吸力筒型基礎海上拆除技術

高本金，郝軍

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

吸力筒型基礎海上拆除技術

高本金，郝軍

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

中國近海油氣資源開發自20世紀80年代開始進入快速發展時期，早期建設的海上石油平臺大多已接近設計壽命，未來將陸續退役并予以拆除。鋼制導管架型基礎海洋平臺建成數量多，安裝及拆除方案非常成熟。吸力筒型基礎自20世紀90年代才開始在國內使用，拆除案例比較鮮見。結合現有海洋平臺拆除技術，以某海上測風塔拆除項目為例，文中提出了3種吸力筒型基礎海上拆除技術，從技術可行性、操作安全性角度對3種技術方案的優劣進行了比較分析。3種技術方案總體均可行，但在可操作性上存在差異，仍需進行深入研究。文章所述關鍵技術對類似吸力筒型結構及常規導管架基礎結構都具有典型的工程實際參考價值。

吸力筒型基礎；導管架基礎；海上拆除；水下切割；氣囊

0 引言

為滿足我國社會經濟發展對能源供應、海陸交通等多方面需求，近幾十年來，我國已在中國近海投資建設了大量的海洋工程項目，海洋工程結構物服役年限達到設計壽命后需進行拆除，以減少對海洋生態環境的影響[1-2]。近年來，中國海油已開始在渤海油田實施拆除了數座廢棄的海洋石油平臺。導管架基礎海洋平臺是中國淺海油氣鉆采平臺最普遍采用的基礎形式，使用歷史最久，拆除項目已實施較多，拆除方案也較為成熟[3]，但吸力筒型基礎形式海洋平臺因其應用歷史較短，拆除案例較罕見。

香港中華電力有限公司投資建設了1座海上測風塔平臺，該平臺采用吸力筒型基礎，由海洋石油工程股份有限公司于2012年4月建成并交付，設計壽命5 a，按服役壽命要求，該測風塔應在建成后5 a內拆除。海洋石油工程股份有限公司研究并提出了3種拆除方案，方案所采用的某些創新技術，可為常規導管架基礎形式平臺的拆除提供重要的參考。

該測風塔結構總質量約850 t，其中3個尺寸為φ7 000×50×13 100的吸力筒總質量約350 t。其電儀設備都安裝在上部結構中，通過遠程無線數據采集系統傳輸至陸地。測風塔主要結構形式如圖1所示。

圖1 測風塔三維模型Fig.1 3D model of the met mast

1 裝船及海上安裝過程

測風塔下部結構采用滑移裝船工藝，其總拖拉滑移重量約1 000 t，使用2臺45 t拉力的卷揚機將其拖拉至載重量15 000 t的大型駁船上。

在執行海上運輸工作之前對駁船穩性進行計算，對測風塔下部結構進行運輸狀態計算，并對海上固定結構進行局部受力分析，根據海上固定圖紙完成對測風塔下部結構運輸前的焊接固定工作。海上運輸前保證未來48 h天氣良好，以滿足海上運輸和吊裝至指定位置所需作業時間。

測風塔運輸至香港海域指定安裝地點后，采用4 000 t海上全回轉式浮吊進行安裝作業，整個安裝過程主要包括以下步驟。

1）安裝3臺吸力泵，然后將測風塔下部結構起吊離開駁船，下放到海上指定位置；

2）檢查電氣設備正常后，關閉泄流閥，打開吸力泵。在吸力筒緩慢下降過程中實時監測3個筒的水平度，以保證各筒體底部受力均勻；

3）測風塔在吸力泵作用下下降至指定深度后，移除吸力泵，關閉閥門；

4）施工人員登上測風塔平臺B，將浮吊索具與主吊點分離；

5）吊裝測風塔上部設備；

6）移除臨時結構，油漆修補，完成電氣儀表設備調試工作。

2 拆除方案

2.1 方案一：常規整體拆除

通常的拆除方案，是使用與安裝方案同樣的施工船舶和相關資源，按照安裝方案的逆序進行。

該項目在進行安裝設計時，已經考慮了常規整體拆除時的施工工藝要求，例如如何保留安裝時的吊點等，為今后低成本實施整體拆除的方案預留了技術后門。因此從安全穩妥的角度考慮，方案一是最可靠的選擇。

