羅曉健，楊益涵，趙 輝

1.中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司，北京 100028

2.中國石油天然氣管道工程有限公司天津分公司，天津 300457

導(dǎo)管架平臺(tái)是淺海油氣田開發(fā)最重要的一種結(jié)構(gòu)形式。我國已建成導(dǎo)管架平臺(tái)200多座，通常導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)壽命為20～30年，目前已有大量平臺(tái)達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，等待棄置。國家能源局發(fā)布的《海上油氣生產(chǎn)設(shè)施廢棄處置管理暫行規(guī)定》要求：“海上油氣田終止生產(chǎn)后，如果沒有新的用途或者其他正當(dāng)理由，作業(yè)者應(yīng)當(dāng)自終止生產(chǎn)之日起一年內(nèi)開始廢棄作業(yè)”[1]。

導(dǎo)管架平臺(tái)由樁、導(dǎo)管架及組塊組成，通過樁固定于海底。導(dǎo)管架棄置作業(yè)特點(diǎn)：導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積及重量大，棄置作業(yè)需動(dòng)用大型船舶機(jī)具；平臺(tái)海上服役時(shí)間長，鋼結(jié)構(gòu)腐蝕老化嚴(yán)重，棄置前需對結(jié)構(gòu)全面檢測；樁管一般需要從泥面以下4 m切割，水下切割難度大；平臺(tái)上面油氣設(shè)備及管道密集，棄置過程中易引發(fā)安全環(huán)保事故；海上棄置作業(yè)工序多、交叉作業(yè)多、安全風(fēng)險(xiǎn)高。為了保證導(dǎo)管架平臺(tái)棄置作業(yè)安全可靠、棄置費(fèi)用經(jīng)濟(jì)合理，拆除前應(yīng)制訂合理的實(shí)施方案。本文以冀東油田NP1-5平臺(tái)整體棄置項(xiàng)目為例，論述了導(dǎo)管架平臺(tái)棄置流程、施工區(qū)域調(diào)查及結(jié)構(gòu)檢測要求，研究了系統(tǒng)清洗、組塊拆除、導(dǎo)管架及隔水管拆除方案，指出了實(shí)施方案相關(guān)要點(diǎn)。依據(jù)該實(shí)施方案，中石油海洋工程公司成功實(shí)施了NP1-5平臺(tái)海上拆除作業(yè)，其研究成果可為導(dǎo)管架平臺(tái)棄置實(shí)施方案制訂及海上操作提供指導(dǎo)。

1 工程概況

NP1-5平臺(tái)位于河北省唐山市南堡海域，距曹妃甸約20 km，距NP1-3人工島西側(cè)約0.5 km，該海域水深4.5～7m。2005年冀東油田對NP1-5區(qū)塊油井進(jìn)行試采作業(yè)，建立了配套的試采平臺(tái)，其后平臺(tái)歷經(jīng)升級改造。2009年冀東油田對原NP1-5試采平臺(tái)進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)建，擴(kuò)建后的NP1-5平臺(tái)包括3座生產(chǎn)平臺(tái)（PRPA、PRPB、PRPC）、2座井口平臺(tái)（WHPA、WHPB）、1座火炬平臺(tái)和1座棧橋平臺(tái)，平臺(tái)之間通過6榀棧橋連接。NP1-5平臺(tái)產(chǎn)液通過1條0.8 km長的8 in（1 in=25.4mm）海底混輸管道輸送至NP1-3人工島。NP1-5平臺(tái)電源取自NP1-3人工島，電力由1根0.85 km長復(fù)合海底電纜輸送。2017年NP1-5平臺(tái)海上油氣開發(fā)任務(wù)完成，棄置申請獲批。2018年由中石油海洋工程公司實(shí)施完成了平臺(tái)整體棄置拆除。平臺(tái)總體布置及外觀見圖1，各平臺(tái)質(zhì)量及外形尺寸參數(shù)見表1。

