摘要：本文从海洋工程平台的发展历史出发，着重介绍各类海洋平台的的技术特征，海洋工程制造中主要的用材和关键焊接技术的分析研究，并以 JU2000 自升式平台为例，重点介绍 JU2000 自升式平台桩腿、导管架等部件的焊接工艺特点。

0、引言

地球上油气资源总储量的约 70%孕藏于海洋。海底蕴藏着丰富的油、气资源。据统计，世界油气远景面积 7746.3 万平方公里，其中海底约 2639.5 万平方公里，占 34%。

海洋石油蕴藏量约 1000 多亿吨，探明储量 380 多亿吨。海洋天然气储量约 140 万亿立方米，探明储量约 40 万亿立方米。已有 100 多个国家进行海上油、气勘探，其中对深海海底勘探的有 50 多个国家。

我国海洋工业开始于 60 年代末期，最早的海洋石油开发起步于渤海湾地区，该地区典型水深约为 20 米。到了 80 年代末期，在南中国海的联合勘探和生产开始在水深 100米左右水深的范围内进行。现在我国正加快南中国海油气资源的勘探开发。鉴于此由国家发展改革委员会牵头，组织中石油、中石化、中海油三大石油公司参与，投入大量资金，共同研究深海海洋油气开发技术

1、海洋石油资源及勘探开发现况

中国近海石油约有 240 亿吨资源量，14万亿立方米天然气资源量。发现了 71 个含油、气构造，获地质储量石油12亿吨，天然气2350亿立方米。已有25个海上油、气田投入开发，形成了一个海上油气产业。近年来，在南沙海域发现7个油气盆地。总资源量达 320-430 亿吨，是世界四大油气区之一。

海上石油开发，必然使开发海上石油的装置——各种海洋平台得到迅速发展。

1887 年美国加利福尼亚海岸，利用码头栈桥打出第一口井，也是第一个海上“钻井平台”。到 1900 年，钻井平台已到达离岸 150mm 的水上钻井。而后逐渐向远处发展，到上世纪30年代第二次世界大战前夕，在离得克萨斯州的麦克法丁（Mcfaddin）海湾约1.61km处建立起一座 15m×27m 的平台，该处的水深3-4.5m。平台全是木制的，其水下基础及平台均由柏木制成。

第二次世界大战期间，由于战争因素，科学技术的进步为海上石油开发工程提供了坚实的技术基础和发展前景。1947 年建造了第一座设备比较齐全的自容式平台。自此之后，自容式平台得到迅速发展，超深的固定式平台也出现了，由于导管架系固定式，对于勘探性钻井和深水区采油均有不利，因此在导管架平台发展的同时，移动式平台也得到了发展。第一座真正的自升式平台是 1954 年建造的“迪朗·麦克德英特 1 号”。随着海上钻采作业向远离海岸的深水区发展，一种新型的钻井装置——漂浮式钻井装置诞生了，先是钻井船后是半潜式平台。

随着世界各国经济的飞速发展，我国海洋开发事业也取得了进一步推进，各类海洋工程产品需求十分旺盛，加上如今我国造船企业成长迅速，推动我国海洋工程装备制造业走上了一个新的高度。近年来，与兴旺的造船市场相似，海洋工程建造市场也空前繁荣，这无论是对海洋开采业，还是对日益壮大的我国船舶工业来说，都是一次重大的机遇。

2、目前主要各类海洋工程的技术特征

海洋工程的领域中大致可以分为七大海洋工程产品，其中主要有:

2.1、自升式钻井平台

自升式钻井平台其主体 能自行在海面升降的平台，属于移动平台，图 1 所示。

2.2、半潜式钻井平台

半潜式钻井平台主要由浮体、立柱和工作平台三大部分组成，图2所示。

2.3、张立腿平台

张力腿平台（TLP）是一种垂直系泊浮式平台，图3所示。

2.4、立柱式平台

其主要特点吃水很深， 水线面相对较小柱体底部 装有压载使平台重心低于? 浮力 保证了平台稳性和垂 直方向稳定，减少纵摇，图4所示。

2.5、浮式生产储卸油船

浮式生产储卸油船简称（FPSO）是由锚系到海底的大型油船型驳船结构所组成，图5所示。

2.6、海洋工程作业船

海洋工程作业船是指能独立从事海洋工程作业，为海洋油气勘探开发工程系统提供配套装备的工程作业和技术支持服务的工程船，图6所示。

2.7、海洋工程辅助船

所谓海洋工程辅助船是指为海洋油气勘探开采提供配套服务的辅助工程船舶，其主 要有三用工作船、平台供应船、油田守护船，图7所示。

3、海洋工程制造中关键焊接技术的分析研究

由于深海自然环境条件严酷，深海平台必须具备进入恶劣的海洋环境作业的能力。

300 米——3000 米范围的深海工程问题是我国海洋工程学术界和工业部门的热点，其核心问题是深海平台的安全性。且安全性中很重要的一点就是平台的用钢和钢的焊接性问题。

