雙船浮托法整體拆除岐口18-2平臺組塊技術(shù)研究

劉登輝

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津　300452)

1　組塊拆除技術(shù)現(xiàn)狀與需求

隨著海洋油氣資源開采范圍的日益擴大,我國在海上建造了約9 000座導管架平臺和其他海上結(jié)構(gòu)物。根據(jù)國際公約和國內(nèi)相關(guān)法規(guī)的規(guī)定,油氣田停產(chǎn)后1年之內(nèi)必須拆除棄置平臺。海洋石油平臺的設(shè)計壽命一般為20年，到2008年底，僅中國海洋石油總公司在渤海海域進入棄置階段的樁基式平臺就超過40座，而南海海域也有8座樁基式平臺進入棄置階段。根據(jù)生產(chǎn)的需要，雖然部分平臺壽命到期后經(jīng)過評估和維修繼續(xù)服役，但在未來幾年，大量平臺的退役是不可改變的事實。尤其到2020年，2002年以前建設(shè)的所有平臺，都將進入棄置階段。對于渤海灣，未來十年至少有50座海上棄置平臺將要被拆除。因此，棄置平臺拆除將在我國形成一個新的產(chǎn)業(yè)和巨大的市場，發(fā)展拆除相關(guān)技術(shù)和裝備已迫在眉睫。

棄置平臺的拆除主要分為平臺上部組塊的拆除和導管架的拆除。上部組塊的拆除又可以分為分塊拆除與整體拆除2種方法。分塊拆除是將整個平臺組塊切割成浮吊船能夠吊裝的小塊，此種方法對浮吊船的起重能力要求不高，但是需要進行大量的海上切割工作，工程量大并且會對海洋環(huán)境造成污染。整體拆除則是將平臺的整個上部組塊與導管架分離后,直接吊裝到駁船上。該方法海上切割工作量小,但需要使用具有足夠起重能力的大型浮吊船。并且由于拆除時無法對組塊的質(zhì)量和質(zhì)心做出精確計算，整體起吊的風險非常大。為了解決這些問題，我們以岐口18-2平臺組塊作為研究目標，開發(fā)了采用雙船浮托法整體拆除上部組塊的技術(shù)，為今后棄置平臺上部結(jié)構(gòu)整體拆除提供示范和指導。[1-2]

2　棄置組塊信息

歧口18-2平臺位于渤海西部海域，西北距塘沽約43 km，北偏東距歧口18-1平臺約6.3 km，距歧口17-3平臺約10.5 km，其地理位置為：東經(jīng)117°53′～117°56′，北緯38°34′～38°39′。歧口18-2平臺設(shè)計于2002年，設(shè)計年限為20年，2003年投產(chǎn)。由于油田經(jīng)過多年的開發(fā)和國際油價的持續(xù)下跌，2016年4月，油田進行了封井停產(chǎn)，油氣系統(tǒng)及海管全部采用氮氣封存。

歧口18-2平臺是集生產(chǎn)、計量、修井、動力及生活于一體的綜合性井口平臺，海圖水深7.8 m。組塊共3層甲板。最大平面尺寸40 m×28 m、高12 m，頂層設(shè)有直升機甲板，其標高為EL.(+)35.2 m。原設(shè)計吊裝質(zhì)量為2 043 t，考慮平臺在役期間歷年改造，平臺組塊拆除吊裝質(zhì)量估算為2 247.3 t。

3　拆除組塊技術(shù)研究內(nèi)容

1)主要技術(shù)。①雙船浮托法整體拆除組塊的作業(yè)方案設(shè)計；②雙船浮托水動力非線性時域分析與運動分析；③雙船浮托對接耦合分析；④組塊對接耦合單元頂升裝置的設(shè)計；⑤船體和組塊加強結(jié)構(gòu)設(shè)計及其整體強度計算分析。[3]

2)關(guān)鍵技術(shù)點。

(1)在緩沖裝置底部安置千斤頂，防止重心偏移。船側(cè)支撐結(jié)構(gòu)在支撐架上設(shè)有向船外延伸的懸臂，在懸臂上固接有套筒，在套筒內(nèi)從下至上設(shè)有千斤頂、剛性支座、緩沖裝置和半球形支撐點的支撐結(jié)構(gòu)。緩沖裝置包括從上至下摞放在一起的多層橡膠片和多層鐵片，橡膠片和鐵片交叉設(shè)置。在重量轉(zhuǎn)移過程中，千斤頂起關(guān)鍵作用，通過調(diào)整千斤頂?shù)纳?，使所有所述船?cè)支撐結(jié)構(gòu)的受力均勻。在緩沖裝置底部安置千斤頂是為了能夠微調(diào)船側(cè)支撐結(jié)構(gòu)的升降，達到調(diào)整每個船側(cè)支撐結(jié)構(gòu)受力的目的。這種微調(diào)主要是為了應對被拆除上部組塊可能出現(xiàn)的重心偏移現(xiàn)象，降低操作風險。