圖1 NP1-5平臺(tái)總體布置及外觀

表1 NP1-5各平臺(tái)質(zhì)量及外型尺寸參數(shù)

2 棄置方案

2.1 總體棄置方案

平臺(tái)棄置可分為原地棄置、異地棄置和改做他用三種方式[2]。為了有效保護(hù)海洋環(huán)境，減少后期監(jiān)測維護(hù)費(fèi)用與責(zé)任，NP1-5所有海上平臺(tái)采用異地棄置的方式。根據(jù)海上廢棄油氣生產(chǎn)設(shè)施特點(diǎn)，結(jié)合國家法律法規(guī)，棄置實(shí)施方案應(yīng)具有可操作性，保證海上作業(yè)安全，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)盡可能節(jié)省棄置作業(yè)費(fèi)用。WHPA和WHPB平臺(tái)為井口平臺(tái)，平臺(tái)拆除應(yīng)在井口棄置完成后進(jìn)行。由于項(xiàng)目總體工期緊，平臺(tái)拆除和井口棄置作業(yè)將同時(shí)開展，因此在狹小的海上施工區(qū)域內(nèi)將有1座修井作業(yè)平臺(tái)、2艘浮吊、2艘支持船舶及1艘駁船穿梭作業(yè)。為了減少施工船舶與修井作業(yè)平臺(tái)在空間和時(shí)間上的相互干擾，降低海上作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，需制訂完善的施工總體布置圖及合理的平臺(tái)拆除流程。經(jīng)過多次桌面演練及優(yōu)化后，確定了NP1-5平臺(tái)施工總布置及總體棄置流程。平臺(tái)棄置總體流程如圖2所示，首先，完成施工區(qū)域預(yù)調(diào)查、結(jié)構(gòu)檢測等準(zhǔn)備工作；然后，中油海62修井平臺(tái)進(jìn)場，進(jìn)行WHPB平臺(tái)井口棄置；最后，中油海62修井平臺(tái)移至WHPA平臺(tái)，進(jìn)行該井棄置作業(yè)。根據(jù)棄井作業(yè)周期和平臺(tái)拆除工期，當(dāng)WHPA平臺(tái)棄井作業(yè)完成過半時(shí)，施工船舶進(jìn)場啟動(dòng)平臺(tái)拆除施工。

圖2 NP1-5平臺(tái)棄置流程

海上施工時(shí)，船舶布置應(yīng)充分考慮中油海62修井平臺(tái)作業(yè)要求、待棄置平臺(tái)的位置尺寸及潮流的影響，并使得浮吊起拋錨移位和運(yùn)輸駁船往返次數(shù)最少，現(xiàn)場施工船舶布置見圖3。平臺(tái)拆除遵循從上到下、從簡單到復(fù)雜的原則，即先拆除棧橋，再拆除上部組塊，然后拆除導(dǎo)管架及隔水管等下部結(jié)構(gòu)。船舶進(jìn)場后進(jìn)行系統(tǒng)清洗置換、移除或固定活動(dòng)設(shè)備、吊點(diǎn)焊接等準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備工作完成后，依次拆除棧橋、棧橋平臺(tái)及火炬平臺(tái)、PRPC組塊、PRPB組塊、PRPA組塊，棧橋及組塊運(yùn)輸上岸；拆除棧橋樁及火炬樁、PRPC導(dǎo)管架、PRPB導(dǎo)管架、PRPA導(dǎo)管架，導(dǎo)管架及樁運(yùn)輸上岸；拆除WHPB平臺(tái)及隔水管、WHPA平臺(tái)及隔水管，WHPA/WHPB平臺(tái)及隔水管運(yùn)輸上岸。

