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升降式水上泡沫钻探平台的研究生产管理QC小组CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•1小组概况•1.1小组注册情况•表1小组情况表CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•1.2小组成员情况CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•1.3小组活动情况•小组本课题活动情况见表3。CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•为保证QC小组活动有序展开，我们对各阶段的计划进行了安排。CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•2.选择课题•2.1问题提出•2004年我院研究开发了水上泡沫钻探工作平台“水上钻探泡沫平台”，该平台装置能在水上进行钻探作业，但在浅海区，和水位波动的河流，受潮汐和水流影响，容易搁浅，存在安全隐患，只能在平静水面使用，适用性较差。CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.图片1本次QC小组活动前的水上泡沫钻探平台CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•2.2确定课题•我们QC小组结合自身实际，运用质量管理的方法指导工作，确保安全、经济、高效的完成升降式水上泡沫钻探平台的研制。经过小组成员讨论，一致决定本QC小组活动要攻克的课题为：升降式水上泡沫钻探平台的研究CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•3.设定目标•目标一：根据互联网查询，本地区潮汐变化高差最大为3.2m，最大风浪高度4.8m，，河流水库水位最大高差3.8m，再考虑其它安全因素，所以设定钻探平台起升高度为10m。•目标二：根据300型工勘钻机设备和人的重量为6T，按照《电力工程钻探技术规程（DL/T5096-2008）》的要求，水上钻探平台载重安全系数为5，所以设计平台有效浮力30T。设备要求便于拆卸搬运。CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•4.提出方案并确定最佳方案•4.1钻探平台方案•从适用水域的钻进平台深度上划分，可划分为深水钻进平台和浅水钻进平台。从国内目前使用的水上钻探平台类型看，主要有以下方案：①固定平台；②船式（单体船和双体船）平台；③拼装浮动平台。CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•三种方案对比：•①固定平台：如海洋石油钻井平台，一般属于深水钻进平台，它是制约深海石油勘探的关键设备。由于石油勘探深度达几千米，且海水则受波浪、潮汐等综合影响，水情变化复杂，起落频繁，所以海洋石油钻井平台往往体大量重，使用的海上钻探平台重量从100吨级到1000吨级。这样的平台与我们的使用环境有很大的差异，我们没有能力和必要建设那么大的钻探平台。与目标不符。CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•②船式（单体船和双体船）平台：与海洋石油钻井平台截然不同的是，在国内尤其是广西地区输变电、水电、核电项目的前期勘测生产过程中，经常遇到需要在近海、江河湖泊进行勘察钻探的情况。由于是近水勘探，一般钻孔直径小、孔深浅（深度在100m以内），勘探深度远小于石油勘探，但是搬迁频繁，且现场条件千差万别，所以使用的水上钻探平台与也海洋石油钻井平台有着本质区别。适用于输变电、水电、核电项目的浅水近海钻探平台必须具有可短时间装拆、重量轻、可自行升降以避免水流和潮汐影响、整体强度高并可抵抗一定级别风浪、防腐性能较好等特点。因此使用的水上钻探平台规模小、重量小，一般小至几吨，大到100吨级。