支柱，满足图纸要求；

4）所述角撑呈十字形拼焊时采用定位工装，所述定位工装包括固定座，所述固定座上方设有呈叠加形状的若干定位块，所述直立柱本体中的一对角撑放置在所述若干定位块叠加形成的空间内，所述若干定位块叠加后的两侧分别设有夹紧块，其中一夹紧块一侧设有固定螺母，所述固定螺母上丝接有调节丝杠，所述角撑在呈十字形焊接时，焊接处还设有定位撑；

5）所述角撑十字形焊接后在所述定位工装上进行尺寸校核，同时进行交叉定位点焊；

6）利用45°定位装置，将瓶颈式塔形井架立柱组件的焊缝旋转到船形焊焊接位置定位、夹紧；

7）所述直立柱本体、斜立柱本体各组件焊接时采用埋弧自动焊焊接；

8）所述直立柱本体、斜立柱本体各组件焊接后，利用液压机矫正焊接变形；

9）所述直立柱本体、斜立柱本体各组件焊接后按照设计要求检查其截面尺寸、直线度、平面度；

10)钻孔时以已铣一端面为基准，利用数控机床在定位工装上快速装夹，按照设计要求予以钻孔。

2.根据权利要求1所述的海洋瓶颈式塔形井架的制造方法，其特征在于：所述横撑、所述斜撑及所述角撑均采用标准型钢。

3.根据权利要求1所述的海洋瓶颈式塔形井架的制造方法，其特征在于：所述海洋瓶颈式塔形井架在组装时采用螺栓快速连接各部件。