圖3 現(xiàn)場施工船舶布置

2.2 施工區(qū)域預(yù)調(diào)查及結(jié)構(gòu)檢測

為獲取準(zhǔn)確的施工設(shè)計(jì)資料，實(shí)施方案編制前對施工區(qū)域水深、海底地形及障礙物進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查范圍以滿足施工船舶布置及安全行船為原則，預(yù)調(diào)查采用水深測量和側(cè)掃聲吶測量相結(jié)合的方式。水深測量范圍為自各平臺(tái)外邊緣線起100 m的區(qū)域，側(cè)掃聲吶范圍為自各平臺(tái)外緣線起300 m的區(qū)域及以各平臺(tái)中心為圓心半徑500 m范圍內(nèi)的區(qū)域。對于灘淺海及工程地質(zhì)復(fù)雜的海域，可根據(jù)施工作業(yè)船舶吃水和回轉(zhuǎn)半徑情況增加調(diào)查范圍，以滿足船舶安全作業(yè)需要。

平臺(tái)在服役期內(nèi)歷經(jīng)改造，鋼結(jié)構(gòu)可能腐蝕老化嚴(yán)重，平臺(tái)拆除吊裝存在重大風(fēng)險(xiǎn)。平臺(tái)拆除前應(yīng)對平臺(tái)導(dǎo)管架、上部組塊進(jìn)行一次系統(tǒng)檢測，包括構(gòu)件測厚、海生物測量、構(gòu)件機(jī)械損傷檢查、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)無損探傷等，以便準(zhǔn)確了解平臺(tái)的現(xiàn)狀，并作為拆除工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3]。依據(jù)此要求，對NP1-5平臺(tái)進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)檢測，并將檢測結(jié)果作為吊裝方案設(shè)計(jì)的依據(jù)。

潛水員對水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行探摸錄像，檢查導(dǎo)管架構(gòu)件是否完整，有無機(jī)械損傷和變形，導(dǎo)管架附近有無障礙物；測量防沉板面層淤泥厚度；測量導(dǎo)管架主結(jié)構(gòu)壁厚。檢測人員檢查組塊結(jié)構(gòu)的機(jī)械損傷、變形及腐蝕情況，測量主結(jié)構(gòu)壁厚，對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、腐蝕嚴(yán)重及油漆脫落的結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損探傷。無損探傷優(yōu)選磁粉探傷，若發(fā)現(xiàn)表面裂紋，則結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在損傷的可能，需采用超聲探傷復(fù)測，以確定損傷情況。最終檢測結(jié)果顯示：導(dǎo)管架海生物覆蓋率95%，最大厚度40 cm，平均厚度15 cm，均超過海生物設(shè)計(jì)厚度，吊裝計(jì)算時(shí)應(yīng)額外考慮海生物重量；防沉板淤泥覆蓋厚度為90～130 cm，海上吊裝前應(yīng)采用高壓水沖洗防沉板上部的淤泥以減輕吊裝重量；平臺(tái)樁腿和橫撐無機(jī)械損傷，壁厚腐蝕的最大值為0.3 mm，在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)；組塊主結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)無損傷；主結(jié)構(gòu)油漆完好，無腐蝕，可采用設(shè)計(jì)值進(jìn)行結(jié)構(gòu)校核。

2.3 系統(tǒng)清洗

平臺(tái)拆除時(shí)設(shè)備或管道內(nèi)可能留存有烴液、天然氣、有毒有害的化學(xué)藥劑等。設(shè)備拆除或管道切割過程中殘液泄漏可能造成海洋環(huán)境污染或發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故，應(yīng)根據(jù)平臺(tái)拆除方案提前規(guī)劃需要拆除的設(shè)備和切割的管道，并對可能發(fā)生泄漏的系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行清洗。系統(tǒng)清洗宜采用流程整體清洗的方式，盡量減少海上清洗工作量。NP1-5平臺(tái)清洗順序及范圍為：油氣生產(chǎn)系統(tǒng)→閉排系統(tǒng)→開排系統(tǒng)→海底管道→化學(xué)藥劑系統(tǒng)→柴油系統(tǒng)。

