海上油氣平臺水面結(jié)構(gòu)物拆裝技術(shù)研究與應(yīng)用

段立志 盧維強 劉耀江 張亞雷 鄔智慧

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067）

0 前言

隨著我國海洋石油事業(yè)的不斷發(fā)展，海上石油平臺導(dǎo)管架和組塊安裝完成后，一些輔助性的水面結(jié)構(gòu)物需要安裝或拆除，老舊平臺也因為腐蝕等原因需要拆除或更換部分水面結(jié)構(gòu)物[1-2]。

海洋油氣平臺上水面結(jié)構(gòu)物通常位于飛濺區(qū)，其水深在水下15 m至水上10 m。通常部分設(shè)施位于水下，部分設(shè)施位于水上。由于此類結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境通常具有較大涌浪，同時受潮汐影響；需要空氣潛水協(xié)助作業(yè)；受涌浪影響拆裝過程中存在難以控制等特征，因此，其拆除和安裝具有較大難度。

圖1～圖4為常見的4種典型的水面結(jié)構(gòu)物。圖1為南海東部某海上石油平臺待拆除的橫蕩護舷，該橫蕩護舷主要用于組塊浮托安裝時避免船舶碰撞導(dǎo)管架，在組塊安裝完成后需要拆除，該結(jié)構(gòu)物一半位于水下，一半位于水上，拆除工作受涌浪影響較大。圖2為中東某海上天然氣平臺后安裝的立管保護架，該結(jié)構(gòu)物主要用于保護立管，避免因船舶失控時立管受到碰撞；該設(shè)施在低潮位時，距離水面1 m，高潮位時一半位于水面；該結(jié)構(gòu)物的安裝受平臺組塊影響，并受潮水位影響。圖3為南海西部某海上石油平臺水深4 m處新增管卡，該管卡位于水面以下，需要潛水員作業(yè)，主要受海流影響。圖4為某海上石油平臺新增大型的立管保護架。該結(jié)構(gòu)物體型尺寸較大和重量較重，同時還涉及潛水作業(yè)，既受吊裝能力的影響，也受海流影響。

圖1 橫蕩護舷

圖2 立管保護架

1 拆裝方案研究

水面結(jié)構(gòu)物拆除和安裝方案類似，互為逆過程，需要研究平臺準(zhǔn)備、結(jié)構(gòu)物拆除和固定方案、倒運方案、吊裝方案，如果涉及空潛作業(yè)，需要制定潛水作業(yè)方案。其基本步驟如圖5所示。

1.1 吊裝方案

吊裝方案是水面結(jié)構(gòu)物拆裝過程中的重點內(nèi)容之一，吊裝方案主要研究吊裝索具和吊裝設(shè)備。吊裝索具通常進行重心分析，并進行索具受力分析，基本都能通過技術(shù)能力處理。因此，在吊裝方案研究中，重點研究吊裝設(shè)備。不同的吊裝設(shè)備費用差異較大，對工程的經(jīng)濟效益具有重大影響。常用的吊裝設(shè)備有2種：平臺吊機和浮吊船吊機，在特殊情況下可使用布置于平臺上的絞車。

圖3 水深4 m新增管卡

圖4 大型立管保護架

采用平臺吊機吊裝水面結(jié)構(gòu)物如圖6所示。國內(nèi)多數(shù)海上油氣平臺均布了1臺或2臺平臺吊機，可以用于水面結(jié)構(gòu)物拆裝或安裝過程中的吊裝。在不同性質(zhì)的平臺上，其平臺吊機的吊裝能力不同。井口平臺吊機吊裝能力通常為5 t～25 t，中心平臺吊機吊裝能力通常為2 t～40 t。在滿足吊裝能力的情況下，選擇平臺吊機吊裝具有較高的經(jīng)濟效益。

采用浮吊吊裝水面結(jié)構(gòu)物如圖7所示。浮吊船吊機通常布置在浮吊船上。其吊裝能力范圍較大：5 t至數(shù)千噸。并且浮吊船兼具吊裝和運輸?shù)墓δ堋Ｓ捎诟〉醮M用昂貴，利用浮吊船進行水面結(jié)構(gòu)物安裝的方案其經(jīng)濟效益較低。因此，在實際施工中，通常在平臺吊機吊裝能力不滿足要求時才考慮使用浮吊吊機，并且通常不會單獨為水面結(jié)構(gòu)物安裝單獨動員浮吊。

絞車用于水面結(jié)構(gòu)物吊裝的方案操作方法如圖8所示。由于運輸船隨涌浪上下浮動，而絞車相對固定，結(jié)構(gòu)物接觸或脫離運輸船時將會施加較大的動態(tài)力，因此，該方案具有較大的風(fēng)險，需要在海況非常好的情況下實施。因此，絞車吊裝法通常在海上油氣平臺未配備平臺吊機，而浮吊船不具有經(jīng)濟效益時才考慮，并且需要滿足平臺安全作業(yè)規(guī)范。

