深水海洋平臺設施棄置工藝探究

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，石油平臺設施經(jīng)過20～30 a的生產(chǎn)后將進入退役期。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管架棄置。本文主要介紹除棄井和立管棄置工作外的導管架結(jié)構(gòu)物棄置工藝，由于涉及到水下作業(yè)，導管架棄置的難度比組塊棄置更大，相對于淺水海域平臺導管架，深水導管架結(jié)構(gòu)尺寸、質(zhì)量更大，其次，結(jié)構(gòu)類型設計也不同，這些因素使得深水海域棄置工作難度較大。

1 棄置方案設計及分析

目前南海、東海海域建成的導管架平臺水深為60～400 m，根據(jù)相關(guān)行業(yè)標準，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)濟性方面考慮，部分棄置方式更節(jié)省成本，具體棄置方式應結(jié)合相關(guān)行業(yè)標準、地方政府、和平臺所屬方要求執(zhí)行。

海油平臺經(jīng)過數(shù)十年運行后，平臺設施會出現(xiàn)不同程度的老化和腐蝕，為了保證棄置工作安全、高效地實施，在棄置前，對導管架結(jié)構(gòu)物強度、完整性等方面進行全面評估是十分必要的。導管架結(jié)構(gòu)全面評估工作主要包括對結(jié)構(gòu)物進行外觀檢查、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)點焊縫ACFM檢測等，導管架棄置方案是基于結(jié)構(gòu)檢測評估結(jié)果設計的。

在方案設計階段，導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)物邊緣與吊機趴桿間最小安全距離的要求。船舶吊機將導管架結(jié)構(gòu)吊裝上運輸駁船時，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)十年運行后，平臺水下部分通常被大量海洋生物覆蓋，因此計算導管架的實際吊裝質(zhì)量時要將海洋生物的質(zhì)量也估算在其中。

多數(shù)導管架結(jié)構(gòu)物拆除后，需要采用運輸駁船運輸至指定地點，在確定運輸駁船資源時，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)量是選擇時的關(guān)鍵因素。在設計駁船甲板布置圖時，一般會將棄置結(jié)構(gòu)物主受力點布置在甲板龍骨上，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)定性和運輸安全，導管架結(jié)構(gòu)物運輸前需進行裝船結(jié)構(gòu)強度計算和運輸穩(wěn)性分析計算，計算結(jié)果須滿足相關(guān)規(guī)范要求。

在深水海域進行導管架結(jié)構(gòu)物棄置工作時，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)工程實際情況來確定。當?shù)跹b船舶、運輸駁船等施工支持船舶為錨系船時，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)場海況進行錨系相關(guān)計算，如果不滿足要求，需進行錨纜改造。

在確定結(jié)構(gòu)物卸船方式時，如果導管架結(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，應選擇吊裝卸船方式。其次，卸船碼頭水深應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)切割時要保證所切割的導管架腿或桿件內(nèi)無障礙物。外切割原理是通過切割小車在預先安裝的導軌鏈條上行走來完成切割工作，采用外切割時，需提前清理切割桿件上導軌安裝位置的海洋生物，從而保證導軌安裝牢固。

鉆石線切割適用于切割導管架鋼樁、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重，同一根鉆石線在切割第二根桿件時，切割效率下降明顯，因此重復利用率偏低，整體切割成本較高。另外，在切割垂直桿件時，鉆石線繩鋸有夾鋸的風險，因此，在工程實踐中，要根據(jù)棄置工作的實際工況來評估，從而選擇高效且經(jīng)濟的切割方法。

3 吊點設計方案介紹

導管架拆除吊裝時，如無可利用吊點，就需要安裝新吊點。針對導管架水上部分的吊點，常規(guī)的方式是重新焊接安裝新吊點，國外應用比較成熟的技術(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，縮短了海上施工工期并節(jié)省了材料，在實際吊裝導管架結(jié)構(gòu)物時，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。

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

4 應用案例

某深水平臺棄置項目的平臺設計水深為330 m，根據(jù)國家相關(guān)棄置標準，只需棄置水面以下55 m以上的導管架結(jié)構(gòu)物，水下55 m以上的導管架結(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，一次性拆除風險較高。

設計棄置方案時，導管架結(jié)構(gòu)物可分三部分進行拆除，減輕了單件結(jié)構(gòu)物的吊裝質(zhì)量，同時，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行吊裝的方法，解決了無水下吊點可用的難題。

導管架分三部分拆除需切割的樁腿和桿件統(tǒng)計情況如表1所示。

表1 平臺導管架切割工作量統(tǒng)計表

為了避免鉆石線切割易造成夾鋸的風險，本項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入退役期，導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、無污染的方向發(fā)展。