周愫承 张太佶
(中国船舶及海洋工程设计研究院) 提要: 海上石油平台退役与拆除是一项涉及许多领域的系统工程,退役拆除的模式也是各式各样。一般来说,任何海上石油平台的退役与拆除都要受环境保护、可供使用的技术、成本花费与价格、安全性和可靠性、必须遵守的法律法规和政治等六大因素的制约,并由这些因素的综合影响及对策来决定。
Summary : Offshore oil platform decommissioning and abandonment is a systematic project that involves a lot of fields, abandonment pattern is also various kinds of. Usually, on any offshore petroleum platform decommissioning and abandonment to receive environmental protection, for the technology of use, cost is spent with price, safeness and reliability, the legal regulations that must comply with and political restriction of the 6 big factors, and from countermeasure and the comprehensive influence of these factors, decide. 1 概述
60 年代以来海上石油的开发高潮,在海上建起了千百座导管架平台和其他海上结构物;我国海上石油开发较晚,但发展不慢, 20 余年在我国大陆架上也树起了近百座平台。这些海中建筑为人类带来了滚滚能源和财富,也在一定程度上改变了、破坏了海洋环境。随着资源的枯竭,平台也就完成了它的使命,如何处置这些海上怪物,就提到油田开发者面前。与海洋开发初期相比,人们对海洋环境的看法有了很大的改变,从环保工作者的呼吁,群众的认同,到政府的立法,使保护海洋生态成了全人类的共识。就是要求海上建筑物的开发者在开发了海洋资源以后,不能把这些东西扔下不管,要负责到底,而且还要还海洋原来的面貌。在这种情势下产生的海上平台拆除问题也成了一门新的工程技术领域。海洋开发较早的欧洲,平台拆除已成为一门新兴的高技术产业。我国早年建成的平台,寿命也将陆续到期,平台拆除提上了议事日程。海洋石油开发企业正在策划这项庞大的工程,包括相关技术和工程的研究。本文简单地介绍技术研究上的进展。
本文讨论的海上石油平台是指近海石油和天然气钢制桩基式固定平台 ( 导管架平台 ) 。
本文使用的下列术语,在海上平台拆除领域有专门的含义:
• ? 退役 (decommissioning)
――指海上石油平台 ( 平台、管线等 ) 停止作业,等待处理;
• ? 废弃 (abandonment)
――指海上石油平台停产后不再使用,并需作拆除,丢弃等处理;
• ? 拆除 (remove, decommissioning)
――指海上石油平台决定废弃后,将其全部或部分割断、吊装、运走的操作过程;
• ? 倾倒 (dumping)
――指被拆除的海上石油平台就地或移至其它海域丢弃到海底的操作;
• ? 恢复 (recovery)
――指停产退役的海上设备重新投产使用;
• ? 回收 (recovery)
――指在拆除海上石油平台时,对其中尚有使用价值的材料、设备收集再使用或另作他用的作业。
下表说明了这些术语定义的工程项目之相互关系:
退役(停产):
恢复仍作油气生产
留在原地改作它用
废 弃:倾覆(就地倾倒)
留在原地(封井)
拆 除: 完全拆除
部分拆除
倾 倒
2 海上石油平台退役与拆除所涉及的领域
海上石油平台退役与拆除是一项涉及许多领域的系统工程,退役拆除的模式也是各式各样。一般来说,任何海上石油平台的退役与拆除都要受环境保护、可供使用的技术、成本花费与价格、安全性和可靠性、必须遵守的法律法规和政治等因素的制约,对于不同的退役、拆除模式,各制约因素在程度上有很大的区别。
