海洋石油平台弃置拆除技术发展研究

2022-06-21高志强高建虎

化工装备技术 2022年2期

高志强* 高建虎

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

随着海洋石油工业不断发展，在作业海域新建的石油生产设施越来越多。仅国内海域投产的油气田已超过100 个，桩基固定式平台有200 多座。一般海洋石油平台的设计寿命为20 年左右。按照相关的法律法规，海上平台的作业寿命到期后，如果没有其他用途，就必须进行废弃拆除。废弃的平台若妨碍海洋主导功能使用，应全部拆除。在内水和领海海域进行全部拆除的海上平台，其残留海底的桩腿等应切割至海床泥面以下4 m。废弃海洋石油平台的弃置拆除过程对海洋生态非常重要，对保证海上作业区域的海洋环境、船舶通航和渔业生产具有重要意义。

1 国内外平台拆除现状

自1973 年墨西哥湾首例平台拆除工程以来，平台拆除产业作为整个石油产业链的重要一环在国外已发展了近半个世纪，墨西哥湾每年有数百座平台被拆除，产业已经发展得十分成熟。近年来，欧洲北海区域油田弃置拆除产业和技术也在不断发展。瑞典船东Allseas 拥有目前世界上最大的平台拆除船舶先锋精神号（Pioneering Spirit），该船舶是国际上较为先进的拆除船，于2016 年8 月22 日完成了其服役后的首项工作，即欧洲北海Yme 油田海上平台的拆除工作。近几年，该船舶在北海区域又先后完成了多个超大型海洋石油平台的拆除工作，全球范围内平台弃置能力和水平不断提高。

国内的海洋石油平台拆除工作起步较晚， 21 世纪后才真正意义上开展海洋石油平台拆除研究。中国海洋石油集团有限公司下属的海洋石油工程股份有限公司近年来进行了大量的平台弃置拆除技术研究工作，同时还配置了导管架桩腿内排泥设备、金刚石绳锯机、高压水研磨料切割设备等一系列专业拆除装备。近年来，该公司开始了真正意义上的海上平台拆除作业，在渤海湾内相继完成了曹妃甸1-6 导管架拆除、锦州21-1WHPA 及锦州20-2SW 平台拆除、曹妃甸单点拆除等项目，还在泰国湾内完成了多项平台拆除项目，极大地提高了国内公司在平台弃置拆除方面的技术能力。

2 平台拆除技术发展趋势

现有的平台拆除技术一般采用吊装的方式，即组块或导管架完成切割工作后使用起重船进行吊装拆除。具体实施步骤如下：（1）详细设计；（2）陆地施工准备；（3）海上施工准备：吊点焊接、平台设备检查固定、附属结构拆除；（4）组块拆除，包括吊装索具安装、桩腿切割、起吊、装船；（5）导管架拆除，包括导管架排泥、水下切割、吊装索具安装、起吊、装船。

组块切割主要采用热切割方式，即氧气乙炔切割断开组块和导管架的连接。导管架钢桩切割主要采用冷切割，一般采用高压水研磨料切割设备（包括桩腿内切割和桩腿外切割）。

平台拆除与油田开发最大的不同在于平台拆除本身并不会给平台所有者带来直接效益，因此在低油价的背景下，针对成本的考量就需要谨慎。海上石油平台拆除工程量大，运用设备船只数量多，使用的技术难度高、风险大，涉及的领域多，这些因素都会导致拆除工程费用高昂。同时，随着环保要求日益严格，行业内更加注重拆除施工过程中对环境的保护，推崇“绿色”拆除技术。随着拆除产业不断发展，平台拆除装备不断升级，新的方法和理念也逐步渗入拆除产业，从而降低项目成本，推动产业不断进步。

2.1 切割及吊装设备多样化

现阶段，平台拆除过程中主要的切割设备为高压水研磨料切割设备。随着平台拆除数量增加，平台的状态也变得错综复杂，在这种情况下，高压水研磨料切割设备很有可能无法满足所有平台的拆除工况，如平台结构腐蚀严重、桩基切割位置不规则或者导管架桩内无法下放切割头等，这时就可以采用以下专业设备进行辅助。

