海洋石油平臺棄置拆除技術(shù)發(fā)展研究

高志強(qiáng)* 高建虎

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

隨著海洋石油工業(yè)不斷發(fā)展，在作業(yè)海域新建的石油生產(chǎn)設(shè)施越來越多。僅國內(nèi)海域投產(chǎn)的油氣田已超過100 個(gè)，樁基固定式平臺有200 多座。一般海洋石油平臺的設(shè)計(jì)壽命為20 年左右。按照相關(guān)的法律法規(guī)，海上平臺的作業(yè)壽命到期后，如果沒有其他用途，就必須進(jìn)行廢棄拆除。廢棄的平臺若妨礙海洋主導(dǎo)功能使用，應(yīng)全部拆除。在內(nèi)水和領(lǐng)海海域進(jìn)行全部拆除的海上平臺，其殘留海底的樁腿等應(yīng)切割至海床泥面以下4 m。廢棄海洋石油平臺的棄置拆除過程對海洋生態(tài)非常重要，對保證海上作業(yè)區(qū)域的海洋環(huán)境、船舶通航和漁業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

1 國內(nèi)外平臺拆除現(xiàn)狀

自1973 年墨西哥灣首例平臺拆除工程以來，平臺拆除產(chǎn)業(yè)作為整個(gè)石油產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)在國外已發(fā)展了近半個(gè)世紀(jì)，墨西哥灣每年有數(shù)百座平臺被拆除，產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展得十分成熟。近年來，歐洲北海區(qū)域油田棄置拆除產(chǎn)業(yè)和技術(shù)也在不斷發(fā)展。瑞典船東Allseas 擁有目前世界上最大的平臺拆除船舶先鋒精神號（Pioneering Spirit），該船舶是國際上較為先進(jìn)的拆除船，于2016 年8 月22 日完成了其服役后的首項(xiàng)工作，即歐洲北海Yme 油田海上平臺的拆除工作。近幾年，該船舶在北海區(qū)域又先后完成了多個(gè)超大型海洋石油平臺的拆除工作，全球范圍內(nèi)平臺棄置能力和水平不斷提高。

國內(nèi)的海洋石油平臺拆除工作起步較晚， 21 世紀(jì)后才真正意義上開展海洋石油平臺拆除研究。中國海洋石油集團(tuán)有限公司下屬的海洋石油工程股份有限公司近年來進(jìn)行了大量的平臺棄置拆除技術(shù)研究工作，同時(shí)還配置了導(dǎo)管架樁腿內(nèi)排泥設(shè)備、金剛石繩鋸機(jī)、高壓水研磨料切割設(shè)備等一系列專業(yè)拆除裝備。近年來，該公司開始了真正意義上的海上平臺拆除作業(yè)，在渤海灣內(nèi)相繼完成了曹妃甸1-6 導(dǎo)管架拆除、錦州21-1WHPA 及錦州20-2SW 平臺拆除、曹妃甸單點(diǎn)拆除等項(xiàng)目，還在泰國灣內(nèi)完成了多項(xiàng)平臺拆除項(xiàng)目，極大地提高了國內(nèi)公司在平臺棄置拆除方面的技術(shù)能力。

2 平臺拆除技術(shù)發(fā)展趨勢

現(xiàn)有的平臺拆除技術(shù)一般采用吊裝的方式，即組塊或?qū)Ч芗芡瓿汕懈罟ぷ骱笫褂闷鹬卮M(jìn)行吊裝拆除。具體實(shí)施步驟如下：（1）詳細(xì)設(shè)計(jì)；（2）陸地施工準(zhǔn)備；（3）海上施工準(zhǔn)備：吊點(diǎn)焊接、平臺設(shè)備檢查固定、附屬結(jié)構(gòu)拆除；（4）組塊拆除，包括吊裝索具安裝、樁腿切割、起吊、裝船；（5）導(dǎo)管架拆除，包括導(dǎo)管架排泥、水下切割、吊裝索具安裝、起吊、裝船。

組塊切割主要采用熱切割方式，即氧氣乙炔切割斷開組塊和導(dǎo)管架的連接。導(dǎo)管架鋼樁切割主要采用冷切割，一般采用高壓水研磨料切割設(shè)備（包括樁腿內(nèi)切割和樁腿外切割）。

平臺拆除與油田開發(fā)最大的不同在于平臺拆除本身并不會給平臺所有者帶來直接效益，因此在低油價(jià)的背景下，針對成本的考量就需要謹(jǐn)慎。海上石油平臺拆除工程量大，運(yùn)用設(shè)備船只數(shù)量多，使用的技術(shù)難度高、風(fēng)險(xiǎn)大，涉及的領(lǐng)域多，這些因素都會導(dǎo)致拆除工程費(fèi)用高昂。同時(shí)，隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格，行業(yè)內(nèi)更加注重拆除施工過程中對環(huán)境的保護(hù)，推崇“綠色”拆除技術(shù)。隨著拆除產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，平臺拆除裝備不斷升級，新的方法和理念也逐步滲入拆除產(chǎn)業(yè)，從而降低項(xiàng)目成本，推動產(chǎn)業(yè)不斷進(jìn)步。

2.1 切割及吊裝設(shè)備多樣化

現(xiàn)階段，平臺拆除過程中主要的切割設(shè)備為高壓水研磨料切割設(shè)備。隨著平臺拆除數(shù)量增加，平臺的狀態(tài)也變得錯綜復(fù)雜，在這種情況下，高壓水研磨料切割設(shè)備很有可能無法滿足所有平臺的拆除工況，如平臺結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重、樁基切割位置不規(guī)則或者導(dǎo)管架樁內(nèi)無法下放切割頭等，這時(shí)就可以采用以下專業(yè)設(shè)備進(jìn)行輔助。