2.1 环境
这一因素的主旨是海洋环境保护。海上石油平台拆除过程中,石油平台本身及其各种系统中的残留物、作业中使用设备的排放物、某些作业过程 ( 如爆破 ) ,如果不加控制都会对海洋环境造成污染,因此拆除工程是潜在的污染源。为了维护我国的海洋权益,防止海洋环境遭受污染损害,保护生态平衡,促进海洋事业的发展,对拆除工程的全过程都必须加以高要求的控制,其具体体现就是各种法律和法规的约束。
我国在 1982 年颁布了《海洋环境保护法》,将海洋环境保护列为我国的一项重要国策。
近期,国家海洋局根据《中华人民共和国海洋环境保护法》、《中华人民共和国海洋石油勘探开发环境保护管理条例》和《中华人民共和国海洋倾废管理条例》等有关法律法规,制定了《海洋石油平台废弃处理管理暂行规定》。
在我国海域内任何海上石油平台拆除的方法,都必须严格遵守上述法律与法规,不得违反。
在国际上,联合国及其下属国际组织为了促进各国在海洋环境保护方面的合作,近几十年来制订了一系列影响广泛的国际公约。如《联合国海洋法公约》等。早在 1972 年 10 月 30 日 ~ 11 月 13 日 在伦敦召开了近百个国家派员出席的“政府间海洋倾废会议”。会议审议并通过了《防止倾倒废物及其物质污染海洋公约》(简称《伦敦公约》)对海洋倾废问题作出了一系列的具体规定。这是国际社会控制倾废造成海洋污染的一项最重要的国际公约。
此后,随着对环境保护、人员健康安全意识的日益被重视,反映到平台退役废弃时,保护海洋环境的要求也日益提高,法律法规也日臻完善。
2.2 技术
技术的因素即在拆除施工所能采用的技术。拆除工程环境恶劣、情况也十分复杂,一般说来,海上石油平台的拆除施工可以归结为三个字:分、装、运
分――分离 如导管架平台,首先是将上部模块按照起重船起吊的能力,参照原安装的方案进行分离;上部结构与导管架分离,或导管架分割,导管架在海底泥面以下 4 ~ 5m 处与桩分离,或导管架连桩一起与海底土壤分离。
装――吊、装 将分离的结构件装载至运输工具(驳)上,或与其他浮体装置捆在一起。
运――运输 将分离的结构件运至拆卸场地或倾倒海域。
对于不同的废弃模式 ( 方法 ) ,这三种施工作业量各有侧重,如果石油平台是就地倾倒,“装”和“运”基本上不用。分离作业量大,采用的技术难度也很高;而“吊、装”则是风险度大的作业,动用的设备也多 ( 大型起重船、装运驳等 ) 。相对而言,“运”是较为常规的作业,但运到处置地 ( 滩、码头等 ) 后,大件石油平台的卸下也是一个难题。
“分离”使用的技术基本上就是切割技术。
在拆除海上石油平台时使用的切割技术及其切割工具有:
用于上部结构: 氧乙炔切割、热喷枪、水动力剪切。
用于水下结构: 氧气电弧切割、热喷枪、钻石锯、钻粒缆割刀、聚能爆破、高压水冲蚀。
用于泥下结构: 钻粒缆割刀、高压水冲蚀、聚能爆破。
2.3 价格-财务成本核算
海上石油平台拆除工程量大,运用设备、船只多,施工期较长,所使用的技术难度高、风险大,涉及的领域多,这些因素都将导致拆除工程的高额费用。如果将价格 ( 费用 ) 设作 C ,则有:
C = f(E 、 T 、 S 、 L 、 P)
即价格是以环境( E )、技术( T )、安全( S )、法律( L )、政治( P )为约束条件的目标函数。
根据我国有关规定“谁污染、谁负责”的原则,拆除工程的项目费用由平台的用户出资。
同一个平台的拆除,在分、装、运过程中采用什么样的工具对成本的影响是非常大的;对于拆除承包公司所在地与平台的地理位置,他们之间的距离有多远;已拆平台运输的最终目的地在哪里;小平台采用大工具等,都必须进行优化,如:在南海拆除平台,而最终拆卸目的地在上海,就不划算了,应在广东或海南寻找目的地。
国外资料指出,在北海海区,拆除的总成本经多方面估计,约占设备初投资费用的 3.3 %~ 6.7 %之间。海洋平台的初投资一般都很大,占其百分之几的平台拆除费用也相当可观。据国内有关工程公司初估, 90m 左右水深的导管架平台拆除费用可能达到 2500 ~ 3000 万元,因此,拆除平台的经济分析显得非常重要,而且在整个拆除工程的过程中,都要做到严格的成本控制。
2.4 安全性和可靠性
