导管架平台拆除技术及装备分析

章仲怡，王佐强，翁祖航，朱晓宇，唐友刚

(1.海洋能源发展股份有限公司 管道工程公司，天津 300450；2.天津大学 建筑工程学院，天津 300350)

近年来，我国拆除包括导管架平台在内的海洋设施日益受到关注。2012年中国石油集团海洋工程公司对冀东-老南堡油田进行了吊装拆除，2013年和2014年又分别拆除了辽河油田和胜利油田平台，2014年，我国拆除了曹妃甸1-6油田SPM导管架[1]。渤海90年代安装的导管架平台等，5～10年后达到弃置期，其质量已经达到万吨级，无法采用起重船法拆除。因此着眼于导管架平台弃置的现状与未来，研究具有经济效益、操作性强、安全可靠的海洋平台拆除技术与装备，对海洋石油工业持续发展及海洋环境保护具有一定的战略意义。

本文考虑拆除作业装备的不同，将拆除技术分为起重船法、浮托内插法、浮托外插法、双船抬升臂法及双体船抬升臂法，分析了各自的系统组成、技术特点、施工流程及经济性能，对于我国发展拆除技术和装备提出了建议。

1 起重船法拆除技术

起重船法拆除技术是利用大型浮吊起吊平台上部组块和导管架的技术。该技术发展较早，受到吊重能力、平台尺寸、水深、起重船租赁困难及租金高昂等因素的限制。

起重船法拆除过程关键是吊点的选择，必须保证吊耳与结构的可靠连接、吊点强度满足起吊要求，此外吊点的数量和位置也必须精心计算布置，保证提吊过程组块不发生旋转和脱落。因此，起重船作业一般要求浪高不能大于1.5 m, 且作业量大风险大[2-3]。鉴于设备的限制，目前我国拆除的导管架平台质量范围一般在300～2 000 t，普遍使用了起重船提吊，但是在5 000～10 000 t以上的大型导管架平台拆除中采用起重船提吊受到多种因素制约，且费用高、风险大。

2 浮托法拆除技术

浮托法拆除技术主要使用特殊改造过的运输驳船进行作业，配合必要的定位装置、对接装置及压载调节装置等，即可完成导管架平台的拆除作业[3-4]。基于作业船从导管架桩腿之间插入和从导管架桩腿外部插入，分为浮托内插法和浮托外插法，图1为浮托内插法，图2为浮托外插法。

图1 浮托内插法

图2 浮托外插法

2.1 浮托法拆除作业流程

1)作业船进入和定位。驳船通过艉进式拖拉进入导管架底部。通过纵向缆和锚机，将驳船慢慢拉向导管架桩腿之间的空档。确认驳船到达预定位置后，启动所有绞盘制动系统进行定位。

2)载荷转移及退船。作业驳船排水上升，作业驳船上的减振装置与上部组块接触并进行接触固定，而后切割临时固定支撑位置的桩腿，继续排水，使桩腿抬离固定支撑区域，作业驳船达到预定高度后，托起组块。作业驳船在拖船牵引下外移离开导管架。结束组块拆除过程。

浮托内插法已经被广泛用于安装导管架组块。对于导管架桩腿间距较大的导管架平台，采用浮托内插法；而对于导管架桩腿间距小的平台，采用浮托外插法。

2.2 浮托法拆除技术的优缺点

优点：①适合于拆除大尺度、大重量的导管架平台上部组块，解决起重船设备不足的问题；②与大型起重船拆除费用比较，费用较低。缺点：①仅能拆除上部组块，不能用于拆除导管架；②作业环境要求严苛，缩短了海上的作业窗口期。

（4）可以在标准规范要求指标下，在焊接材料采购时，可进一步降低C含量以及S、P、Si等杂质元素的含量，以降低产生热裂纹的倾向，提高操作性；提高Al、Ti元素的含量，达到细化晶粒、提高焊缝金属的塑性。

3 抬升臂法拆除技术

抬升臂安装在作业船甲板上，以进行抬升组块拆除作业。抬升臂法拆除作业技术包括的双船抬升臂法拆除技术(如图3所示)和双体船抬升臂法拆除技术(如图4所示)。

图3 双船抬升臂法拆除技术

图4 双体船抬升臂法拆除技术

1)双船抬升臂法拆除技术。单体船甲板上安装抬升臂，这种船作业时，需要2条船同时通过抬升臂起重组块或导管架，所以也被称为双船提吊技术[5]。拆除作业时，作业船位于导管架平台两侧进行抬升起重作业。

2)双体船抬升臂法拆除技术。先锋号 (Pioneering Spirit)双体船，该船尾部开槽，槽口两侧配备4个抬升臂。先锋号总长 382 m，宽度 124 m，主甲板下型深 30 m，其上部组块(安装或拆除)抬升臂的起重能力约为 48 000 t[5]。