清洗前應(yīng)對帶壓系統(tǒng)進(jìn)行泄壓，打開設(shè)備及管道上的放空閥門，通過平臺(tái)火炬或放空管道泄壓，并確認(rèn)壓力表讀數(shù)為0。打開設(shè)備或管道的低點(diǎn)排放閥門，將殘液排放到平臺(tái)開排槽或臨時(shí)儲(chǔ)存容器內(nèi)。用軟管連接排污泵、儲(chǔ)存容器及作業(yè)船污液艙，建立臨時(shí)流程，將污液收集到作業(yè)船污液艙。根據(jù)油品物性及管道內(nèi)介質(zhì)配置清洗劑，參照清洗專項(xiàng)方案安裝、調(diào)試清洗設(shè)備，建立清洗流程，使用清洗藥劑依次對各系統(tǒng)進(jìn)行清洗。用清洗劑清洗后再用淡水沖洗至不見明顯油污時(shí)停止沖洗。對清洗后的系統(tǒng)進(jìn)行含油量檢測，當(dāng)清洗廢液含油質(zhì)量濃度≤30 mg/L、可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)在爆炸極限5%以下時(shí)停止清洗[4]。對于清洗后含油量檢測合格，而可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)檢測不合格的設(shè)備或管道，連接氮?dú)馄窟M(jìn)行吹掃，直至可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)檢測合格。系統(tǒng)清洗完成后，與未清洗的系統(tǒng)隔離，貼上清洗合格待拆除的標(biāo)簽。

2.4 組塊拆除

NP1-5平臺(tái)組塊重量小，可采用吊裝拆除的方式。PRPB平臺(tái)和PRPC平臺(tái)的房間及設(shè)備影響吊索具布置，采用直接吊裝方案則最小吊裝高度達(dá)66 m。由于小型浮吊吊裝高度普遍較小，滿足高要求的浮吊數(shù)量少，因此專門設(shè)計(jì)了一套吊裝框架。使用吊裝框架吊裝，可將浮吊吊裝高度由66 m降低為35 m，有效解決了吊索角度不夠及浮吊吊裝高度不足等問題。吊裝框架及吊裝分析見圖4，計(jì)算分析表明采用吊裝框架吊裝，組塊結(jié)構(gòu)最大UC值為0.654（＜1），滿足規(guī)范要求。同時(shí)框架吊裝方案使得吊繩與吊點(diǎn)垂直，吊點(diǎn)受力均勻，結(jié)構(gòu)形式簡單，可減少現(xiàn)場焊接工作量。根據(jù)組塊最大吊裝重量、吊裝半徑及吊裝高度，選用700 t浮吊作為主作業(yè)船舶，200 t浮吊作為輔助船舶兼生活支持船，4000DWT自航駁船進(jìn)行海上運(yùn)輸。

圖4 吊裝框架

吊裝作業(yè)應(yīng)選擇良好的天氣窗口，以滿足連續(xù)作業(yè)要求。組塊切割前搭設(shè)臨時(shí)操作平臺(tái)及護(hù)欄。臨時(shí)操作平臺(tái)搭設(shè)應(yīng)滿足操作和人員撤離安全要求。按照組塊吊裝拆除專項(xiàng)方案掛吊索具，吊裝前調(diào)整浮吊使吊索具處于輕微受力狀態(tài)。保持吊索始終處于受力狀態(tài)，在上部組塊過渡段處切割立柱。最后一根立柱切斷前，調(diào)整浮吊受力，使整個(gè)平臺(tái)處于吊裝可控狀態(tài)，切割人員應(yīng)確認(rèn)撤離路線，做好安全防護(hù)措施后切斷立柱。切割完畢后，浮吊進(jìn)行試吊，確認(rèn)上部組塊與樁管脫離后，移動(dòng)吊臂將組塊吊至運(yùn)輸船綁扎固定。

