深水海洋平臺設(shè)施棄置工藝探究

劉 帥* 劉雪宜 趙衛(wèi)東

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

國內(nèi)海洋工業(yè)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，東海、南海等海域已建成投產(chǎn)大量深水海洋石油平臺，石油平臺設(shè)施經(jīng)過20～30 a的生產(chǎn)后將進(jìn)入退役期。為了不影響海洋環(huán)境和船舶航行，石油平臺的棄置拆除工作勢在必行。

深水海洋石油平臺完成棄井和清洗工作后，即可進(jìn)行棄置工作。棄置工作主要由兩部分組成，即上部組塊棄置和水下導(dǎo)管架棄置。本文主要介紹除棄井和立管棄置工作外的導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)物棄置工藝，由于涉及到水下作業(yè)，導(dǎo)管架棄置的難度比組塊棄置更大，相對于淺水海域平臺導(dǎo)管架，深水導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)尺寸、質(zhì)量更大，其次，結(jié)構(gòu)類型設(shè)計(jì)也不同，這些因素使得深水海域棄置工作難度較大。

1 棄置方案設(shè)計(jì)及分析

目前南海、東海海域建成的導(dǎo)管架平臺水深為60～400 m，根據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，較深海域?qū)Ч芗軛壷每煞譃椴糠謼壷煤腿織壷脙煞N方式，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，部分棄置方式更節(jié)省成本，具體棄置方式應(yīng)結(jié)合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方政府、和平臺所屬方要求執(zhí)行。

海油平臺經(jīng)過數(shù)十年運(yùn)行后，平臺設(shè)施會出現(xiàn)不同程度的老化和腐蝕，為了保證棄置工作安全、高效地實(shí)施，在棄置前，對導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度、完整性等方面進(jìn)行全面評估是十分必要的。導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)全面評估工作主要包括對結(jié)構(gòu)物進(jìn)行外觀檢查、障礙物調(diào)查、關(guān)鍵受力桿件的壁厚檢測、結(jié)構(gòu)桿件腐蝕情況調(diào)查、覆蓋海生物檢測和節(jié)點(diǎn)焊縫ACFM檢測等，導(dǎo)管架棄置方案是基于結(jié)構(gòu)檢測評估結(jié)果設(shè)計(jì)的。

在方案設(shè)計(jì)階段，導(dǎo)管架棄置可采用一次性整體拆除，也可以采用分段拆除方式。其中分段拆除方法可分為垂直分段拆除和分片拆除。為了保持結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性，垂直分段拆除的結(jié)構(gòu)物一般為箱型結(jié)構(gòu)，每段拆除的結(jié)構(gòu)物須包含主樁腿。

在確定吊裝船舶資源方面，導(dǎo)管架質(zhì)量、結(jié)構(gòu)形式、吊裝跨距及吊裝高度是選擇吊裝船舶的主要因素，其次，需滿足被吊結(jié)構(gòu)物邊緣與吊機(jī)趴桿間最小安全距離的要求。船舶吊機(jī)將導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)吊裝上運(yùn)輸駁船時(shí)，吊裝高度估算要考慮結(jié)構(gòu)物本身的高度、吊裝索具長度、船舶干舷高度及鋼結(jié)構(gòu)墊墩高度等參數(shù)。另外，海油平臺經(jīng)過數(shù)十年運(yùn)行后，平臺水下部分通常被大量海洋生物覆蓋，因此計(jì)算導(dǎo)管架的實(shí)際吊裝質(zhì)量時(shí)要將海洋生物的質(zhì)量也估算在其中。

多數(shù)導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)物拆除后，需要采用運(yùn)輸駁船運(yùn)輸至指定地點(diǎn)，在確定運(yùn)輸駁船資源時(shí)，駁船甲板有效利用型長、型寬、駁船調(diào)載能力、棄置結(jié)構(gòu)物尺寸和質(zhì)量是選擇時(shí)的關(guān)鍵因素。在設(shè)計(jì)駁船甲板布置圖時(shí)，一般會將棄置結(jié)構(gòu)物主受力點(diǎn)布置在甲板龍骨上，這有利于甲板結(jié)構(gòu)受力均勻和承載力傳遞。為了保證船舶穩(wěn)定性和運(yùn)輸安全，導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)物運(yùn)輸前需進(jìn)行裝船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算和運(yùn)輸穩(wěn)性分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果須滿足相關(guān)規(guī)范要求。

在深水海域進(jìn)行導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)物棄置工作時(shí)，施工支持船舶可選擇錨系船或DP動力定位船，一般情況下，采用DP動力定位船舶施工的工程成本比采用錨系船更高，具體可根據(jù)工程實(shí)際情況來確定。當(dāng)?shù)跹b船舶、運(yùn)輸駁船等施工支持船舶為錨系船時(shí)，要估算其錨纜長度是否滿足拋錨就位的相關(guān)要求，必要情況下，需結(jié)合現(xiàn)場海況進(jìn)行錨系相關(guān)計(jì)算，如果不滿足要求，需進(jìn)行錨纜改造。