3.1 抬升臂法拆除技术的施工船作业流程

1)双船抬升臂起重装备的系统组成和作业流程如下。

(1)系统组成。① 2艘安装抬升臂的驳船，2艘驳船船体结构为大型平底船，上层建筑和直升机甲板等位于艏部以增大抬升臂空间；②2套抬升臂，每艘起重驳船安放1套，每套8～10根抬升臂；③1套控制及检测系统，用于检测船体吃水及压载水水位。

(2)作业流程。①启动抬升臂接近导管架平台组块下甲板的支撑点，托住预先设好的支撑结构，切断组块与桩腿的连接后，抬升臂压载舱注入压载水，产生抬升力矩，组块被缓慢抬起离开导管架；②组块抬升至一定高度，两侧抬升臂托起组块缓慢移动到运输驳船甲板上方，双船系统抬升臂的压载舱进行排水，抬升力矩逐渐减小，组块下放到运输船甲板上，双船抬升臂系统起重施工结束。

2)双体船抬升臂系统组成和施工流程。

(2)施工流程。①作业准备之后，8个抬升臂托住平台上部组块的下甲板；②船舶排出压载水，船体上浮，托起组块；③组块在抬升臂托举下，缓慢驶离导管架。

3.2 抬升臂法拆除技术的优缺点

1)优点。①施工抬升能力强，托举的质量可达到数万吨，只要抬升臂强度和船体浮态满足要求，托举能力就没有限制；②适应海洋环境能力强，可在恶劣海况下进行拆除施工；③可以同时拆除组块和导管架，作业效率高。

2)缺点。设备建造费用较高，技术难度较大。

4 不同拆除技术和装备的比较

4.1 系统组成和载荷的比较

1)起重船法拆除技术。系统组成包括船体、吊臂和提吊索具。吊臂和提吊索具既是关键部件又是起重船的薄弱部件，提吊过程受风浪流载荷影响极为显著，对于风载荷敏感。

2)浮托法拆除技术。该施工技术装备包括船体及导管架下甲板的减振装置(LMU)[6-7]，作业船舶承受的载荷主要是来自组块的重量。浮托施工过程中作业船在波浪作用下运动，浮托船具有与两侧导管架桩腿发生碰撞的风险。采用浮托法拆除施工，在组块下甲板需要安装特殊的减振插头，在切割桩腿施工前，该插头插入浮托驳船上的LMU，以便缓冲船体与组块甲板之间的碰撞[4]。

3)抬升臂法拆除技术。抬升臂法包括双船抬升臂法和双体船抬升臂法。

(1)双船抬升臂法。导管架两侧船抬升过程保持运动同步，存在一定技术难度和风险。

(2)双体船抬升臂法。双体船抬升臂起重系统包括船体及抬升臂，抬升过程载荷主要是组块重量。抬升过程中，两侧抬升臂的动作必须保持同步。双体船抬升过程可以在恶劣的海况下作业。

4.2 拆除施工费用的比较

拆除小型平台(小于2 000 t)时，起重船法拆除是一种可行的方法。但是根据拆除大型平台的费用来看，浮托法拆除技术施工费用明显高于抬升臂法拆除技术施工费用，表1为浮托法与抬升臂法拆除技术施工费用比较[7]。

表1 浮托法与抬升臂法拆除技术施工费用比较 百万美元

4.3 不同拆除技术和装备的施工难度和安全性

起重船法拆除技术过程受海洋环境影响大，提吊物的重量受限，施工难度大，存在安全隐患。

浮托法拆除技术包括浮托内插法拆除和浮托外插法拆除，作业周期选择困难，船体舷侧与桩腿易发生碰撞，托举组块过程风险较大。

双船抬升臂法拆除技术利用2艘同型驳船同步托举上部组块，制约因素少、适用吨位大，可在浅水和深水区作业。双体船抬升臂法拆除技术的施工过程安全，尤其适合大体积、大重量的导管架平台拆除，具有抬升臂的作业船既可以拆除组块，也可以拆除导管架。不同拆除技术适应性比较见表2。

表2 不同拆除技术适应性比较

5 结束语

综上所述，抬升臂法是最有竞争力的导管架平台拆除技术，具有抬升臂的作业船装备抗风浪能力强，适合大重量平台的拆除，是在深海拆除大重量导管架平台最合理的选择。对于海洋环境良好的海域，浮托法适合拆除大重量导管架平台组块，但是不能拆除导管架；起重船法适合拆除中小型导管架平台，要求海域海况良好。抬升臂法拆除技术用于大型平台时，具有拆除成本低、作业能力强、作业时间短、适用范围广、操作安全方便等特点，因此对于深水大尺度万吨级导管架平台拆除，提供了新的技术和装备。对于我国而言，渤海湾的平台大部分属于中小型平台，适合于起重船法拆除，而对于东海和南海海域的导管架平台的拆除，适合采用抬升臂法拆除技术，在海况良好海域可采用浮托法拆除导管架平台组块。