1.2 倒運方案

水面結(jié)構(gòu)物經(jīng)常安裝在導(dǎo)管架頂部，目標(biāo)安裝區(qū)域經(jīng)常被平臺組塊所遮擋，吊機直接吊裝至目標(biāo)位置難以實現(xiàn)，因此，安裝時需要先將結(jié)構(gòu)物吊裝、臨時懸掛在平臺組塊舷邊，再利用其他設(shè)備倒運至目標(biāo)位置。部分情況下，也可考慮其他方案將結(jié)構(gòu)物直接轉(zhuǎn)移至目標(biāo)位置。倒運的方案有以下3種。

1.2.1 絞車倒運法

絞車倒運法是指利用一臺或多臺絞車將結(jié)構(gòu)物從臨時懸掛點轉(zhuǎn)移至目標(biāo)位置的方法如圖9所示。常見的絞車倒運法如圖9所示，一臺絞車用于臨時懸掛，另一臺絞車用于轉(zhuǎn)移，兩臺絞車相互收放配合，將結(jié)構(gòu)物傳遞至目標(biāo)位置。也可使用單臺絞車操作，即一個吊點為絞車，另一吊點以懸掛索具替代絞車。如果使用單臺絞車進行結(jié)構(gòu)物轉(zhuǎn)移，需要計算絞車鋼絲繩行程，并確定結(jié)構(gòu)物路由上無干涉。

1.2.2 倒鏈倒運法

倒鏈倒運法是指利用倒鏈或電動葫蘆等設(shè)備進行結(jié)構(gòu)物的倒運轉(zhuǎn)移。如圖10所示，以橫蕩護舷拆除為例，利用多個倒鏈進行橫蕩護舷的倒運。由于索具和結(jié)構(gòu)物均懸空在平臺外側(cè)，倒鏈倒運法需要考慮如何掛鉤和解鉤，可以考慮搭建腳手架，或者將結(jié)構(gòu)物下放入水，由潛水員在水下進行換鉤。如圖11所示，展示的是南海東部某海上石油平臺橫蕩護舷拆除工作，該作業(yè)采用倒鏈倒運方案，換鉤的位置為索具底部的卸扣位置，由潛水員在水下進行操作。

圖5 結(jié)構(gòu)物安裝（左）和拆除（右）流程圖

1.2.3 漂浮倒運法

漂浮倒運法是指將物體下放、漂浮至水面，由平臺絞車將結(jié)構(gòu)物拖拉至目標(biāo)位置的方法。該方案主要利用待拆裝結(jié)構(gòu)物位于水面這種特殊環(huán)境情況，并結(jié)合結(jié)構(gòu)物在水中具有一定浮力這種特殊情況。該方案通常要求結(jié)構(gòu)物具有較大浮力，并且結(jié)構(gòu)物需位于水面以上。圖12展示的是中東某海上平臺安裝立管保護架時使用的漂浮倒運法，圖中立管保護架由吊機起吊下放并漂浮在水面上，由平臺絞車將其拖拉至目標(biāo)位置附近。

圖6 平臺吊機吊裝

圖7 浮吊吊裝

圖8 絞車吊裝

圖9 2臺絞車倒運

圖10 倒鏈倒運法

以上3種倒運方案（表1）工程項目中均有所應(yīng)用，方案各有利弊。倒鏈倒運法與絞車倒運法的操作原理相同，都是利用索具之間受力轉(zhuǎn)換，只是利用倒鏈或電動葫蘆替代絞車的功能。漂浮法是利用結(jié)構(gòu)物的浮力進行操作。3種方案在實際操作中可以單獨使用，也可以綜合使用，需要結(jié)合工程項目實際情況操作。

