舊單點(diǎn)系泊系統(tǒng)樁基式基座及內(nèi)套筒拆除技術(shù)

劉建峰

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

舊單點(diǎn)系泊系統(tǒng)樁基式基座及內(nèi)套筒拆除技術(shù)

劉建峰

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

曹妃甸11-1/11-2油田舊單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的大部分結(jié)構(gòu)已經(jīng)拆除，為了保障油田安全生產(chǎn)和附近海域海事活動(dòng)的安全，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)遺留的樁基式基座及內(nèi)套筒進(jìn)行拆除。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告結(jié)果，通過(guò)對(duì)兩種吊裝方案的對(duì)比分析，選擇了帶吊裝法蘭的方式進(jìn)行吊裝，并校核了在該吊裝工況下基座及內(nèi)套筒的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，且給出了吊裝法蘭的加固措施。最后論述了基座及內(nèi)套筒鋼樁內(nèi)排泥的技術(shù)要點(diǎn)和鋼樁內(nèi)切割的技術(shù)要點(diǎn)，并給出了若拆除過(guò)程中吊裝力過(guò)大時(shí)兩種可行的應(yīng)對(duì)預(yù)案。該項(xiàng)拆除技術(shù)的研究與成功應(yīng)用，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)舊單點(diǎn)系泊系統(tǒng)拆除技術(shù)的一項(xiàng)空白，對(duì)今后類似工程項(xiàng)目具有借鑒意義。

舊單點(diǎn)系泊系統(tǒng)；樁基式基座；內(nèi)套筒；拆除；吊裝；切割

曹妃甸11-1/11-2油田舊單點(diǎn)系泊系統(tǒng)位于渤海西部海域，舊單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的大部分結(jié)構(gòu)已經(jīng)拆除，現(xiàn)場(chǎng)僅遺留相對(duì)具有較大拆除難度的樁基式基座及內(nèi)套筒。根據(jù)相關(guān)的法律規(guī)范[1-5]，需要對(duì)整個(gè)舊單點(diǎn)系泊系統(tǒng)進(jìn)行全部拆除。

1 舊系統(tǒng)拆除前檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)遺留的相對(duì)具有較大拆除難度的樁基式基座及內(nèi)套筒示意見(jiàn)圖1。在樁基式基座及內(nèi)套筒整體拆除之前，需對(duì)其分別進(jìn)行I類、Ⅱ類、Ⅲ類檢測(cè)，并編制詳細(xì)的檢測(cè)報(bào)告。檢測(cè)報(bào)告的主要結(jié)果匯總見(jiàn)表1。

2 吊裝方案的選擇

2.1 兩種吊裝方案的對(duì)比分析

圖1 樁基式基座及內(nèi)套筒示意

（1）吊裝方案一，吊點(diǎn)選在基座的調(diào)平吊點(diǎn)處+吊裝框架。該吊裝方案主要考慮到基座及內(nèi)套筒為坐底結(jié)構(gòu)物，存在土壤對(duì)鋼樁的抗拔力和對(duì)防沉板的吸附力，如圖2（a）所示。由于采用此方案吊裝時(shí)，基座及內(nèi)套筒的整體重心高度高于調(diào)平吊點(diǎn)高度約2.6 m，因此需要新設(shè)計(jì)吊裝框架來(lái)輔助吊裝，才能保證在吊裝過(guò)程中整個(gè)結(jié)構(gòu)物不會(huì)發(fā)生傾覆的危險(xiǎn)。

表1 檢測(cè)報(bào)告主要結(jié)果匯總

（2）吊裝方案二，吊點(diǎn)選在內(nèi)套筒頂端法蘭處+吊裝法蘭。如圖2（b）所示，該吊裝方案主要借鑒基座及內(nèi)套筒安裝時(shí)的吊裝方案，利用庫(kù)存的原吊裝法蘭，先通過(guò)螺栓連接等形式連接吊裝法蘭與內(nèi)套筒頂端法蘭，然后將吊點(diǎn)選在吊裝法蘭的吊耳處進(jìn)行吊裝。

上述兩種吊裝方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表2所示。通過(guò)表2的對(duì)比，綜合考慮項(xiàng)目的工程成本、工期計(jì)劃、施工安全以及實(shí)施的難易程度等，該項(xiàng)目最終選擇吊裝方案二作為拆除基座及內(nèi)套筒的方案。

圖2 吊裝方案示意

2.2 樁基式基座及內(nèi)套筒強(qiáng)度校核

采用海洋石油行業(yè)結(jié)構(gòu)分析中通用的SACS計(jì)算軟件，對(duì)基座及內(nèi)套筒整體拆除吊裝過(guò)程進(jìn)行了結(jié)構(gòu)模擬和桿件強(qiáng)度校核分析。其中，基座及內(nèi)套筒整體結(jié)構(gòu)吊裝計(jì)算模型如圖3所示。

對(duì)基座及內(nèi)套筒整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計(jì)算分析，得到其所有桿件強(qiáng)度的校核結(jié)果，見(jiàn)表3，計(jì)算表明滿足API規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)物吊裝的要求[6]。