海上石油平台的拆除是一项十分庞大的工程,无论采取哪一种方法(技术)拆除,它的整个过程将都要涉及许多不同的工种与人员:潜水工具和潜水员,各种工程船:包括起重船、半潜驳、三用拖轮、潜水、勘查等工作船,不同类型的工具与他们的工作母船、直升飞机……。他们相互之间的配合、协同作战,每个环节的安全都显得十分重要。为了确保安全,对于每一项海上石油平台的拆除事先必须做好安全防护和可靠性的分析工作。例如下列计算对拆除施工的安全是十分必要的:
• ? 吊点计算――起吊的安全;
• ? 海上拖运稳性计算――拖航安全;
• ? 切割过程中导管架浮态计算;
• ? 切割完成瞬时导管架浮态计算;
• ? 切割过程中海流、波浪的影响;
• ? 导管架升起 ( 浮起 ) 的过程计算;
• ? 切割导管架舷管 ( 斜撑 ) 内应力释放计算;
• ? 导管架上码头起重能力的计算;
• ? 油箱、油柜清洗后残留物质含量检测;以防用氧炔焰切割时造成危险。
2.5 必须遵守的法律法规
此一因素主要是对拆除的环境保护的控制,防止和尽量减少对海洋环境的污染。我国的拆除工程尚未正式施工,但立法已经先行,拆除工程要遵守的法律法规主要有:
中华人民共和国海洋环境保护法(全国人大 1999 年12 月25 日 )
中华人民共和国海洋倾废管理条例(国务院 1985 年3 月6 日 )
中华人民共和国防止拆船污染环境管理条例(国务院 1988 年5 月18 日 )
铺设海底电缆管道管理规定(国家海洋局 1992 年8 月26 日 )
国际上,目前有关法律和法规的要求主要有:
• ? 奥斯陆和伦敦公约,指南 1991 Oslo and London Conventions, Guidelines 1991
• ? 石油法案 1987 Petroleum Act 1987
• ? 海上装置(安全状况)规章 1992 Offshore Installations (Safety Case) Regulations 1992
• ? 海洋保护法案 1987 Coast Protection Act 1987
• ? 环境保护法案 1990 (Ⅱ) Environmental Protection Act 1990 (Part II)
• ? 食物和环境保护法案 1985 Food and Environment Protection Act 1985
• ? 放射性物质法案 1993 Radioactive Substances Act 1993
• ? 近海安全法案 1992 Offshore Safety Act 1992
• ? 劳动健康安全法案 1974 Health and Safety at Work Act 1974
下面是一些管理准则中警示性的提法,从中可看出这种工程的复杂性:
• ? “需要制定拆除工程项目所有海上装置和管系的拆除方案报批。”
• ? “从 1998 年 1 月 1 日 始,只有在设计和构筑上有完全拆除可行的海上石油平台才可在英国大陆架设置。”
• ? “如不符合规章要求,设备及管系的拆除项目可被否决。”
• ? “在拆除中,设备和导管架所有者通常将永远保持对残余物的所有权,同时也对这些残余物负责。业主有责任遵守经批准拆除方案的所有条款。”也就是说,假如某一废弃了十年的平台发生油气泄漏,污染了海水,要负责的肇事者仍然是该平台的原经营者。
2.6 涉及的政治问题
首先,海上石油平台的拆除,必须得到政府有关部门的批准。我国法规规定,在拆除海上结构之前的一段时间内,用户 ( 及拆除工程承包公司 ) 向海洋行政管理部门提出申请,经批准方可实施工程。施工中,某些作业 ( 如爆破、保留、倾倒 ) 还要得到海洋、公安、渔业、交通、军事等管理部门同意或批准。
拆除海上石油平台涉及的政治问题还有公众的关注和意见,一般有:
(1) 拆除施工 ( 特别是就地或搬移后倾倒 ) 对海洋环境有无不利的影响 ( 海水、海生物、航行、旅游景点等 ) ;
(2) 如果要保留,它们的残留物是否已妥善处理?会不会遭到不测因素造成外溢污染海洋?
(3) 保留后对交通、渔业、旅游、军事安全上有无负面影响?
(4) 保留后由谁来负责?