(2)設(shè)計托碗支撐結(jié)構(gòu)，降低作業(yè)風險。半球形支撐點的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)有與半球形支撐點適配的托碗，托碗與半球形支撐點形成球面接觸，且二者的動摩擦系數(shù)小于0.1。在托碗下設(shè)有支撐芯軸，支撐芯軸穿過緩沖裝置固定在剛性支座上，在支撐芯軸的上部固接有托碗支撐結(jié)構(gòu)，托碗支撐結(jié)構(gòu)的外輪廓為筒狀結(jié)構(gòu)，在托碗支撐結(jié)構(gòu)的筒狀外壁上嵌裝有緩沖橡膠片，緩沖橡膠片的外側(cè)表面與套筒的內(nèi)側(cè)表面接觸。原來波浪傳遞到支撐結(jié)構(gòu)上方在接觸面可能引起的能量聚集，在使用了上述設(shè)計之后，接觸面之間只傳遞垂向重力而基本不傳遞由船自身橫搖引起的彎矩，從而保護了上部組塊的桿件結(jié)構(gòu)，同時也保護了浮托駁船的支撐結(jié)構(gòu)，降低了作業(yè)風險。

(3)錨泊定位系統(tǒng)通過系泊纜對相應浮托駁船進行位移控制。

(4)每艘浮托駁船的尾部在靠近海上棄置平臺的一側(cè)設(shè)有向船外延伸的導出框架，導出框架設(shè)有與海上棄置平臺相對的導出立面，導出立面自浮托駁船的尾部起逐漸遠離海上棄置平臺。

(5)每艘浮托駁船在靠近海上棄置平臺的一側(cè)設(shè)有防撞橡膠護舷，在導管架的兩側(cè)也設(shè)有防撞橡膠護舷。

4　拆除平臺組塊所需的船舶資源和設(shè)備

1)兩艘7 000 t組塊浮托駁船用于棄置組塊的拆除，如圖1。

圖1　組塊浮托船模型

2)一艘7 000 t組塊運輸駁船用于棄置組塊的運輸，如圖2。

圖2　組塊運輸船模型

3)一套組塊對接耦合單元頂升裝置用于組塊的重量轉(zhuǎn)移，如圖3。

圖3　組塊對接耦合單元頂升裝置

5　拆除方案

1)將兩艘浮托駁船壓載到設(shè)計吃水，通過錨泊定位系統(tǒng)從兩側(cè)向棄置平臺靠近，直至船側(cè)支撐結(jié)構(gòu)上的托碗對準安置在組塊上的旋轉(zhuǎn)支撐。

2)兩艘浮托船同步排載，船側(cè)支撐結(jié)構(gòu)逐漸承接組塊的重量，同時連接組塊腿與船側(cè)支撐結(jié)構(gòu)之間的綁扎繩，切割導管架與組塊之間的連接結(jié)構(gòu)，最后通過組塊對接耦合單元頂升裝置中的液壓千斤頂同步頂升，使組塊與導管架分離，組塊重量完全轉(zhuǎn)移到浮托船上。

3)通過錨泊定位系統(tǒng)，控制浮托船駛離到距離棄置平臺導管架約40 m處后停止向前移動。

4)組塊運輸船通過錨泊定位系統(tǒng)靠近組塊浮托船，直至組塊的主腿位于運輸船上組塊支撐結(jié)構(gòu)的正上方。

5)通過浮托船的壓載水調(diào)整實現(xiàn)組塊質(zhì)量由浮托船轉(zhuǎn)移至運輸船上，并將組塊與運輸船固定焊接。

6)通過錨泊定位系統(tǒng)，將浮托船從兩側(cè)駛離運輸船后，運輸船裝載組塊離開作業(yè)現(xiàn)場。

6　結(jié)束語

我們之前有過雙船浮托法安裝平臺組塊的研究和實施案例，雙船浮托法整體拆除棄置組塊可以看做是雙船浮托法安裝組塊的逆向操作，此項技術(shù)的有以下優(yōu)點：①對船舶資源和設(shè)備的要求比較小，不受大型浮吊船資源的限制；②組塊對接耦合單元頂升裝置使得組塊的每個支撐點都具備可調(diào)性，解決了棄置組塊重量和重心無法精確計算的問題；③大幅度降低了組塊海上拆除時間，節(jié)省總體拆除費用；④整體拆除保持了組塊的完整性，為組塊改造和再利用提供了可能性。

此項技術(shù)實施存在的風險點如下。

1)類似的雙船浮托法的應用案例極少，可供借鑒的經(jīng)驗不多。

2)采用被動式的方法達到組塊的重量轉(zhuǎn)移。

3)雙浮法的可操作環(huán)境海況與系泊方案有關(guān)，預期其與傳統(tǒng)的吊裝或單浮托的可操作環(huán)境海況要求近似，但相比之下雙浮法對浪向的改變更加敏感。

4)在雙船和組塊結(jié)合為一體的狀態(tài)時，這個組合體抵抗風浪的能力是比較差的；目前我們試圖縮短處于這種狀態(tài)的操作時間，提高海上施工的安全性。

5)首次將樁腿耦合裝置配合千斤頂使用，對現(xiàn)場施工人員的要求比較高。

6)組塊由雙船轉(zhuǎn)移到單船的過程需要3艘船的壓排載同步進行，對3艘船的壓排載系統(tǒng)以及操作人員要求比較高。

7)方案實施前還需要進行詳細的錨纜繩系泊分析、水動力分析、對接耦合碰撞分析。