導管架平臺拆除技術及裝備分析

章仲怡，王佐強，翁祖航，朱曉宇，唐友剛

(1.海洋能源發(fā)展股份有限公司 管道工程公司，天津 300450；2.天津大學 建筑工程學院，天津 300350)

近年來，我國拆除包括導管架平臺在內的海洋設施日益受到關注。2012年中國石油集團海洋工程公司對冀東-老南堡油田進行了吊裝拆除，2013年和2014年又分別拆除了遼河油田和勝利油田平臺，2014年，我國拆除了曹妃甸1-6油田SPM導管架[1]。渤海90年代安裝的導管架平臺等，5～10年后達到棄置期，其質量已經(jīng)達到萬噸級，無法采用起重船法拆除。因此著眼于導管架平臺棄置的現(xiàn)狀與未來，研究具有經(jīng)濟效益、操作性強、安全可靠的海洋平臺拆除技術與裝備，對海洋石油工業(yè)持續(xù)發(fā)展及海洋環(huán)境保護具有一定的戰(zhàn)略意義。

本文考慮拆除作業(yè)裝備的不同，將拆除技術分為起重船法、浮托內插法、浮托外插法、雙船抬升臂法及雙體船抬升臂法，分析了各自的系統(tǒng)組成、技術特點、施工流程及經(jīng)濟性能，對于我國發(fā)展拆除技術和裝備提出了建議。

1 起重船法拆除技術

起重船法拆除技術是利用大型浮吊起吊平臺上部組塊和導管架的技術。該技術發(fā)展較早，受到吊重能力、平臺尺寸、水深、起重船租賃困難及租金高昂等因素的限制。

起重船法拆除過程關鍵是吊點的選擇，必須保證吊耳與結構的可靠連接、吊點強度滿足起吊要求，此外吊點的數(shù)量和位置也必須精心計算布置，保證提吊過程組塊不發(fā)生旋轉和脫落。因此，起重船作業(yè)一般要求浪高不能大于1.5 m, 且作業(yè)量大風險大[2-3]。鑒于設備的限制，目前我國拆除的導管架平臺質量范圍一般在300～2 000 t，普遍使用了起重船提吊，但是在5 000～10 000 t以上的大型導管架平臺拆除中采用起重船提吊受到多種因素制約，且費用高、風險大。

2 浮托法拆除技術

浮托法拆除技術主要使用特殊改造過的運輸駁船進行作業(yè)，配合必要的定位裝置、對接裝置及壓載調節(jié)裝置等，即可完成導管架平臺的拆除作業(yè)[3-4]?；谧鳂I(yè)船從導管架樁腿之間插入和從導管架樁腿外部插入，分為浮托內插法和浮托外插法，圖1為浮托內插法，圖2為浮托外插法。

圖1 浮托內插法

圖2 浮托外插法

2.1 浮托法拆除作業(yè)流程

1)作業(yè)船進入和定位。駁船通過艉進式拖拉進入導管架底部。通過縱向纜和錨機，將駁船慢慢拉向導管架樁腿之間的空檔。確認駁船到達預定位置后，啟動所有絞盤制動系統(tǒng)進行定位。

2)載荷轉移及退船。作業(yè)駁船排水上升，作業(yè)駁船上的減振裝置與上部組塊接觸并進行接觸固定，而后切割臨時固定支撐位置的樁腿，繼續(xù)排水，使樁腿抬離固定支撐區(qū)域，作業(yè)駁船達到預定高度后，托起組塊。作業(yè)駁船在拖船牽引下外移離開導管架。結束組塊拆除過程。

浮托內插法已經(jīng)被廣泛用于安裝導管架組塊。對于導管架樁腿間距較大的導管架平臺，采用浮托內插法；而對于導管架樁腿間距小的平臺，采用浮托外插法。

2.2 浮托法拆除技術的優(yōu)缺點

優(yōu)點：①適合于拆除大尺度、大重量的導管架平臺上部組塊，解決起重船設備不足的問題；②與大型起重船拆除費用比較，費用較低。缺點：①僅能拆除上部組塊，不能用于拆除導管架；②作業(yè)環(huán)境要求嚴苛，縮短了海上的作業(yè)窗口期。

（4）可以在標準規(guī)范要求指標下，在焊接材料采購時，可進一步降低C含量以及S、P、Si等雜質元素的含量，以降低產(chǎn)生熱裂紋的傾向，提高操作性；提高Al、Ti元素的含量，達到細化晶粒、提高焊縫金屬的塑性。

3 抬升臂法拆除技術

抬升臂安裝在作業(yè)船甲板上，以進行抬升組塊拆除作業(yè)。抬升臂法拆除作業(yè)技術包括的雙船抬升臂法拆除技術(如圖3所示)和雙體船抬升臂法拆除技術(如圖4所示)。

圖3 雙船抬升臂法拆除技術

圖4 雙體船抬升臂法拆除技術

1)雙船抬升臂法拆除技術。單體船甲板上安裝抬升臂，這種船作業(yè)時，需要2條船同時通過抬升臂起重組塊或導管架，所以也被稱為雙船提吊技術[5]。拆除作業(yè)時，作業(yè)船位于導管架平臺兩側進行抬升起重作業(yè)。

2)雙體船抬升臂法拆除技術。先鋒號 (Pioneering Spirit)雙體船，該船尾部開槽，槽口兩側配備4個抬升臂。先鋒號總長 382 m，寬度 124 m，主甲板下型深 30 m，其上部組塊(安裝或拆除)抬升臂的起重能力約為 48 000 t[5]。

