埕北油田BSL平台原油储罐及导管架帽拆除技术

刘建峰

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

埕北油田位于渤海西部海域，距离塘沽基地92 km，油田范围内平均水深约15.8 m。该油田于1972年由中方勘探发现，后由渤海石油公司与日本埕北石油开发株式会社双方合作开发，是按国际规范设计和建造的我国第一个现代化海上油田[1-3]。埕北油田早期设计时，预计弃置时间在2016年。

截止到2015年初，经各方面技术专家评估论证后发现，埕北油田与同类稠油油田相比，依然保持着比较旺盛的生产能力，因此该油田可以延长使用年限继续开发生产。但是埕北油田现有设备设施已经不能满足油田高效开发的需要，有必要对设备设施进行整体升级改造。埕北BSL平台上A、C、E这3座原油储罐及其下方导管架帽的拆除工作，是此次埕北油田设备设施整体升级改造工程中的重点和难点。由于前期D座原油储罐曾发生过爆炸事故，在拆除过程中3座原油储罐也很有可能存在爆炸的危险，因此3座原油储罐及导管架帽拆除作业被列为A类高风险作业项目。

针对埕北油田BSL平台原油储罐及导管架帽拆除作业风险高的特点，通过对原油储罐及导管架帽拆除过程中的吊装方案设计、导管架帽水平切割位置选择、原油储罐装船的固定设计等关键技术的研究，探索出一套适用于原油储罐及导管架帽拆除的可行技术方案。该拆除技术在埕北油田设备设施整体升级改造项目中得到了成功应用，不但为该项目节省了大量的工程成本，而且填补了国内原油储罐及导管架帽海上拆除领域内的技术空白，对今后类似工程具有一定的借鉴意义。

1 原油储罐及导管架帽拆除吊装方案设计

1.1 吊装方案的基本设计

针对原油储罐及导管架帽的拆除作业，吊装方案的基本设计如图1所示。

图1 吊装方案的基本设计示意

该方案选择在导管架帽顶层梁格最远端的四个角点处设置吊点，并辅助结构尺寸相对较大的矩形吊装框架进行吊装作业。若采用此设计方案，则A、C、E这3座原油储罐及其下方导管架帽共需要3次吊装。但是，由于该方案选择的吊点位置与重心位置的水平距离较远，经建模分析后发现，导管架帽的结构强度不满足API[4]和AISC[5]等规范要求，在进行海上吊装作业之前，必须对其进行大量的结构加强；由于在结构加强后整体结构物的海上吊装较重，因此该吊装方案需要选择大型浮吊进行吊装。

1.2 吊装方案Ⅰ的详细设计

针对吊装方案基本设计中存在的一些问题，在详细设计初期，相关人员提出对原油储罐和导管架帽进行分体吊装的吊装方案Ⅰ，如图2所示。该方案对每组原油储罐及导管架帽采用分体吊装，先采用辅助矩形吊装框架对原油储罐及其底甲板进行第一次吊装，再使用吊装框架直接对导管架帽进行第二次吊装。若采用此设计方案，则A、C、E这3座原油储罐及其下方导管架帽共需要6次吊装，因此海上占用浮吊的时间就会翻倍。而且，在吊装原油储罐及其底甲板时，由于选择的吊点位置与重心位置的水平距离较远，经过建模分析后发现，底甲板的结构强度不满足API和AISC等规范要求，因此在进行海上吊装作业之前，也需要对原油储罐底甲板进行大量的结构加强。虽然该方案每次吊装的重量相对较轻，所用吊耳单个尺寸小、重量轻，但是需要的吊耳数量较多，海上焊接吊耳的时间相对较长。

图2 吊装方案Ⅰ的详细设计示意

1.3 吊装方案Ⅱ的详细设计

通过对吊装方案的基本设计和吊装方案Ⅰ的详细设计进行研究分析，针对以上两种吊装方案中存在的一些技术问题，在详细设计后期，创新性地提出了方案Ⅱ，如图3所示。

图3 吊装方案Ⅱ的详细设计示意

该方案是将吊点选择在结构强度相对较高的导管架帽的4根立柱上，进行原油储罐及导管架帽的整体拆除吊装。由于吊点位置与重心位置的水平距离相对较近，因此经过建模分析后发现，整体结构强度都满足API和AISC等规范要求，该方案不需要对任何杆件进行结构加强。