• (5) 保留后能否改装成为在渔业、水生物、旅游上的潜在资源。根据国外研究的资料,这方面的设想有:
• ? 平台变成暗礁,把退役的钢制导管架拖到指定场地集中起来为鱼类和其它海洋生物提供栖息地和养殖场所;
• ? 养殖象鲑鱼和大比目鱼这样的高价值鱼类;
• ? 潜水娱乐的场所;
• ? 装设风力 / 海浪发电设备;
• ? 军事用途:敌国舰艇侦察站台;海洋 / 空中救援直升飞机平台;装设精密的雷达系统等。
• ? 航海 / 气象 / 海洋观测站,可取得有价值的数据资源。
(6) 设备及材料的回收和管理。
有害物质的回收处理;有用材料的回收、再利用以降低拆除费用。
总之,涉及政治的问题必须妥善处理,要避免失误带来公众的批评、争执引发成社会热点、焦点,造成不稳定现象发生。
3 、桩基式导管架平台拆除技术的发展现状
3.1 拆除方案的选择
导管架平台在停产退役后,进一步的处置就会提到议事日程。根据我国法规,海上石油平台退役后不能仍下不管,必须作出拆除方案的选择。由于事件涉及不同领域、部门,需对各方面因素全面考虑及各有关部门的协调,得出可实行方案。一般说来,拆除方案有:
1) 除了航海灯和浮标等小设备,不进行任何结构拆除。
2) 拆除上部结构,移至海岸。
3) 拆除上部结构和部分水下结构。
4) 拆除上部结构和所有水下结构(至海底泥面处)。
5) 拆除上部结构和所有水下结构,切割井管和桩基至 5m 深度。
从结构物种类看,拆除的结构类型基本上有四种:固定平台、锚泊固定平台、管系和水下结构。其中固定平台(即导管架和重型混凝土结构)的拆除最为困难。
3.2 拆除方法
典型的导管架平台由模块、上部结构、导管架及内桩 ( 或裙桩 ) 、管线和水下结构组成。各部分由于其构造及所处环境不同,拆除方法也不相同。
(1) 模块:按安装相反程序拆卸连接,用起重机吊离。
(2) 上部结构:与导管架主腿断离,按其重量由具有能力的起重机吊离,重量太大无法一次吊起的,还要进行分离切割,分块吊离。
(3) 导管架:若浅海中的导管架结构在空气中约 5000t 重时,在切断井管和内桩后可整块起吊搬移,但此项作业需要很大的空间和驳船。
早期的第一代深水导管架重达 15000-20000t ,可采用切割、部分拆除、部分切割、倾覆等模式。但导管架顶部下 55m 以上部分需要清洗。老式导管架的重量分布是顶部轻,底部重,所以 -55m 以上的上半部可能不到 5000t ,用一艘重型起重船即可将其吊离。拆除前,有很多重要的施工问题需解决,如临时使用的作业 / 起重及支持附属设备尚需设计、制作和安装;泥垫的“静态障碍”(吸力、黏附、掩埋物和摩擦)在吊起最后的底部石油平台前,必须用冲水清除掉。施工者应了解重型起重操作的精确性、安全规程和起重船作业限制要求等,对起重吊点,传力路径和构件应力分析都要充分考虑,仔细设计。
(4) 管线。
管线拆除的技术方案有:
• ? 拆除,移到海面,再移至海岸;
• ? 埋置:--将其筑围;
--通过岩石倾倒;
• ? 部分拆除;
• ? 留在原地;
管线拆除工作可以采用半潜驳通过铺管相反程序进行,也可以在海底进行适当长度的切割和吊起拆除。建议采用经济有效的铺管相反程序拆除管线。
但不少海上结构安装承包商提出,采用小型起重驳进行海底切割和分段起吊会是高效率、低价格的操作。此时,要配置远程操作的履带牵引管道切割装置和支援其作业的潜水支援船或是较简单的支援船,或用锚碇作业。
管线拆除的技术细节将另文介绍。
(5) 水下结构 ( 中深度至深水 ) 。
这部分结构的范围包括留在未切割隔水套管桩顶部用来探测油井的导向基板、单井、多井口底盘和开采管汇等。