（1）金剛石繩鋸機(jī)可從水下結(jié)構(gòu)外部進(jìn)行切割，應(yīng)對不規(guī)則形狀的水下結(jié)構(gòu)切割要求，如圖1 所示。

圖1 高壓水研磨料切割設(shè)備

（2）對于腐蝕情況極其嚴(yán)重，壁厚減薄已無法進(jìn)行吊裝拆除的情況下，重型抓斗可進(jìn)行抓斗方式拆除，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞性拆除回收，如圖2 所示。

圖2 金剛石繩鋸機(jī)

（3）液壓剪可用于海管回收切割或水下其他管件的切割工作，如圖3 所示。

圖3 液壓剪

夾樁器作為一種樁內(nèi)吊裝設(shè)備可應(yīng)用于導(dǎo)管架吊裝，將夾樁器伸至導(dǎo)管架鋼樁內(nèi)部后張緊，可直接起吊導(dǎo)管架，無需使用吊點(diǎn)，從而減少導(dǎo)管架吊點(diǎn)焊接的工作，如圖4 所示。

圖4 夾樁器

2.2 浮托法拆除組塊

海上平臺組塊拆除時(shí)常會用到起重船等大型船舶，往往占用了項(xiàng)目的大部分費(fèi)用支出。浮托法是組塊安裝方式中的一種，在海上安裝領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，研究采用浮托安裝逆過程的方式進(jìn)行組塊拆除已經(jīng)逐步進(jìn)入拆除技術(shù)領(lǐng)域。

在國外部分區(qū)域已有使用浮托法進(jìn)行組塊拆除的先例，國內(nèi)目前也有研究將該方法應(yīng)用于平臺拆除項(xiàng)目。浮托法通常可分為單船浮托和雙船浮托法。開口較大的導(dǎo)管架可采用單船浮托的方式，浮拖船進(jìn)入導(dǎo)管架后通過系泊系統(tǒng)固定船舶，通過調(diào)載使船上的支撐系統(tǒng)與組塊樁腿對接并抬升組塊進(jìn)行拆除；對于開口較小的導(dǎo)管架，若同時(shí)組塊質(zhì)量偏大，則適宜采用雙船浮托法進(jìn)行拆除，浮托法拆除可見圖5。

圖5 浮托法拆除示意圖

采用浮托法安裝的逆向方式進(jìn)行平臺組塊拆除無需使用大型起重船資源，可通過駁船調(diào)載來實(shí)現(xiàn)組塊的拆除過程，可大幅降低項(xiàng)目資源成本。

2.3 浮筒法導(dǎo)管架拆除

浮筒在水下打撈工程中被廣泛應(yīng)用，在海洋平臺拆除方面尚處于研究階段。該方法需要在導(dǎo)管架上預(yù)先安裝浮筒，通過前期計(jì)算，設(shè)計(jì)好浮筒的充氣量并充氣。當(dāng)導(dǎo)管架樁腿切割完成后，導(dǎo)管架借助浮筒的浮力處于懸浮狀態(tài)。在這種情況下，只需要使用小馬力的拖輪便可以將一個(gè)大型導(dǎo)管架拖拉至淺灘拆解或者拖拉至指定海域棄置，如圖6 所示。這種方式避免了使用大型起重船及駁船資源，可大幅降低成本。

圖6 使用浮筒進(jìn)行導(dǎo)管架拆除示意圖

2.4 托架法平臺拆除

目前，國外公司將兩艘駁船用大型鋼結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行剛性連接，采用這種托架形式的雙體船進(jìn)行平臺拆除作業(yè)，可用于吊裝導(dǎo)管架或者上部組塊等大型結(jié)構(gòu)物,如圖7 所示。采用這種方式不需要大型起重船支持，減少了裝船時(shí)間，大大縮減了項(xiàng)目成本。但這種方式前期投入極大，大批量平臺進(jìn)行棄置拆除時(shí)，這種方式是有較大的成本優(yōu)勢。

圖7 墨西哥灣某平臺采用托架拆除

3 市場展望

海洋平臺拆除產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)不斷壯大。HIS Markit 的調(diào)查研究表明，從2021 年至2040 年，棄置拆除的平臺數(shù)量將超過2 000 座，海洋設(shè)施拆除棄置費(fèi)用將由2015 年的每年24 億美元增加至2040 年的130 億美元每年。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，2040 年以前，國內(nèi)將要廢棄的油氣田為81 個(gè)、平臺164 座、海底管道3 240 km、油井2 310 口。相較陸上的油氣設(shè)施及管道的棄置工作，海上油氣設(shè)施的棄置問題更為復(fù)雜，不僅受到國內(nèi)法律、國際條約管轄，還面臨高昂的處理成本及極具挑戰(zhàn)的環(huán)保難題。進(jìn)行海上石油平臺棄置的環(huán)境保護(hù)探索和研究對海洋環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也是海洋石油開發(fā)者的責(zé)任和義務(wù)。

4 結(jié)論

海洋石油平臺棄置拆除是海上石油發(fā)展中不可避免的環(huán)節(jié)，也是海上石油開發(fā)者不可逃避的責(zé)任。國內(nèi)平臺拆除技術(shù)經(jīng)過20 余年的發(fā)展已日臻成熟，相信在不遠(yuǎn)的將來，發(fā)展中的各類技術(shù)會逐步應(yīng)用于海上平臺拆除項(xiàng)目中，拆除技術(shù)和水平還會進(jìn)一步提升，施工效率、安全、環(huán)保等方面都將不斷提升。

發(fā)展海洋石油平臺棄置拆除技術(shù)有著廣闊的市場前景，也對恢復(fù)海洋生態(tài)有重要的積極作用。