1.4 三种吊装方案的对比分析

通过对原油储罐及导管架帽吊装方案的基本设计、详细设计初期的吊装方案和详细设计后期的吊装方案的对比分析，发现这三种吊装方案各具特点，其优缺点如表1所示。

表1 三种吊装方案的对比分析

经综合考虑，吊装方案Ⅱ详细设计相对最优，该方案最终被选为海上施工所采用的拆除吊装方案。

2 导管架帽水平切割位置选择

根据BSL平台改造后期工程的需要，当原油储罐及导管架帽拆除之后，其剩余导管腿的顶部标高为EL.（+）8810 mm，而原导管架帽与导管架腿之间的对接焊缝在标高EL.（+）9010 mm处，如图4所示。

若将导管架帽所有立柱的水平切割位置选择在标高EL.（+）8810 mm处，则导管架帽的原插尖就会暴露出来。当拆除导管架帽时连带插尖一起拆除时，在装船固定时就很难将其与垫墩连接固定。经研究分析后，最终采用的拆除方案是，对每根导管架帽立柱进行两次切割，先在标高EL.（+）9260 mm处进行第一次切割，当上部原油储罐及导管架帽拆除、吊装完成后，再在标高EL.（+）8810 mm处进行第二次切割，并对切割后的导管架腿的切口进行精细化打磨处理。

该方案的优点是：

（1）将导管架帽的切割缝选择在标高EL.（+）9260 mm处，使得原油储罐及导管架帽的吊装总重更轻，有利于选择BH108作为浮吊船来进行海上吊装作业。

（2）将切割缝由原方案在标高EL.（+）8810 mm处优化为在标高EL.（+）9260 mm处，可将原油储罐及导管架帽的结构总高度降低0.45 m，有利于提高结构物整体运输的安全性。

（3）导管架帽选择不带插尖进行切割，可以大大简化结构物整体装船的固定形式，不但省工省料，而且能够缩减装船固定占用浮吊的时间。

（4）装船固定所需的12个垫墩都无需再因插尖问题而进行改造，均可直接利用原有的常规垫墩，可以节省一部分改造费用。

3 原油储罐装船固定方案设计

原油储罐在拆除之前需要对原油残留物进行清理，但由于清理工具、清理工艺和清理工期等因素的制约，储罐内部原油污渍无法完全清除，在对其拆除运输的过程中，储罐如果遇到明火、高温或通风不畅的情况，储罐就存在极大的爆炸风险。因此，在对储罐进行装船固定时，其施工方案设计必须非常谨慎。

针对该问题，使用SACS软件和ANSYS软件对原油储罐及导管架帽的运输过程工况进行结构建模。通过分析研究后发现，可以采用在储罐底板外边缘加固定筋板的方式对其进行固定，如图5所示。

图5 原油储罐装船固定示意

该设计方案共采用30块相同的筋板对每个储罐进行固定，每块筋板都采用PL20的钢板，以刀把形式将原油储罐与其底甲板刚性连接。为了避免在储罐壁上进行焊接等动火作业，该设计方案在筋板与罐体壁之间预留了约20 mm的缝隙。

4 方案实施效果

通过相关技术研究和方案优化，于2016年8月成功实施了埕北油田设备设施整体升级改造项目中BSL平台原油储罐及导管架帽的拆除作业。

（1）在原油储罐及导管架帽拆除吊装过程中，每座原油储罐及导管架帽的实际结构总质量与计算模拟的结构质量基本一致，误差都在5 t以内，而且精确模拟了重心位置，因此在整个拆除吊装过程中，结构物整体吊装平稳，未出现大幅摇摆晃动，整个装船就位也比较安全顺利。

（2）导管架帽水平切割位置选择合理，导管架帽立柱以不带插尖的方式进行切割拆除，不但省去了对装船垫墩进行改造的大量工作，而且也降低了结构物整体重心高度，更有利于其拖航运输的稳定性。

（3）原油储罐装船固定的设计方案，满足了储罐壁不能动火焊接的施工要求，通过采用刀把形式的筋板固定储罐底板方式，有效固定了原油储罐，但是采用30块筋板固定每座原油储罐的方案有些过于保守，方案设计时不应完全忽略储罐底板与其底甲板间的摩擦力。

5 结束语

通过技术攻关，开发出了原油储罐及导管架帽的拆除技术，并成功地应用于埕北BSL平台原油储罐及导管架帽拆除工程中，填补了国内在该领域的技术空白，有效提升了我国原油储罐及导管架帽的拆除水平，为国内原油储罐及导管架帽的拆除提供了成功案例，对今后类似工程具有一定的借鉴意义。