但是该平台存在以下缺点：1）整体重量大，平台的浮体船舱要达到设计的浮力，船舱的体积要求大，因此平台运输、组装、拆卸必须要有起重设备，对于很多输变电、水电、核电工程来说现场条件往往不具备，使用起来不方便；与目标不符。2）平台采用钢板包覆的船舱浮体，钢板受海水腐蚀严重，使用寿命短；更为严重的是封闭船舱一旦破损，平台有沉没的危险。CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•③拼装浮动平台：我院近几年完成的勘察项目中，有水上勘察钻探的项目约30项，主要有钦州跨海高压输电线路、广西防城港核电厂一期勘察，力丘河金顶水电站勘察，长洲水利枢纽三线四线船闸，南宁电厂勘察，柳南铁路勘察，北海电厂勘察，钦州电厂海堤，来宾电厂灰坝等。在这些项目中使用的水上钻探平台均采用拼装浮动平台、包括拼油桶平台、拼装泡沫平台、拼装木板棚架管平台等。在浅海中的应用效果更显著，由于平台轻便，移孔就位时更容易和便利，大大地降低了劳动强度和节约了平台材料的成本，组合拆卸方便，移动性好等特点获得钻探人员的好评。提高了现场的工作效率，取得明显的经济效益。与目标相符。•结合我们的勘探业务范围和环境影响，因此采用③“拼装浮动平台”方案。CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•4.2平台升降方案•平台升降方式，要解决潮汐、水位升降、水流冲击的影响。主要有以下方案：①管柱支撑升降式；②充气橡胶升降式；③泡沫堆积升降式。CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•通过上述比较试验分析，选择①“管柱支撑升降式”作为平台升降方案最佳方案。•4.3平台材料方案•性能要求：•（1）韧性好、耐低温、耐扯裂，抗冲击性能优异，尤其适合于海上冬天作业使用。•（2）重量轻，便于安装和拆卸，运输方便，运输转移成本低。•（3）抗风浪冲刷，耐海水腐蚀，抗老化，使用寿命长，可长期在海水中平台浸泡，使用期可在10年以上。•（4）浮体材料不会产生积水渗漏问题，平台的承载能力能保持稳定；•根据以上四点，我们选择了泡沫浮体材料、木材、油桶进行实验和论证，能满足以上四点的是泡沫浮体材料CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•对泡沫浮体材料有以下性能要求：•（1）泡沫材料要具有长期泡在海水的吸水性极低的性能，使得泡沫浮体平台受载的重量不大于泡沫材料的排水量时，不会发生沉没的危险；•（2）泡沫浮体材料的强度要高，但密度要低，易于水上漂浮。•（3）泡沫浮体材料中的孔穴相互独立，为闭孔泡沫材料。当发生被锐器刺破或碰损某一部位时，平台的承载能力不会发生明显变化。•（4）泡沫浮体材料的吸水性差，可长期泡在水中不降低其浮力•（5）泡沫浮体材料的材料来源广，技术成熟，采购成本低。•（6）容易保养，养护成本低。•主要有以下方案：①化学交联聚乙烯泡沫塑料；②聚苯乙烯泡沫塑料；③聚氨酯泡沫塑料；④软质聚氯乙烯泡沫塑料•对上述4种材料进行比较试验：CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.通过上述比较试验分析，化学交联聚乙烯泡沫塑料方案符合性能要求。选择方案一①“化学交联聚乙烯泡沫塑料”方案为优选方案。CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•4.4确定最佳方案•确定最佳方案如下：CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•5制定对策CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•6.对策实施•对策实施一：选取浮体框架的材料•设计浮体材料框架：•（1）固定限制泡沫浮体材料。设计的泡沫浮体材料主要为4组，每组为7块2.0m×0.6m×1.0m的泡沫块组成。浮体框架的主要作用是固定每组泡沫浮体，使每组泡沫的浮力充分发挥；•（2）连接泡沫浮体与整个平台，是泡沫浮体产程的浮力作用于整个平台。