在確定結(jié)構(gòu)物卸船方式時(shí)，如果導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)物為規(guī)則形狀，且質(zhì)量分布均衡，可選擇吊裝卸船或滾裝卸船；如果拆除的結(jié)構(gòu)物為異形結(jié)構(gòu)，為了保證卸船穩(wěn)定性，應(yīng)選擇吊裝卸船方式。其次，卸船碼頭水深應(yīng)滿足卸船支持船舶的吃水要求。

2 切割方法選擇及分析

目前海洋石油工業(yè)常用的水下切割方法主要有電氧切割、液壓剪切割、高壓水研磨料切割和鉆石線切割。電氧切割適用于切割工作量小的工況，液壓剪切割適用于管徑不大的管道和桿件，液壓剪切割效率較高，但其通過擠壓剪切力來切斷結(jié)構(gòu)物，因此切口變形較嚴(yán)重，對結(jié)構(gòu)物切口有要求的工作不宜采用液壓剪切割。

導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)物切割主要采用高壓水研磨料切割和鉆石線切割。高壓水研磨料切割可分為內(nèi)切割和外切割兩種方式，內(nèi)切割只適合切割垂直的桿件，采用內(nèi)切割時(shí)要保證所切割的導(dǎo)管架腿或桿件內(nèi)無障礙物。外切割原理是通過切割小車在預(yù)先安裝的導(dǎo)軌鏈條上行走來完成切割工作，采用外切割時(shí)，需提前清理切割桿件上導(dǎo)軌安裝位置的海洋生物，從而保證導(dǎo)軌安裝牢固。

鉆石線切割適用于切割導(dǎo)管架鋼樁、混凝土等，可切割多層鋼管，切口平整規(guī)則，但切割耗材鉆石線磨損較嚴(yán)重，同一根鉆石線在切割第二根桿件時(shí)，切割效率下降明顯，因此重復(fù)利用率偏低，整體切割成本較高。另外，在切割垂直桿件時(shí)，鉆石線繩鋸有夾鋸的風(fēng)險(xiǎn)，因此，在工程實(shí)踐中，要根據(jù)棄置工作的實(shí)際工況來評估，從而選擇高效且經(jīng)濟(jì)的切割方法。

3 吊點(diǎn)設(shè)計(jì)方案介紹

導(dǎo)管架拆除吊裝時(shí)，如無可利用吊點(diǎn)，就需要安裝新吊點(diǎn)。針對導(dǎo)管架水上部分的吊點(diǎn)，常規(guī)的方式是重新焊接安裝新吊點(diǎn)，國外應(yīng)用比較成熟的技術(shù)包括內(nèi)脹式吊樁器和打孔式吊裝器技術(shù)。采用內(nèi)脹式吊樁器無需安裝新吊點(diǎn)，縮短了海上施工工期并節(jié)省了材料，在實(shí)際吊裝導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)物時(shí)，為了保證吊裝器始終處于垂直受力狀態(tài)，內(nèi)脹式吊樁器需與吊裝框架配套使用。

當(dāng)導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)物采用分段拆除時(shí)，部分吊點(diǎn)位置位于水下，目前的水下焊接新吊點(diǎn)工藝無法滿足吊裝工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，內(nèi)脹式吊樁器和打孔式吊裝器技術(shù)可作為水下吊點(diǎn)的解決方案。

4 應(yīng)用案例

某深水平臺棄置項(xiàng)目的平臺設(shè)計(jì)水深為330 m，根據(jù)國家相關(guān)棄置標(biāo)準(zhǔn)，只需棄置水面以下55 m以上的導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)物，水下55 m以上的導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)尺寸為74 m×30 m×64 m，質(zhì)量約為3 020 t，整體結(jié)構(gòu)尺寸較大，一次性拆除風(fēng)險(xiǎn)較高。

設(shè)計(jì)棄置方案時(shí)，導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)物可分三部分進(jìn)行拆除，減輕了單件結(jié)構(gòu)物的吊裝質(zhì)量，同時(shí)，結(jié)構(gòu)物尺寸變小，拓寬了吊裝船舶的選擇范圍。水上第一部分拆除后，剩下的兩部分結(jié)構(gòu)都處于水下，本方案采用了內(nèi)脹式吊樁器配合吊裝框架進(jìn)行吊裝的方法，解決了無水下吊點(diǎn)可用的難題。

導(dǎo)管架分三部分拆除需切割的樁腿和桿件統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

表1 平臺導(dǎo)管架切割工作量統(tǒng)計(jì)表

為了避免鉆石線切割易造成夾鋸的風(fēng)險(xiǎn)，本項(xiàng)目采用高壓水研磨料切割主樁腿。其他橫拉筋和斜拉筋，可靈活采用鉆石線切割或高壓水研磨料切割，其次，對于空間位置比較狹窄，不利于切割設(shè)備安裝的桿件，可采用高壓水研磨料外切割的方法切割。

5 結(jié)論

未來幾十年將會有越來越多的深水海洋平臺集中進(jìn)入退役期，導(dǎo)管架棄置方式和施工資源的選擇尤為重要，更多創(chuàng)新的棄置工藝將會涌現(xiàn)，棄置工藝將朝著更高效、更經(jīng)濟(jì)、無污染的方向發(fā)展。