在浅、中水区,这些构件的拆除可以通过现有的切割技术和小型的起重船(如起重驳,或半潜支援船上的甲板起重机)来完成。在深水区(即无法直接进行操纵的区域),按安装过程相反步骤用 “无潜水员维修组合”进行远程操作。如果这种装置或操作程序失败,则必须申请在海底废弃该设备,此时,即使在导管架顶部下 55m 的深水处,该设备任何未拆除的部分都要完成清洗。
3.3 再利用的改装
如果海上石油平台拆除的方案最终选择是留在原地,则可以考虑改装利用。有两种模式,一种是继续作油气生产用,一种是改作它用。
继续作油气生产的改装主要指浮式开采、储藏及装卸的系统,它们可以搬移。管线的管道、接头、附件也可搬移后使用。固定平台主要结构 ( 即除了上部结构部分 ) 再利用为油气生产几乎不可能,钢制导管架会达到它们原始设计的疲劳寿命,由于腐蚀、结构壁厚也会减薄,因此再利用存在安全隐患。
改作其它用途,已在 2.6 节中叙述。
3.4 设备和材料的回收
设备及材料的回收也很重要,但如果不能够与经济和商业相并联,拆除和回收是没有真正价值的。
以下是拆除时部分可回收的材料和设备、必须回收的有害物质以及经济管理上的考虑。有害物质如 LSA 锈(一种有毒的金属锈)、重金属矿、聚氯联苯 ( PCB )液体、海洋毒气( Halon 气体)等;有价值的材料如钛、不锈钢、铜镍永磁合金、镍合金(蒙乃尔合金)、铜(电缆)等;可改装的设备如原动力装置、旋转设备、注入泵、压缩机、燃气涡轮(燃气透平)、交流发电机、中压 / 高压变压器、可再使用的钢材等。
经济管理上应考虑下列问题:
• ? 采取与‘供应'链相反的管理模式
• ? 逐步产生现金流动(或减少支出现金流动)
• ? 注意材料再利用的市场目标
• ? 与其它产业比较,如拆废船产业、石油化工产业、原子能产业
• ? 在部件寿命价值已终结时的安全管理及构件预防维护办法
• ? 财政政策,如可能的“减免税”等。
3.5 切割技术
在选择海上结构拆除可实行方案时,必须对各种材料及不同几何形状截面的切割技术、工艺和设备进行考察。 在空气中进行上部结构的切割与常规的陆上工业设备拆除一样,采用同样的方法。对水下结构,虽然很多切割技术已经被开发,施工还是很困难。还需进一步发展和改进切割技术,用于所有废弃平台的拆除。
穿过海底的构件,和要求在海底土壤以下某一深度进行切割的构件,需用特殊技术才能切割,例如聚能爆破、管内高压水 / 砂冲蚀、带内装钻粒缆刀具夹头的管外切割器等。
在 2.2 节已经提及用于拆除的切割技术及工具,常规的切割技术已能熟练被使用,可用于水下结构切割的特殊方法应进行进一步地讨论。
• ? 热喷枪切割
热喷枪切割在空气中很难控制,因它在切割过程中会产生大量的浓烟,并且它的燃烧速度使得操作人员要在 2~ 3m 距离处来控制,因此不是一种非常精确的方法,在水下或许更难安全地控制。它的优点是高速率的穿透能力,能够切割水泥和混凝土。
• ? 钻石锯
钻石锯是一种精确可控制的切割方法。因为在切割时采用了夹具、导轨和附加固定设备进行位置控制和支撑。根据锯片的最大尺寸,切割深度大约是 600mm 。若在水下切割,由于周围水的冷却,切割深度可以达到 1000mm 。
• ? 钻粒缆切割装置
钻粒缆切割已被证明是很可靠的技术。它是从开采工业中发展过来的,多年来在石油天然气工业中也有所应用,当发生井喷和油井着火时,便需采用该技术进行井口远程切割。这种技术也应用在海洋打捞工业中。目前开发商已完成了技术的改进,制作了专用工具,进行了用钻粒缆割刀切割了直径比隔水套管还要大的钢管水下结构实验。
钻粒缆切割技术的优点在于,在分割吊离作业过程中能可靠地使断口断离。实践已证明,甚至在巨大的轴向压力下也可以成功地切割导管架的主要管件。这是因为钻粒珠直径经改进后减小,致使钻粒缆在截面上切割速度要比被锯开的管件由于压力释放而使锯口闭合的速度快得多,因此在锯口闭合前钻粒缆已经离开,不会造成锯缝卡住钻粒缆运动的故障。