海洋工程结构大多采用低合金高强钢其焊接接头的质量性能指标中有一个非常重要的指标，那就是韧性。所谓韧性是指材料在外载荷作用下抵抗开裂和裂缝扩展的能力，也就是材料在断裂前经历的弹塑性变形过程中吸收能量的能力，他是强度和塑性的综合体现。海工结构和大型船舶的焊接创新，必须保证焊接接头具有足够的韧性，这是焊接创新的前提。

海洋工程结构在钢材选用上必须满足海洋工程的特殊要求，取得船级社的认可，具有各种特殊性能，尤其是低温韧性。为了减轻海洋工程结构的重量，同时又增加结构整体的安全性，采用材料的强度级别也越来越高，材料厚度也不断增加，最大厚度达到 210mm。这种高强度、大厚度材料对焊接技术提出了更高的要求。

对于这样的高强度大厚板的海洋平台用钢常见的问题有：

3.1、焊接冷裂纹

由于这些高强钢都是大厚度的，所以焊接时拘束比较大，而且这种钢大部分都是经过 TMCP 处理的，经过 TMCP 处理后，氢在高强钢母材、热影响区、焊缝中的溶解度依次加大。在母材中，氢扩散的主要路径为等轴铁素体，铁素体渗碳体（珠光体）等区表面的晶粒边界上；在热影响区，氢扩散的主要路径为针状或板条状贝氏体区表面的晶界上；在焊缝中，氢扩散的主要路径为铁素体，针状铁素体边界区的断晶边界上。可见在稍有缺陷的焊接接头上，氢极易聚集，诱发氢致裂纹，所以这种钢的焊接易产生冷裂纹。

3.2、层状撕裂

海洋钻井平台的重要节点由于是大厚度管件相交，其角接头厚度方向拘束度大，当钢材厚度方向受力时，在近缝区的母材上有可能产生层状撕裂。层状撕裂也是海洋工程焊接的重要问题。

3.3、低温韧性

海洋工程中的焊接接头都是在很恶劣的环境下工作的，特别是像深海平台中的接头。他们其中很多接头都是在深海当中，由于深海中温度很低，所以深海平台中焊接接头的低温韧性问题很重要。

4、海洋平台常用材料

4.1、EQ70 钢

EQ70 钢主要用于自升式平台中的齿条板、半潜式平台式平台中模块支墩等。

4.2、EQ56 钢

EQ56 钢主要用于自升式平台中导管架等结构。

4.3、EQ47 钢

EQ47 钢主要用于自升式平台中悬臂梁等结构。

5、JU2000 自升式钻井平台

JU2000E 型自升式钻井平台由美国 FRIEDE & GOLDMAN 公司设计，该平台型长 70.36米，型宽 76.00 米，型深 9.45 米，悬臂梁总长 55.60 米，桩腿总长 166.98 米，最大作业水深 122 米，最大钻井作业深度 9150 米。平台适合于世界范围 122 米水深以内的各种海域环境条件下的钻井作业，平台根据客户的要求可设计 120 至 140 人的住所。 该平台主要部件为：

5.1、桩腿

母材的厚度达到 177.8mm，如果坡口角度大，电弧的穿透力和可达性增强，有利于根部的熔透，但是金属的填充量增加，影响焊接的生产效率，并且焊接后结构的变形也会相应变大。所以考虑到大板厚在生产中的应用，我们必须采用相对较小的坡口角度以减少焊接的填充量。

5.2、API 5L X80 管线钢的焊接

X80 管线钢，规格为 Ф323.85mm×28.58mm。

API 5L X80 管线钢的焊接

焊接方法和焊接材料

打底焊条为日本神钢生产的 LB-52U； 填充及盖面为 ESAB 公司生产的 DUAL SHIELDII 101H4M 。

5.3、桩靴

5.4、悬臂梁

6、小结

近两年来，受国际金融危机影响，船市低迷，但海洋工程装备市场仍保持一定的增长。中国海工企业的接单金额也创下了历史最高记录。2014 年提前完成了我国海工中长期规划里提出的 2015 年占世界市场份额 20%的目标。随着我国海洋工程行业的深入发展，对我国由实现世界造船大国向造船强国转变具有十分重要的意义。