海上油气平台水面结构物拆装技术研究与应用

段立志 卢维强 刘耀江 张亚雷 邬智慧

（深圳海油工程水下技术有限公司，广东 深圳 518067）

0 前言

随着我国海洋石油事业的不断发展，海上石油平台导管架和组块安装完成后，一些辅助性的水面结构物需要安装或拆除，老旧平台也因为腐蚀等原因需要拆除或更换部分水面结构物[1-2]。

海洋油气平台上水面结构物通常位于飞溅区，其水深在水下15 m至水上10 m。通常部分设施位于水下，部分设施位于水上。由于此类结构所处的环境通常具有较大涌浪，同时受潮汐影响；需要空气潜水协助作业；受涌浪影响拆装过程中存在难以控制等特征，因此，其拆除和安装具有较大难度。

图1～图4为常见的4种典型的水面结构物。图1为南海东部某海上石油平台待拆除的横荡护舷，该横荡护舷主要用于组块浮托安装时避免船舶碰撞导管架，在组块安装完成后需要拆除，该结构物一半位于水下，一半位于水上，拆除工作受涌浪影响较大。图2为中东某海上天然气平台后安装的立管保护架，该结构物主要用于保护立管，避免因船舶失控时立管受到碰撞；该设施在低潮位时，距离水面1 m，高潮位时一半位于水面；该结构物的安装受平台组块影响，并受潮水位影响。图3为南海西部某海上石油平台水深4 m处新增管卡，该管卡位于水面以下，需要潜水员作业，主要受海流影响。图4为某海上石油平台新增大型的立管保护架。该结构物体型尺寸较大和重量较重，同时还涉及潜水作业，既受吊装能力的影响，也受海流影响。

图1 横荡护舷

图2 立管保护架

1 拆装方案研究

水面结构物拆除和安装方案类似，互为逆过程，需要研究平台准备、结构物拆除和固定方案、倒运方案、吊装方案，如果涉及空潜作业，需要制定潜水作业方案。其基本步骤如图5所示。

1.1 吊装方案

吊装方案是水面结构物拆装过程中的重点内容之一，吊装方案主要研究吊装索具和吊装设备。吊装索具通常进行重心分析，并进行索具受力分析，基本都能通过技术能力处理。因此，在吊装方案研究中，重点研究吊装设备。不同的吊装设备费用差异较大，对工程的经济效益具有重大影响。常用的吊装设备有2种：平台吊机和浮吊船吊机，在特殊情况下可使用布置于平台上的绞车。

图3 水深4 m新增管卡

图4 大型立管保护架

采用平台吊机吊装水面结构物如图6所示。国内多数海上油气平台均布了1台或2台平台吊机，可以用于水面结构物拆装或安装过程中的吊装。在不同性质的平台上，其平台吊机的吊装能力不同。井口平台吊机吊装能力通常为5 t～25 t，中心平台吊机吊装能力通常为2 t～40 t。在满足吊装能力的情况下，选择平台吊机吊装具有较高的经济效益。

采用浮吊吊装水面结构物如图7所示。浮吊船吊机通常布置在浮吊船上。其吊装能力范围较大：5 t至数千吨。并且浮吊船兼具吊装和运输的功能。由于浮吊船费用昂贵，利用浮吊船进行水面结构物安装的方案其经济效益较低。因此，在实际施工中，通常在平台吊机吊装能力不满足要求时才考虑使用浮吊吊机，并且通常不会单独为水面结构物安装单独动员浮吊。

绞车用于水面结构物吊装的方案操作方法如图8所示。由于运输船随涌浪上下浮动，而绞车相对固定，结构物接触或脱离运输船时将会施加较大的动态力，因此，该方案具有较大的风险，需要在海况非常好的情况下实施。因此，绞车吊装法通常在海上油气平台未配备平台吊机，而浮吊船不具有经济效益时才考虑，并且需要满足平台安全作业规范。

1.2 倒运方案

水面结构物经常安装在导管架顶部，目标安装区域经常被平台组块所遮挡，吊机直接吊装至目标位置难以实现，因此，安装时需要先将结构物吊装、临时悬挂在平台组块舷边，再利用其他设备倒运至目标位置。部分情况下，也可考虑其他方案将结构物直接转移至目标位置。倒运的方案有以下3种。

1.2.1 绞车倒运法

绞车倒运法是指利用一台或多台绞车将结构物从临时悬挂点转移至目标位置的方法如图9所示。常见的绞车倒运法如图9所示，一台绞车用于临时悬挂，另一台绞车用于转移，两台绞车相互收放配合，将结构物传递至目标位置。也可使用单台绞车操作，即一个吊点为绞车，另一吊点以悬挂索具替代绞车。如果使用单台绞车进行结构物转移，需要计算绞车钢丝绳行程，并确定结构物路由上无干涉。

1.2.2 倒链倒运法

倒链倒运法是指利用倒链或电动葫芦等设备进行结构物的倒运转移。如图10所示，以横荡护舷拆除为例，利用多个倒链进行横荡护舷的倒运。由于索具和结构物均悬空在平台外侧，倒链倒运法需要考虑如何挂钩和解钩，可以考虑搭建脚手架，或者将结构物下放入水，由潜水员在水下进行换钩。如图11所示，展示的是南海东部某海上石油平台横荡护舷拆除工作，该作业采用倒链倒运方案，换钩的位置为索具底部的卸扣位置，由潜水员在水下进行操作。