（1）金刚石绳锯机可从水下结构外部进行切割，应对不规则形状的水下结构切割要求，如图1 所示。

图1 高压水研磨料切割设备

（2）对于腐蚀情况极其严重，壁厚减薄已无法进行吊装拆除的情况下，重型抓斗可进行抓斗方式拆除，对结构进行破坏性拆除回收，如图2 所示。

图2 金刚石绳锯机

（3）液压剪可用于海管回收切割或水下其他管件的切割工作，如图3 所示。

图3 液压剪

夹桩器作为一种桩内吊装设备可应用于导管架吊装，将夹桩器伸至导管架钢桩内部后张紧，可直接起吊导管架，无需使用吊点，从而减少导管架吊点焊接的工作，如图4 所示。

图4 夹桩器

2.2 浮托法拆除组块

海上平台组块拆除时常会用到起重船等大型船舶，往往占用了项目的大部分费用支出。浮托法是组块安装方式中的一种，在海上安装领域已经被广泛应用，研究采用浮托安装逆过程的方式进行组块拆除已经逐步进入拆除技术领域。

在国外部分区域已有使用浮托法进行组块拆除的先例，国内目前也有研究将该方法应用于平台拆除项目。浮托法通常可分为单船浮托和双船浮托法。开口较大的导管架可采用单船浮托的方式，浮拖船进入导管架后通过系泊系统固定船舶，通过调载使船上的支撑系统与组块桩腿对接并抬升组块进行拆除；对于开口较小的导管架，若同时组块质量偏大，则适宜采用双船浮托法进行拆除，浮托法拆除可见图5。

图5 浮托法拆除示意图

采用浮托法安装的逆向方式进行平台组块拆除无需使用大型起重船资源，可通过驳船调载来实现组块的拆除过程，可大幅降低项目资源成本。

2.3 浮筒法导管架拆除

浮筒在水下打捞工程中被广泛应用，在海洋平台拆除方面尚处于研究阶段。该方法需要在导管架上预先安装浮筒，通过前期计算，设计好浮筒的充气量并充气。当导管架桩腿切割完成后，导管架借助浮筒的浮力处于悬浮状态。在这种情况下，只需要使用小马力的拖轮便可以将一个大型导管架拖拉至浅滩拆解或者拖拉至指定海域弃置，如图6 所示。这种方式避免了使用大型起重船及驳船资源，可大幅降低成本。

图6 使用浮筒进行导管架拆除示意图

2.4 托架法平台拆除

目前，国外公司将两艘驳船用大型钢结构框架进行刚性连接，采用这种托架形式的双体船进行平台拆除作业，可用于吊装导管架或者上部组块等大型结构物,如图7 所示。采用这种方式不需要大型起重船支持，减少了装船时间，大大缩减了项目成本。但这种方式前期投入极大，大批量平台进行弃置拆除时，这种方式是有较大的成本优势。

图7 墨西哥湾某平台采用托架拆除

3 市场展望

海洋平台拆除产业在全球范围内不断壮大。HIS Markit 的调查研究表明，从2021 年至2040 年，弃置拆除的平台数量将超过2 000 座，海洋设施拆除弃置费用将由2015 年的每年24 亿美元增加至2040 年的130 亿美元每年。根据统计数据可知，2040 年以前，国内将要废弃的油气田为81 个、平台164 座、海底管道3 240 km、油井2 310 口。相较陆上的油气设施及管道的弃置工作，海上油气设施的弃置问题更为复杂，不仅受到国内法律、国际条约管辖，还面临高昂的处理成本及极具挑战的环保难题。进行海上石油平台弃置的环境保护探索和研究对海洋环境的可持续发展具有十分重要的现实意义，同时也是海洋石油开发者的责任和义务。