技術要點一：水下安裝3臺吸力泵的技術。與安裝時不同，安裝時是在水面以上完成吸力泵設備的安裝，使用完畢后在水下進行拆除，而拆除時需要在水下安裝吸力泵設備。水下就位安裝比水下拆除的工藝難度大。在水下安裝吸力泵撬，需要準確地將其定位在吸力筒頂部的入水口之上。雖然在測風塔建造時已經預留了限位導向裝置，但由于限位導向裝置在海底靜置了數年，表面已長滿海生物，有可能對定位工作造成較大的影響。即使只是工期的拖延，對項目的成敗也非常關鍵。

技術要點二：整體提升技術。由于結構已經在海底靜置數年，吸力筒本體與周圍土壤已經形成穩態結構，其產生的吸附力相當大。雖然在3臺吸力泵的選型時已經充分考慮了拆除時克服水下壓力和吸附力的需求，但實際情況通常比理論計算更加復雜。

技術要點三：整體出水后的裝船技術。整體出水后結構裝船時的裝船固定設計以及對突發惡劣海況的應對措施也是項目成敗的關鍵。結構整體出水時重量大尺寸大，吊高要求也很高，浮吊作業難度相當大，因此對裝船固定設計的要求及對海況分析的要求都很高。

2.2 方案二：水下分體拆除

水下分體拆除的方法為：使用水下切割設備將整個結構分解為若干部分[4-5]，然后使用較小的起重船將其逐個拆解出水裝船。具體拆除工序參見圖2所示。

采用水下分體拆除方案，對海上施工技術來說，是個非常大的挑戰，具體體現如下：

技術要點一：水下切割工藝及設備的選擇。香港特區政府環境保護法對水下施工的噪聲控制和施工消耗品的排放要求非常嚴格，因此用于該項目的水下切割工藝及設備必須滿足低噪聲、無毒無害的要求。

圖2 分體拆除工序示意圖Fig.2 Sketch of the separate demolition process

技術要點二：水下切割順序及潛水作業時間的優化。以該項目為例，在拆除中央立柱時，水下有6道口需要切割。這6道口的切割順序，不僅和被切割部分的重量重心有關，還和船舶就位方位、水流方向、潮汐時間等環境因素相關。同時，為了加快工程進度，有必要對潛水作業人員、作業時間及切割順序進行統籌分析與優化。

技術要點三：水下作業安全保護設計。水下切割拆除作業對潛水員來說是一項高危作業。如果安全保護設計考慮不周全，會導致難以估量的嚴重后果。

2.3 方案三：使用氣囊輔助整體拆除

使用氣囊輔助技術進行整體拆除的方法為：使用小型浮吊，在水下安裝3組共18個氣囊（每個氣囊提供凈浮力58 t，共計可提供1 044 t凈浮力，浮力儲備超過25%），同時借助3臺吸力泵和浮吊的起重能力，將吸力筒基礎結構整體從海底拔出，然后濕拖至近岸淺水區域進行進一步拆解[6]。參見圖3。

圖3 氣囊輔助拆除方案示意圖Fig.3 Sketch of the demolition proposal with assistance of air bags

采用這一方案，需要解決一系列的技術難題。

技術難點一：氣囊水下安裝及固定技術。氣囊在水下進行安裝時的狀態與最終充滿氣的狀態不一致，對氣囊之間的連接以及氣囊與水下結構之間的連接設計形成挑戰。由于在吸力筒基礎設計制造之初并未考慮到使用氣囊輔助拆除的手段，因此氣囊與吸力筒結構之間的連接設計是方案成敗的關鍵。

技術難點二：氣囊安全性及可靠性設計與驗證技術。氣囊在海底充滿氣后上浮，至海面時內外壓力差增大，氣囊存在爆裂的可能。因此在氣囊的設計上需要予以充分考慮，并進行必要的樣品試驗，確保安全性和可靠性。