图5 结构物安装（左）和拆除（右）流程图

1.2.3 漂浮倒运法

漂浮倒运法是指将物体下放、漂浮至水面，由平台绞车将结构物拖拉至目标位置的方法。该方案主要利用待拆装结构物位于水面这种特殊环境情况，并结合结构物在水中具有一定浮力这种特殊情况。该方案通常要求结构物具有较大浮力，并且结构物需位于水面以上。图12展示的是中东某海上平台安装立管保护架时使用的漂浮倒运法，图中立管保护架由吊机起吊下放并漂浮在水面上，由平台绞车将其拖拉至目标位置附近。

图6 平台吊机吊装

图7 浮吊吊装

图8 绞车吊装

图9 2台绞车倒运

图10 倒链倒运法

以上3种倒运方案（表1）工程项目中均有所应用，方案各有利弊。倒链倒运法与绞车倒运法的操作原理相同，都是利用索具之间受力转换，只是利用倒链或电动葫芦替代绞车的功能。漂浮法是利用结构物的浮力进行操作。3种方案在实际操作中可以单独使用，也可以综合使用，需要结合工程项目实际情况操作。

表1 倒运方案对比

图11 倒链法拆除施工照片

1.3 潜水方案研究

水面结构物拆除工作常常需要空气潜水配合作业。空气潜水作业因其作业的特殊性，具有较高的作业风险，因此在方案制定中需要重点关注。水面结构物拆装过程中潜水作业主要需研究以下4个方面的内容：1）潜水设备布置。空潜设备主要包括控制系统、出入水系统、供气系统、减压系统、供电系统和工具集装箱。出入水系统需要布置在对于平台结构和安装路由无干涉的位置；供气系统需要布置在空气质量较高、通风良好的位置；减压系统则需要尽可能地靠近潜水员出入水位置，避免潜水员在出水后进入减压仓前活动时间太长。2）减压方案。常见的减压方案包括水下减压和减压舱减压，也可以两者结合使用。水下减压是指潜水员完成施工作业后，每到一个减压水深停留一段时间，在水下完成全部减压；减压舱减压是指潜水员作业完成后立即出水，直接进入减压舱，根据减压标准步骤减压。水下减压受海流影响，特别是到达水面时，表面流较大，潜水员难以稳定站立；并且水下减压潜水员需要占用1套潜水设备，也会对另一名潜水员作业造成一定影响。减压舱减压由于要求潜水员立即出水减压，对潜水员的体力有一定的考验，并且要求减压舱尽可能地布置在作业位置附近，需要潜水员能在5 min内进入减压舱。3）出入水方案。常见的潜水出入水方案包括吊篮出入水、走梯出入水和直接出入水。利用吊篮出入水可以大量地节省潜水员的体力，是出入水中的推荐方案。当受平台空间影响，难以布置吊篮时，可以考虑其他2种方案。4）潜水作业内容。潜水的工作内容主要包括2类：观察和施工作业。在水面结构物安装工作中，常常需要潜水员施工作业，例如安装或拆除螺栓、移除或切割障碍物等。由于水下环境的特殊性，大量水下作业操作起来比较困难，在制定作业方案时，尽可能地使潜水员作业内容简单；并且尽可能地利用机械工具，避免潜水员大量体力活动。

图12 漂浮倒运法安装立管保护架

2 风险及控制措施

在水面结构物安装中，因水面涌浪较大、海流较大，结构物在拆装过程中又长时间受海流和涌浪影响，其作业比水上和水下的相关施工作业难度更高、风险更大。在制定施工方案时需要重点把控作业风险。水面结构物拆除和安装过程中主要的风险包括以下4点：1） 吊装风险。水面结构物吊装受涌浪影响较大，在吊装过程中存在较大的起吊碰撞风险。吊装碰撞风险主要通过控制吊装天气窗口进行把控，吊装时要求天气良好。2） 潜水风险。潜水作业因其作业的特殊性，具有较高的作业风险。需要根据实际的作业内容、作业位置制定详细的潜水减压程序、潜水作业方案和施工流程。避免出现沟通不畅、交叉作业等情况，避免潜水员出现减压病、落物砸伤等事件。3） 碰撞风险。结构物吊装和倒运过程中存在较大的碰撞导管架、平台组块和运输船的风险。在施工过程中需要重点关注。精确计算和分析结构物移动路由、严格控制吊装和倒运时的结构物姿态，注意控制船位。4） 设备故障风险。绞车故障和吊装索具断裂在海上施工中常常出现，水面结构物拆除过程中如出现该类事件，将会引起较大的安全事故。作业前需要检查绞车、吊装索具的证书，并进行外观检查，必要时，需要进行负载测试。

3 结语

在整个海洋工程建设过程中，水面结构物的拆除和安装工作占比并不高，但是具有鲜明的个性特征。作业位置处于飞溅区，作业难度大；事故损失高，一旦结构物掉落入海，可能损坏导管架或海管，其风险不容小觑，因此在进行方案设计时，需要仔细地进行研究。该文中提到的施工方案经过工程验证，确定是行之有效的方案，可以为类似结构拆除或安装提供参考。