海洋平台倒伏井治理水下混凝土清理系统

艾明刚

(山东海盛海洋工程集团有限公司， 山东 东营 257237)

0 引 言

早期的海洋平台倒伏井治理技术措施有限，对废弃井口未进行油气层封堵，且井口未在泥面以下4 m进行切割，不能满足现行《海洋石油安全管理细则》第85条关于永久性弃井的油气层全封要求。随着已有封井措施服役年限的增长，井口遭到破坏的可能性较大，发生地质性溢油的风险高。为消除事故隐患，防止油气泄漏，须对废弃井口进行清障并进行重新封井作业。对比分析国内封井工艺[1]，了解油水井封窜堵漏技术研究与应用[2]，确定封井工艺需对水下混凝土进行清理，充分曝露原封井帽位置后对其进行拆除，并重新设置永久封井装置。目前，国内外现行工艺大多采用干式工作舱围堰的方式，通过打下多根钢管桩及大管径钢桩形成水下干式作业环境，钢管桩的入泥深度不小于30 m，施工工程量大且作业难度大。鉴于此，本文介绍一种针对海洋平台倒伏井治理水下混凝土清理系统(简称“清理系统”)，应用多种工艺设备，能较好地解决治理过程中水下混凝土清理打捞、井口位置定位等问题，通过多种监测手段的配合应用，实现施工高效、安全环保的生产目标，并介绍此清理系统在胜利埕岛油田的实际应用效果。

1 清理系统清理过程简介

1.1 水下混凝土破碎

早期倒伏井治理封井技术主要采用混凝土浇筑的形式，治理完成后形成冠型混凝土层，混凝土层厚度不等、硬度较高，随着其强度等级的提高，混凝土外表面出现裂缝的时间逐渐推迟，裂缝扩展宽度和裂缝条数都随之逐渐变窄和减少，易导致整体打捞难度大，且存在溢油风险。为实现现场打捞，需对混凝土层进行整体破碎后分批次打捞，如图1所示。为减小潜水员水下作业工作量，结合陆地破碎相关装备并参考不同强度混凝土的静态破碎试验[3-4]，利用高频振动锤夹持替打桩进行水下混凝土破碎。施工作业面由水下转移至水上，加快施工进度、保障施工安全。

图1 水下混凝土破碎施工示例

1.2 混凝土清理打捞

破碎完成后，混凝土层形成块状结构，利用专用水下清障装置，通过起重船舶的吊装和牵引(见图2)实现水下障碍物分批次打捞，过程中采用3D声呐实时监控代替水下潜水作业，可高效、安全地完成大面积水下障碍物清理工作。

图2 水下混凝土打捞施工

1.3 遗弃隔水管打捞

完成混凝土层清理打捞后，利用高压水喷冲装置对隔水管进行局部冲泥清理(见图3)，使隔水管充分暴露，方便后期吊装。

图3 水下隔水管冲泥清理示例

2 在胜利埕岛油田的实际应用

清理系统于2020年5月建造完成，于2020年8月达到验收条件，并投入工程应用。

按照中石化胜利油田分公司海洋采油厂的部署和生产安排，克服海况、地形错综复杂等不利因素，利用该清理系统进行施工作业，仅用120 d有效工期就完成施工任务，与建立干式工作舱围堰的方式相比节省大量的成本。具体实施过程如下。

2.1 对施工区域进行前期探摸调查

通过 MS1000 二维扫描声呐和水下探摸找寻混凝土砼体位置，并确认混凝土砼体边缘区域。利用 Echoscope 3D 实时声呐对混凝土砼体进行有针对性的扫测，根据多波束、浅剖资料，确定3处裸露钢管位置和尺寸，并对混凝土区域面积进行再次确认。对水下混凝土覆盖层周围进行坐标标记。将采集的坐标点导入电子海图图谱进行处理，并对下一步施工区域的半径和振动破碎点位进行标记。

2.2 划分水泥清理区域

(1) 中心区：指倒伏井弯折点所属核心区域，需对混凝土及障碍物进行局部处理。(2)破碎区：指混凝土层破碎、障碍物清理的区域。

2.3 高频振动破碎网格图编制和混凝土破碎

在施工区域路由图上编制由边长为2 m的正方形组成的振动破碎网格图，可通过GPS定位实现船舶、网格图相对位置控制：施工船船舷侧设置2 m 间隔符，并用白漆标识，实现船舶相对于网格图位置的控制；通过集成上述定位关系，完成施工位置在振动破碎网格图的定位。

在高频振动锤钢缆上设置水下超短基线 (Ultra Short Base Line ，USBL )信标，将前期海调资料提供的破碎点位布置图作为施工依据。作业船就位于施工海域，吊起桩管(φ900 mm)立于舷边内(吊索具选用φ28 mm钢丝绳+50 t 卸扣)。摘钩后吊起打桩锤至桩顶，使打桩机的液压夹具夹住桩管的上端部，将振动锤夹具调整在锤体的中心位置。吊起水下振动桩管，将桩管放置在施工区域上方，通过降落吊钩将桩管下降至混凝土位置。按照已确定的位置标记，将桩管缓慢放入水中，在 USBL 信标的引导下， 将桩管放置于混凝土上方。桩管尖端到达混凝土，根据信标操作员的指挥调整桩管与混凝土位置，保证打桩机、桩管处于垂直状态。接通打桩机动力源，进行清理。

在实际过程中，按照矩阵式(排距为2 m、振点间距为2 m)从水下混凝土东北侧边缘向西、从上至下进行外围混凝土块破碎，施工过程中通过浮式起重船移动锚缆及 GPS 定位实现定点。

2.4 水下混凝土打捞

水下清障装置通过吊装锁具由起重船舶吊起放置在需清理的水下障碍物边缘位置，然后将水下清理爬犁通过船底牵引缆与甲板上的1台大吨位卷扬机连接，由卷扬机提供前进动力。观察卷扬机工作电流与水下3D声呐实时监控画面以判断水下清理爬犁是否达到合适容量，当其达到合适容量后，放松卷扬机上的船底牵引缆，由起重船舶将其吊出水，将水下清理爬犁内的水下清理障碍物释放到船舶甲板，如此反复工作，达到清理水下大面积障碍物的效果。 图4为水下清理爬犁结构示例。

图4 水下清理爬犁结构示例

3 结 论

建造海洋平台倒伏井治理水下混凝土清理系统，完成埕岛油田 CACB6A 倒伏井组治理工程(混凝土清理)，节省浮式起重船台班10个，节约费用约40万元人民币。节省潜水台班20个，节约费用约20万元人民币。该方案是海洋平台倒伏井治理水下混凝土清理的优选方式，与干式工作舱围堰相比，具有施工高效、安全环保、操作成本低、治理效果佳的优点。工艺应用分析表明，在混凝土破碎及清理环节，混凝土的破碎效率和清理效果还有较大的提升空间，包含设备的选型、机具的优化配置等。随着倒伏井治理环保要求的不断提高，该水下混凝土清理系统具有较好的应用前景。