钻粒缆割刀的巨大潜力还显现在切割重力式混凝土平台上,它能切割这种平台巨大的截面厚度的构件,例如 1.5m 的钢筋混凝土柱。在火成岩的开采工业中,它能切割 5~ 10m 长、 2~ 3m 厚的切口。在空气中采用该技术时对切口表面的冷却是个问题。在水下,由于周围水的冷却,使用更可靠。
• ? 聚能爆破
聚能爆破(确切地说,是线形聚能爆破)技术已在海上工程上广泛成功地应用,如泥浆管线以下隔水套管的切割、小型导管架管道的切除等。有些导管架主要结构,特别是第三代一些较深水深导管架的主要管道,厚度达 100mm 或更厚,如果采用爆破,就要考虑炸药的数量及其装设的尺寸和特殊情况。主要是这种大能级爆炸的能量释放和爆炸产生的冲击波,使半潜起重船等辅助船和辅助海上装置不得不远距离停置。就是说作业时不能使用起重设备,只能采用临时装置。
此外,必须注意多次水下爆破对海中动物的影响。不能破坏那些有经济价值的鱼类的繁殖,不幸的是鱼类的鳔对爆破的冲击波非常敏感。
总之,聚能爆破被认为是能用于各种混合和单个装置的一种有价值的切割工具。其最大的用处是在采用其它切割技术进行最后切割程序前,对导管架的小到中型管件进行预先爆破切断。但是,这种爆破方法不能应用于重型钢筋混凝土平台桩腿。因为对混凝土这样的材料,炸药喷射的切割效果远不如切割钢板,而使用的炸药数量级却非常大。
• ? 超高压水 / 砂冲蚀
超高压水 / 砂冲蚀已被成功地用于导管架管件、桩基和隔水套管的管内切割,而且既可用于钢管件,又可用于混凝土结构。其原理是混合有象金刚砂或石榴石砂这种非常硬的研磨砂的高压水喷射(压力高达 250Mpa )。试验证明在 360m 水深可以使用,并可能发展到 500m 。对小尺度对象切割时,可在作业的 ROV 中安置切割喷嘴装置。对大尺度对象,则需要在水下配置一个工作模块,在水面进行远程控制。目前这种技术能切割 305m 深处有 5 层钢组成的夹层结构。不用换切割喷嘴也可以完成对有水泥填充和钢筋混凝土结构的切割,它比用机械工具更容易切割嵌在混凝土中的冷拉预应力钢丝。切割时刀具没有震动和摇晃(假设被割物体也是固定状态),切口比较精确和干净,还有一个优点是除了在海床上遗留下研磨砂的沉积外,不会对海洋环境造成其它的污染。该技术的主要问题在于喷嘴的磨损速度很快。
3.6 清除导管架构件内外的积泥
在切割导管架海底附近管件之前,还要做一件工作,即清除掉构件内外的积泥,以便
整理出空间能够放进切割工具。
例如要切割泥面以下的管件,一般是放下管外切割模块(内装高压水 / 砂喷射或钻粒缆割刀),在此之前,管外的积泥必须清除。对于裙桩,比较省力的办法是清除掉裙桩内的积泥,放入管内切割工具。因此,无论是管外还是管内,积泥必须首先清除掉。这种工作有两种疏浚技术可以使用:一种是吸泥,用带着吸头的吸泥管放到需吸泥的管件内或外,由挖泥船上的泥泵将淤泥吸出;另一种是气力提升,由水面工作母船上的抽气机将放到泥面上的管内空气抽空,造成负压,将淤泥吸出。管内外积泥由于天长日久会变得板结,在吸泥之前先要用高压水冲散稀释才能进行疏浚作业。相对于水下切割、海上起吊、运输、卸载放置而言,疏浚积泥似乎比较容易,实际上并非如此。参考资料指出: 100m 水深的 Odin 平台的拆除过程中,操作者认为,清泥是最困难的作业。这项作业的技术难点有:
• ? 泥泵吸泥的深度有限,如果泥泵装在船上,吸泥深度不超过 30m ,对深度大的情况,必须采用水下泥泵这种难度较高的技术;
• ? 管内外积泥一般都很板结,在吸泥之前必须要用高压水冲散稀释,浅水中问题还比较好办,深水施工困难较大,冲水压力要提高;操作要由潜水员或 ROV 实施,因此作业难度、配置的设备、费用都会大辐提高;