3.1 抬升臂法拆除技術的施工船作業(yè)流程

1)雙船抬升臂起重裝備的系統(tǒng)組成和作業(yè)流程如下。

(1)系統(tǒng)組成。① 2艘安裝抬升臂的駁船，2艘駁船船體結構為大型平底船，上層建筑和直升機甲板等位于艏部以增大抬升臂空間；②2套抬升臂，每艘起重駁船安放1套，每套8～10根抬升臂；③1套控制及檢測系統(tǒng)，用于檢測船體吃水及壓載水水位。

(2)作業(yè)流程。①啟動抬升臂接近導管架平臺組塊下甲板的支撐點，托住預先設好的支撐結構，切斷組塊與樁腿的連接后，抬升臂壓載艙注入壓載水，產(chǎn)生抬升力矩，組塊被緩慢抬起離開導管架；②組塊抬升至一定高度，兩側抬升臂托起組塊緩慢移動到運輸駁船甲板上方，雙船系統(tǒng)抬升臂的壓載艙進行排水，抬升力矩逐漸減小，組塊下放到運輸船甲板上，雙船抬升臂系統(tǒng)起重施工結束。

2)雙體船抬升臂系統(tǒng)組成和施工流程。

(2)施工流程。①作業(yè)準備之后，8個抬升臂托住平臺上部組塊的下甲板；②船舶排出壓載水，船體上浮，托起組塊；③組塊在抬升臂托舉下，緩慢駛離導管架。

3.2 抬升臂法拆除技術的優(yōu)缺點

1)優(yōu)點。①施工抬升能力強，托舉的質量可達到數(shù)萬噸，只要抬升臂強度和船體浮態(tài)滿足要求，托舉能力就沒有限制；②適應海洋環(huán)境能力強，可在惡劣海況下進行拆除施工；③可以同時拆除組塊和導管架，作業(yè)效率高。

2)缺點。設備建造費用較高，技術難度較大。

4 不同拆除技術和裝備的比較

4.1 系統(tǒng)組成和載荷的比較

1)起重船法拆除技術。系統(tǒng)組成包括船體、吊臂和提吊索具。吊臂和提吊索具既是關鍵部件又是起重船的薄弱部件，提吊過程受風浪流載荷影響極為顯著，對于風載荷敏感。

2)浮托法拆除技術。該施工技術裝備包括船體及導管架下甲板的減振裝置(LMU)[6-7]，作業(yè)船舶承受的載荷主要是來自組塊的重量。浮托施工過程中作業(yè)船在波浪作用下運動，浮托船具有與兩側導管架樁腿發(fā)生碰撞的風險。采用浮托法拆除施工，在組塊下甲板需要安裝特殊的減振插頭，在切割樁腿施工前，該插頭插入浮托駁船上的LMU，以便緩沖船體與組塊甲板之間的碰撞[4]。

3)抬升臂法拆除技術。抬升臂法包括雙船抬升臂法和雙體船抬升臂法。

(1)雙船抬升臂法。導管架兩側船抬升過程保持運動同步，存在一定技術難度和風險。

(2)雙體船抬升臂法。雙體船抬升臂起重系統(tǒng)包括船體及抬升臂，抬升過程載荷主要是組塊重量。抬升過程中，兩側抬升臂的動作必須保持同步。雙體船抬升過程可以在惡劣的海況下作業(yè)。

4.2 拆除施工費用的比較

拆除小型平臺(小于2 000 t)時，起重船法拆除是一種可行的方法。但是根據(jù)拆除大型平臺的費用來看，浮托法拆除技術施工費用明顯高于抬升臂法拆除技術施工費用，表1為浮托法與抬升臂法拆除技術施工費用比較[7]。

表1 浮托法與抬升臂法拆除技術施工費用比較 百萬美元

4.3 不同拆除技術和裝備的施工難度和安全性

起重船法拆除技術過程受海洋環(huán)境影響大，提吊物的重量受限，施工難度大，存在安全隱患。

浮托法拆除技術包括浮托內插法拆除和浮托外插法拆除，作業(yè)周期選擇困難，船體舷側與樁腿易發(fā)生碰撞，托舉組塊過程風險較大。

雙船抬升臂法拆除技術利用2艘同型駁船同步托舉上部組塊，制約因素少、適用噸位大，可在淺水和深水區(qū)作業(yè)。雙體船抬升臂法拆除技術的施工過程安全，尤其適合大體積、大重量的導管架平臺拆除，具有抬升臂的作業(yè)船既可以拆除組塊，也可以拆除導管架。不同拆除技術適應性比較見表2。

表2 不同拆除技術適應性比較

5 結束語

綜上所述，抬升臂法是最有競爭力的導管架平臺拆除技術，具有抬升臂的作業(yè)船裝備抗風浪能力強，適合大重量平臺的拆除，是在深海拆除大重量導管架平臺最合理的選擇。對于海洋環(huán)境良好的海域，浮托法適合拆除大重量導管架平臺組塊，但是不能拆除導管架；起重船法適合拆除中小型導管架平臺，要求海域海況良好。抬升臂法拆除技術用于大型平臺時，具有拆除成本低、作業(yè)能力強、作業(yè)時間短、適用范圍廣、操作安全方便等特點，因此對于深水大尺度萬噸級導管架平臺拆除，提供了新的技術和裝備。對于我國而言，渤海灣的平臺大部分屬于中小型平臺，適合于起重船法拆除，而對于東海和南海海域的導管架平臺的拆除，適合采用抬升臂法拆除技術，在海況良好海域可采用浮托法拆除導管架平臺組塊。