表2 兩種吊裝方案優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比

圖3 基座及內(nèi)套筒SACS吊裝計(jì)算模型

表3 校核結(jié)果匯總

2.3 吊裝法蘭的加固措施

從上述吊裝計(jì)算結(jié)果中提取出吊裝法蘭所受到的力，然后對(duì)連接吊裝法蘭與內(nèi)套筒頂端法蘭的螺栓強(qiáng)度進(jìn)行校核后發(fā)現(xiàn)，基座及內(nèi)套筒在最初安裝時(shí)所采用的30根螺栓的強(qiáng)度無(wú)法滿足拆除時(shí)的強(qiáng)度要求，因此需要對(duì)兩片法蘭的連接強(qiáng)度進(jìn)行加固，其加固形式如圖4所示，在原有30根螺栓連接的基礎(chǔ)上，再在吊裝法蘭的四周焊接21塊38 mm厚的C型筋板進(jìn)行加固。

圖4 兩片法蘭的連接固定示意

3 拆除技術(shù)要點(diǎn)

3.1 鋼樁內(nèi)排泥技術(shù)要點(diǎn)

大多數(shù)慢性腎臟疾病是進(jìn)行性的，原發(fā)性腎病及糖尿病、高血壓、感染、自身免疫性疾病等引起的繼發(fā)性腎病中都存在足細(xì)胞凋亡、腎間質(zhì)纖維化和腎小管萎縮。AS-IV能保護(hù)足細(xì)胞防止其凋亡，抑制腎間質(zhì)纖維化，但是關(guān)于其能防止腎小管細(xì)胞凋亡的證據(jù)則很少，需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

從表1檢測(cè)報(bào)告的結(jié)果可知，1#鋼樁和2#鋼樁內(nèi)都遺留有一定厚度的水泥層，因此在對(duì)鋼樁內(nèi)部進(jìn)行排泥之前，需要由潛水員用鋼釬和風(fēng)鎬等設(shè)備清除鋼樁內(nèi)的水泥層。此后，為了實(shí)現(xiàn)鋼樁內(nèi)切割設(shè)備在鋼樁內(nèi)泥面以下位置進(jìn)行切割，需要對(duì)鋼樁內(nèi)的海泥進(jìn)行清除。

根據(jù)我國(guó)相關(guān)法律法規(guī)要求，樁基式基座的鋼樁需要在泥面以下至少4 m位置進(jìn)行切割回收[1-2]。由于在樁頂以下9 m長(zhǎng)度范圍內(nèi)，該基座鋼樁的壁厚為65 mm，其余部分的壁厚都為40 mm，又由于目前所使用的高壓水研磨料內(nèi)切割設(shè)備的最大切割鋼樁壁厚約為60 mm，因此為了提高鋼樁內(nèi)切割的工作效率，并降低因鋼樁壁厚較厚而無(wú)法切透的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)論證分析后該基座鋼樁的切割位置選擇在距離樁頂10 m（即泥面以下7 m）處，而鋼樁內(nèi)排泥的深度為距離樁頂11 m（即泥面以下8 m）處。

該項(xiàng)目鋼樁內(nèi)排泥施工方案的設(shè)計(jì)形式如圖5所示。海上施工時(shí)，將用于內(nèi)排泥的高壓水泵和空壓機(jī)等設(shè)備都放置在施工支持船的甲板上，利用浮吊將內(nèi)排泥混合艙下放到鋼樁內(nèi)部，并通過(guò)浮吊吊鉤的升降來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)排泥混合艙在鋼樁內(nèi)的升降和定位。

圖5 鋼樁內(nèi)排泥施工示意

在施工過(guò)程中對(duì)于鋼樁內(nèi)排泥深度的測(cè)量，則是通過(guò)在吊裝排泥設(shè)備的鋼絲繩上做標(biāo)記點(diǎn)，而后通過(guò)測(cè)量該標(biāo)記點(diǎn)入水深度來(lái)快速推算出鋼樁內(nèi)排泥設(shè)備排泥的實(shí)際深度。

3.2 鋼樁內(nèi)切割技術(shù)要點(diǎn)

該項(xiàng)目鋼樁內(nèi)切割施工方案的設(shè)計(jì)形式如圖6所示。在海上施工時(shí)，將用于內(nèi)切割的控制室等設(shè)備放置在施工支持船的甲板上，然后通過(guò)臍帶盤來(lái)操作內(nèi)切割器以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼樁的內(nèi)切割。

在進(jìn)行鋼樁內(nèi)切割時(shí)，由于該項(xiàng)目的鋼樁樁頂是在水面以下22 m處，很難通過(guò)在樁頂焊接門字架的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)切割器的定位，因此該項(xiàng)目的主要技術(shù)要點(diǎn)是對(duì)內(nèi)切割器的精準(zhǔn)定位。只有當(dāng)內(nèi)切割器準(zhǔn)確定位在豎直方向上時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)切割深度符合該項(xiàng)目的具體要求；而只有當(dāng)內(nèi)切割器的中軸線與鋼樁的中軸線重合時(shí)，才能保證所切割出的切割縫是一個(gè)閉合的圓環(huán)。通過(guò)項(xiàng)目組成員的反復(fù)試驗(yàn)和論證，最終采用在樁頂處搭設(shè)支架的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)切割器的精準(zhǔn)定位。該支架是一根長(zhǎng)約3 m的型鋼H300× 150，在H型鋼的下翼緣上焊有與樁頂處鋼樁內(nèi)徑相匹配的限位筋板，以保證H型鋼搭設(shè)在樁頂時(shí)不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)和移位。