•通过泡沫浮体框架与平台的横梁连接架连接，使每组的泡沫浮体材料产生的浮力作用与平台的连接横梁架，进而浮起整个钻探平台。•浮体材料框架的设计要求：•（1）重量轻；•（2）泡沫浮体框架应为可拆卸的组合式结构；•（3）其强度能够达到围固泡沫浮体材料的目的；•（4）泡沫浮体框架与平台横梁连接架能够有效的连接；•浮体框架材料的选择•根据设计要求的重量，每组泡沫浮体框架的重量小于300kg以便人工搬运；有足够的强度；组合方便。所以选择结构用方型管钢。选择30×30×2.0的方管钢作为浮体框架材料。CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•实施一效果检查：•根据现有方管钢的型号及规格尺寸，计算每件的组合框架重量小于300kg。达到对策目标的要求，•对策实施二：设计浮体框架的结构及连接•浮体框架结构方案初步选择为2种。•图2为第一种方案。其结构为框架结构，分上下、左右、前后6面。每面用30×30×2.0方管钢焊接成面。其中左右面、前后面与上面为焊接，下面与左右面、前后面为活动的螺栓连接。4个浮体框架之间用10#的等边角钢螺栓连接。主纵梁放置在4个浮体框架的上方，主纵梁与四个浮体框架之间用连接座螺栓连接。总体结构方案1参见图2所示。•方案一的效果检查：•1）浮体框架只有一面是螺栓连接，其它几面是焊接，框架的总体强度较好，拼装方便快速；•2）框架的几个面焊接后，由于一个组合框架重量较重、体积较大，人工搬运及运输不方便；•3）四个浮体框架之间采用10#等边角钢螺栓连接，稳定性好，但单个浮体框架重量增加，搬运不方便；•4）主纵梁与框架的连接采用焊接在浮体框架上的连接座螺栓连接，连接螺栓多，定位困难；CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•图3为第二种方案。其结构为框架结构，分上下、左右、前后6面。每面用30×30×2.0方管钢焊接成面。其中左右面、前后面与上下面皆为活动的螺栓连接。4个浮体框架之上分别连接有用10#槽钢焊接而成的连接横梁架，而4个连接横梁架的侧面与2条25#工字钢主纵梁的侧面螺栓连接。•方案二的效果检查：•1）浮体框架的6个面之间全部用螺栓连接，框架拼装方便、快速；•2）框架的几个面采用螺栓连接，一个组合框架拆分后重量较轻、体积小，人工搬运及运输方便；•3）四个浮体框架之上分别采用10#槽钢焊接而成的横梁架螺栓连接，而横梁架侧面连接于主纵梁的侧面，连接强度好；•4）主纵梁与横梁架的螺栓连接定位困难；•5）4个连接横梁架之间除主纵梁外，没有连接，抗压能力较之方案一稍差。CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•实施二效果检查：通过两种方案的效果检查做对比分析，我们决定采用方案二的结构方式。方案二的框架结构重量为285kg，达到了对策目标。•对策实施三：选取支腿材料•升降式水上钻探泡沫平台不同于普通的水上钻探平台的特点是，升降式水上钻探泡沫平台在水上作业时，整个平台在水面以上一定高度作业，平台依靠几个支撑支腿固定支撑于水面以下的水底岩土层上。平台上的人员作业不受潮汐、水位变化的影响，水上钻探人员的工作条件有很大的改善，钻探作业的效率有很大的提高。所以支撑支腿的好坏直接影响平台的稳定及工作安全。平台工作对支撑支腿的主要要求如下：•（1）支腿材料的强度及变形满足平台的要求；•（2）支腿支撑的稳定性要满足平台工作要求；•（3）支腿材料要强度高、重量轻、便于运输、搬运及装卸；•（4）单段支腿的重量小于300kg，便于人员装卸；•（5）支腿各段之间的连接、支腿与平台的连接要牢固、强度高；•（6）支腿与支撑管靴之间的连接简便、牢固；•（7）平台与支撑支腿之间可固定，同时平台与支腿可延垂直方向相对移动。•支撑支腿材料的选择•根据平台支撑支腿的作用、平台设计的要求及查文献资料，初步可选的材料有：无缝钢管、型钢（工字钢、槽钢、钢轨等）、高强度合金钢钢管等材料。材料规格尺寸参见下表CHINAENERGYENGINEERINGGROUPCO.,LTD.•上述材料列表中，从材料作为支撑管住的支撑受力特性来看，钢管是作为柱支撑的最好材料。从材料重量来看，高强度合金钢管及槽钢是最轻的。从材料的强度