2.5 導(dǎo)管架及隔水管拆除

在領(lǐng)海海域進(jìn)行全部拆除的海上平臺(tái)，其殘留海底的樁腿等應(yīng)切割至海床泥面以下4 m[5]。導(dǎo)管架和樁通過皇冠板焊接在一起，分離困難，樁管可與導(dǎo)管架同時(shí)拆除。水下切割技術(shù)主要有電氧弧切割、金剛石繩鋸切割、高壓磨料水射流切割、旋轉(zhuǎn)割刀切割、聚能切割等，而水下樁管切割又分內(nèi)切割和外切割。切割方法選擇應(yīng)綜合考慮拆除對象的材料特性和幾何形狀、切割設(shè)備、環(huán)境條件、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響及安全性等因素。本工程樁腿數(shù)量多，施工時(shí)采用了水下高壓磨料水射流內(nèi)切割方法。樁內(nèi)切割不需要對樁腿外部進(jìn)行大規(guī)模的吹泥造坑，安裝切割工具不需要潛水員協(xié)助，安全可靠，方便經(jīng)濟(jì)；高壓磨料水射流切割速度快，對海洋環(huán)境影響小。切割前采用泥漿泵、空氣提升設(shè)備及高壓水配合對樁管進(jìn)行內(nèi)部排泥。排泥完成后，將切割設(shè)備下放至切割位置，啟動(dòng)內(nèi)張器進(jìn)行固定，開始樁管切割。切割位置宜設(shè)置在泥面下4.5 m，保留0.5 m切割余量。切割過程中，由于高壓水混帶磨料粒子沖擊被切物體，可能發(fā)生粒子反彈飛濺傷人，應(yīng)做好防護(hù)措施。導(dǎo)管架拆除如圖5所示：依次完成各樁腿排泥及切割后，將導(dǎo)管架吊出，放置在運(yùn)輸駁船。導(dǎo)管架拆除同樣需要進(jìn)行吊裝分析，編制拆除專項(xiàng)方案。吊裝重量應(yīng)考慮導(dǎo)管架、樁管、海生物重量及泥土吸附力等。

隔水管采用與導(dǎo)管架同樣的拆除方法。由于105X1井與1090井的隔水管為鉆入方式安裝，固井水泥返高至井口，表層套管與隔水管固結(jié)在一起，樁內(nèi)無法安裝切割工具，只能進(jìn)行樁外切割。為了在泥面以下4 m安裝切割工具，應(yīng)對隔水管周邊進(jìn)行排泥造坑。施工區(qū)域海底為淤泥土質(zhì)，直接排泥造坑容易坍塌，危及水下作業(yè)人員安全，因此根據(jù)隔水管直徑和隔水管間距設(shè)計(jì)了防砂罩。用防砂罩將隔水管圍住排泥，有效避免了周圍泥土回淤及坍塌，并可減少排泥造坑的工程量，提高了排泥效率，縮短了海上施工工期，降低了海上作業(yè)成本及風(fēng)險(xiǎn)。排泥完成后，潛水員下水在切割位置安裝固定導(dǎo)軌，并將切割噴頭固定在導(dǎo)軌上，啟動(dòng)切割設(shè)備完成切割。

圖5 導(dǎo)管架拆除

3 結(jié)束語

海上棄置工程量大，交叉作業(yè)多，應(yīng)優(yōu)化棄置流程，合理編制實(shí)施方案。實(shí)施方案應(yīng)盡量縮短海上施工工期，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約成本。海上平臺(tái)服役期內(nèi)往往經(jīng)歷改造，并且存在結(jié)構(gòu)腐蝕或損傷情況，應(yīng)提前進(jìn)行調(diào)研、探查及檢測，根據(jù)實(shí)測結(jié)果結(jié)合施工過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核分析。海上棄置作業(yè)完成后，應(yīng)參照預(yù)調(diào)查的方法對施工區(qū)域進(jìn)行后調(diào)查，核查最終的棄置狀態(tài)與批準(zhǔn)的棄置方案是否一致，并清除海底遺落物。