表1 倒運方案對比

圖11 倒鏈法拆除施工照片

1.3 潛水方案研究

水面結(jié)構(gòu)物拆除工作常常需要空氣潛水配合作業(yè)?？諝鉂撍鳂I(yè)因其作業(yè)的特殊性，具有較高的作業(yè)風(fēng)險，因此在方案制定中需要重點關(guān)注。水面結(jié)構(gòu)物拆裝過程中潛水作業(yè)主要需研究以下4個方面的內(nèi)容：1）潛水設(shè)備布置。空潛設(shè)備主要包括控制系統(tǒng)、出入水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、減壓系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和工具集裝箱。出入水系統(tǒng)需要布置在對于平臺結(jié)構(gòu)和安裝路由無干涉的位置；供氣系統(tǒng)需要布置在空氣質(zhì)量較高、通風(fēng)良好的位置；減壓系統(tǒng)則需要盡可能地靠近潛水員出入水位置，避免潛水員在出水后進入減壓倉前活動時間太長。2）減壓方案。常見的減壓方案包括水下減壓和減壓艙減壓，也可以兩者結(jié)合使用。水下減壓是指潛水員完成施工作業(yè)后，每到一個減壓水深停留一段時間，在水下完成全部減壓；減壓艙減壓是指潛水員作業(yè)完成后立即出水，直接進入減壓艙，根據(jù)減壓標(biāo)準(zhǔn)步驟減壓。水下減壓受海流影響，特別是到達水面時，表面流較大，潛水員難以穩(wěn)定站立；并且水下減壓潛水員需要占用1套潛水設(shè)備，也會對另一名潛水員作業(yè)造成一定影響。減壓艙減壓由于要求潛水員立即出水減壓，對潛水員的體力有一定的考驗，并且要求減壓艙盡可能地布置在作業(yè)位置附近，需要潛水員能在5 min內(nèi)進入減壓艙。3）出入水方案。常見的潛水出入水方案包括吊籃出入水、走梯出入水和直接出入水。利用吊籃出入水可以大量地節(jié)省潛水員的體力，是出入水中的推薦方案。當(dāng)受平臺空間影響，難以布置吊籃時，可以考慮其他2種方案。4）潛水作業(yè)內(nèi)容。潛水的工作內(nèi)容主要包括2類：觀察和施工作業(yè)。在水面結(jié)構(gòu)物安裝工作中，常常需要潛水員施工作業(yè)，例如安裝或拆除螺栓、移除或切割障礙物等。由于水下環(huán)境的特殊性，大量水下作業(yè)操作起來比較困難，在制定作業(yè)方案時，盡可能地使?jié)撍畣T作業(yè)內(nèi)容簡單；并且盡可能地利用機械工具，避免潛水員大量體力活動。

圖12 漂浮倒運法安裝立管保護架

2 風(fēng)險及控制措施

在水面結(jié)構(gòu)物安裝中，因水面涌浪較大、海流較大，結(jié)構(gòu)物在拆裝過程中又長時間受海流和涌浪影響，其作業(yè)比水上和水下的相關(guān)施工作業(yè)難度更高、風(fēng)險更大。在制定施工方案時需要重點把控作業(yè)風(fēng)險。水面結(jié)構(gòu)物拆除和安裝過程中主要的風(fēng)險包括以下4點：1） 吊裝風(fēng)險。水面結(jié)構(gòu)物吊裝受涌浪影響較大，在吊裝過程中存在較大的起吊碰撞風(fēng)險。吊裝碰撞風(fēng)險主要通過控制吊裝天氣窗口進行把控，吊裝時要求天氣良好。2） 潛水風(fēng)險。潛水作業(yè)因其作業(yè)的特殊性，具有較高的作業(yè)風(fēng)險。需要根據(jù)實際的作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)位置制定詳細(xì)的潛水減壓程序、潛水作業(yè)方案和施工流程。避免出現(xiàn)溝通不暢、交叉作業(yè)等情況，避免潛水員出現(xiàn)減壓病、落物砸傷等事件。3） 碰撞風(fēng)險。結(jié)構(gòu)物吊裝和倒運過程中存在較大的碰撞導(dǎo)管架、平臺組塊和運輸船的風(fēng)險。在施工過程中需要重點關(guān)注。精確計算和分析結(jié)構(gòu)物移動路由、嚴(yán)格控制吊裝和倒運時的結(jié)構(gòu)物姿態(tài)，注意控制船位。4） 設(shè)備故障風(fēng)險。絞車故障和吊裝索具斷裂在海上施工中常常出現(xiàn)，水面結(jié)構(gòu)物拆除過程中如出現(xiàn)該類事件，將會引起較大的安全事故。作業(yè)前需要檢查絞車、吊裝索具的證書，并進行外觀檢查，必要時，需要進行負(fù)載測試。

3 結(jié)語

在整個海洋工程建設(shè)過程中，水面結(jié)構(gòu)物的拆除和安裝工作占比并不高，但是具有鮮明的個性特征。作業(yè)位置處于飛濺區(qū)，作業(yè)難度大；事故損失高，一旦結(jié)構(gòu)物掉落入海，可能損壞導(dǎo)管架或海管，其風(fēng)險不容小覷，因此在進行方案設(shè)計時，需要仔細(xì)地進行研究。該文中提到的施工方案經(jīng)過工程驗證，確定是行之有效的方案，可以為類似結(jié)構(gòu)拆除或安裝提供參考。