圖6 鋼樁內(nèi)切割施工示意

3.3 拆除時(shí)若吊裝力過(guò)大的應(yīng)對(duì)預(yù)案

選擇適合吊裝的天氣窗口，在鋼樁切割完成并對(duì)浮吊船掛扣完成后，開(kāi)始對(duì)基座及內(nèi)套筒進(jìn)行吊裝作業(yè)。對(duì)浮吊吊鉤施加吊裝力的步驟如下：首先每檔施加200 kN，每次停止穩(wěn)定5～10 min，待吊裝力施加至5 000 kN后，再采用每檔100 kN逐級(jí)加力，且每次停止穩(wěn)定5～10 min，如果吊裝力增加至5 400 kN（此數(shù)據(jù)是根據(jù)2.2節(jié)計(jì)算確定的）時(shí)，而此時(shí)還未能將基座及內(nèi)套筒吊起，則需放松吊鉤停止吊裝，對(duì)吊裝力過(guò)大的原因進(jìn)行分析，并采取以下應(yīng)對(duì)預(yù)案。

（1）預(yù)案一，檢驗(yàn)三根鋼樁是否都被完全切斷。潛水員下水，進(jìn)入鋼樁內(nèi)并到達(dá)鋼樁的切割位置，使用薄鋼片沿著切縫環(huán)繞一周，以檢驗(yàn)每根鋼樁是否都被完全切斷。如果檢驗(yàn)出某根鋼樁未被完全切割，則需要對(duì)其進(jìn)行重新切割。

（2）預(yù)案二，檢驗(yàn)土壤對(duì)防沉板的吸附力是否過(guò)大。潛水員下水檢驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)基座新近入泥深度超過(guò)了表1中前期檢測(cè)報(bào)告的結(jié)果時(shí)，則可能是因?yàn)橥寥缹?duì)防沉板的吸附力過(guò)大而導(dǎo)致吊裝力過(guò)大，此時(shí)的解決措施是，使用吹泥設(shè)備或吸泥設(shè)備將基座周邊和其防沉板下方的淤泥吹走，盡量讓基座懸空，以減小土壤對(duì)防沉板的吸附力。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)拆除技術(shù)的研究和優(yōu)化，樁基式基座及內(nèi)套筒拆除創(chuàng)新技術(shù)成功地應(yīng)用于曹妃甸11-1/11-2油田舊單點(diǎn)系泊系統(tǒng)拆除工程中，適時(shí)解除了油田安全生產(chǎn)和附近海域海事活動(dòng)的安全隱患，取得了良好的應(yīng)用效果。

[1]國(guó)家海洋局發(fā)布，2002，海洋石油平臺(tái)棄置管理暫行辦法[S].

[2]全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)發(fā)布，1983，中華人民共和國(guó)海上交通安全法[S].

[3]王勇，戴兵，高軍偉.廢棄海洋石油平臺(tái)的拆除[J].機(jī)械工程師，2010（1）：134-136.

[4]陶杰，田永花，吳誼山.鋼樁內(nèi)排泥技術(shù)在導(dǎo)管架拆除中的應(yīng)用[J].中國(guó)造船，2012，53（1）：206-210.

[5]袁玉杰，藍(lán)國(guó)陽(yáng)，楊寧.固定式海洋平臺(tái)拆除工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)與討論[J].石油和化工設(shè)備，2015（4）：35-37.

[6]API RP 2A-WSD 2007，Recommended practice for planning，designing and constructing for fixed offshore platform[S].

Removaltechnique ofold pile-base and inner tower ofsingle point mooring system

LIU Jianfeng
China Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China

Most structures of the old single point mooring system in CFD 11-1/11-2 Oilfield have been removed.In order to ensure the safety of oilfield production and marine activity in the nearby waters，the remaining pile-base and inner tower should be removed.Based on the inspection report and by comparing two lifting plans，the lifting plan using lifting flange is chosen，the strengths of the pile-base and inner tower are checked to meet the requirement under the lifting condition，and the strengthening measures for lifting flange are brought forward.At last，the technical key points for internal dredging and internal cutting are expounded.Besides，two feasible solutions for exceeded lifting force during removal are listed.The research and successful application of the pile-base and inner tower removal technique fills the domestic technical blank in such field，and has referentialsignificance for similar projects in the future.

single point mooring system；pile-base；inner tower；removal；lifting；cut

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.010

劉建峰（1981-），男，河南新蔡人，工程師，2008年畢業(yè)于天津大學(xué)巖土工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)主要從事海洋工程鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算工作。Email：liujianfeng@mail.cooec.com.cn

2017-01-12