技術難點三：氣囊組的集中控制技術。要保證吸力筒基礎結構平穩上拔和上浮，對18個氣囊進行集中分組控制是必要的。因此需要研究一套集中控制各個氣囊充氣量和壓力的中央控制系統，用于現場操作。由于大量零部件將隨氣囊下水，因此其使用的可靠性也是十分重要的。

技術難點四：結構整體濕拖時的穩性分析。為了防止結構在濕拖過程中發生傾覆，濕拖穩性分析是必要的。同時由于該結構屬于異形結構物，各氣囊是松散型連接的離散浮體，因此其穩性分析方法又不同于常規的拖航穩性分析。

3 拆除技術的可行性比較

下面僅就技術可行性和可操作性方面對3種拆除技術進行比較。該比較研究不涉及經濟性方面的考量。

方案一是從吸力筒結構基礎設計建造之初就已經考慮并在具體設計中也有具體體現的方案，同時，這也是業界普遍采用的成熟方案之一，因此其技術可行，操作可靠。

方案二也是業界普遍采用的成熟方案之一，但由于在結構設計建造之初并未予以考慮，同時水下需要切割的口數較多，耗時較長，因此該方案的實施效果將嚴重依賴于天氣海況和潛水作業的效率。該方案技術可行，但操作難度較大、風險較高。

方案三是一個全新的技術方案，無論是從設計層面還是從施工層面，都需要深入研究和論證。目前該方案還處于概念設計階段，有些施工風險可能還未考慮到，因此還需要更深入的研究。

4 結語

以上所論述的3種方案，在技術實現上均可行，但在操作風險上差異較大，若不考慮經濟性差異，方案一目前是最優的選擇。若綜合考慮技術可行性、安全性和經濟性，三種方案仍需做深入研究。

海洋工程結構物的結構形式不同，其拆除工藝也存在較大差異。我國自20世紀80年代以來建設的近海海洋工程結構物已逐漸接近了設計壽命，海洋工程結構物拆除項目將逐年增多，工程項目的實施也將推動技術研究和技術進步，綜合檢驗技術成果。

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[3]陳繼紅.淺海導管架采油平臺拆除方法初探[J].石油規劃設計，2003，14（6）：29-31. CHEN Ji-hong.A primary study on the demolition of jacket type production platform for the shallow water sea[J].Petroleum Planning&Engineering,2003,14(6):29-31.

[4]鐘德理，潘東民，吳誼山，等.高壓水研磨料水下切割設備在番禺30-1 DPP導管架安裝浮筒拆除項目中的應用 [J].中國造船，2006，47（S）：406-410. ZHONG De-li,PAN Dong-min,WU Yi-shan,et al.The usage of high pressure abrasive subsea cutting equipment in buoyancy removing projectfor Panyu30-1 DPP jacketinstallation[J]. Ship Building of China,2006,47(S):406-410.

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Offshore removal techniques of suction can foundation

GAO Ben-jin,HAO Jun
（Offshore Oil Engineering Co.，Ltd.,Tianjin 300461,China）

China offshore oil and gas resources development went into a rapid developing period since 1980s,the offshore oil platforms early constructed are already close to the design life,they will be retired and removed in the future.Steel jacket foundation offshore platform was built in a great number;the installation and removed scheme is mature.Suction can foundation was used since 1990s with rare remove case.Based on an offshore meteorological mast remove project,we introduced 3 kinds of suction can foundation offshore removed schemes combining with the exiting offshore platform remove technologies,carried out the comparative analysis from the technical feasibility and operational safety.All three technical schemes are generally feasibility,but with different operability which needs to be deep studied.The key techniques mentioned in this paper have typical and practical value for other similar suction can structures and jacket foundation structures.

suction can foundation;jacket foundation;offshore removal;under-water cutting;air bag

U656.6

B

2095-7874（2017）01-0050-04

10.7640/zggwjs201701011

2016-08-25

2016-10-10

高本金（1984— ），男，山東聊城人，經濟師，從事海洋工程項目管理工作。E-mail：gaobj@mail.cooec.com.cn