• ? 积泥并不都是淤泥,如果混杂有较大的石块、杂物,泥泵吸泥就有问题,气力提升虽还能工作,但因其抽气设备复杂,需有专门的母船。国外公司为了解决此难题,曾用多瓣抓斗来抓石块,办法虽有效,但效率很低。
在疏浚清淤方面,七 0 八研究所有几十年研发疏浚技术和挖泥船的经历,开发的产品也很多。即以挖泥船为例,目前国内外使用的各种挖泥船:耙吸、绞吸、吸盘、斗轮、吸泥、冲吸、气力提升、抓斗、铲斗、链斗、螺旋切刀等挖泥船以及专用的疏浚工具,如泥泵、绞刀、耙头、斗轮、抓斗等,七 0 八研究所均有研制实例。对海上石油平台切割前清泥作业所使用的技术,虽有一定的难度,均能提出有效、经济实用的解决办法。另外,打捞公司在打捞沉船前也先要清淤,积累了一些经验,但对 100m 左右的深水,作业仍很困难。
3.7 就地倾覆 ( 倒塌)和受控倒塌
所谓倾覆 (topping) 或倒塌 (collapse) ,就是切割了导管架的管件之后,在上部用绳索拖曳,让其就地倒下,倒向海底的过程。这是一种在原地处置倾倒 (dumping) 的方法。
从安全和便利的角度来说倾覆可谓是最好的方法。但导管架采用这种方法则需要一种有精确次序的施工。
首先,为了精确地预测出可能产生破坏的模式、达到临界的构件和倾覆的方向,必须进行大量高技术性的结构工程研究和分析。如果原始设计者的计算机模型是弹性线性的,只能作为参考。为此,需利用现有的技术和计算机软件进行非线性塑 / 弹性结构力学分析。
如需在夏季风暴后一个短的季节中施工,则需确定施以最大预切割后能起作用的最少安全有效构件。剩余塑性铰( plastic hinge )必须与表明其折断转向的倾覆力矢量一起精确地确定。倾覆力必须在海洋设备上绞车的能力范围内,约为 50 到 150 t 左右。如果在结构件倾覆断离边采用聚能爆破,那就需要在另一边的塑性铰链区域采用延迟爆破。
3.8 起吊和使用的船舶
切割分离了的导管架结构,一般使用重型起重船吊离,放到驳船或半潜驳上运走。
重型起重船有人字架起重驳( SLB )、起重驳( DB )、单体起重船( MHCV )、半潜起重船( SSCV )和特大型半潜起重船( VLSSCV )。
起重驳 (DB) 在甲板上装设旋转起重机,起重能力约为 200 ~ 800t 。从海洋打捞和沿岸水工工程发展起来的人字架 ( 或称扒杆 ) 起重驳 (SLB) ,一般装设着固定的起重扒杆和支撑它的人字架,起重能力可达 3000t 。单体起重船 (MHCV) 的起重能力在 500 ~ 1200t 之间。半潜起重船 (SSCV) 和特大型半潜起重船 (VLSSCV) 起重能力最大,一般 SSCV 上安装两台平台起重机,单机容量达 3000 ~ 4500t , VLSSCV 的单台起重机容量已达到 7000t 。如 MC Demott 公司的 DB - 102 半潜起重船,两台 6000t 起重机分置于船前后,容量为 2 × 6000t 。 Micopei M - 7000 半潜起重船,则为 2 × 7000t 。 Saipem 公司的 S7000 半潜起重船起重能力也是 2 × 7000t 。
我国目前最大的起重船是上海海上救助打捞局的“大力号”,从日本购进,属 SLB 扒杆起重船,起重能力 2500t 。
起吊作业还需要放置被吊离结构件的驳船或半潜驳,其尺度要适合吊离结构件 ( 或分块结构件 ) 的尺度,其抗风浪能力要与起重船相匹配。
在进行水下作业 ( 切割、冲淤、清洗等 ) 时需要潜水支援船配合,配备的设备要适合水下作业的需要:如潜水员支援体系;气力提升泵、软管及接头;临时清洗球发射 / 回收系统;切割工具的控制模块和 ROV 起吊 / 支援脐带;回收管道的转盘;通用起吊装置等。
如果潜水支援船没有水底勘查设备,则拆除前的预先勘查也要由专门的船只来执行。
对于处理上部结构模块、模块支撑框架和导管架部分构件等第一批拆除运输的装置,最大的问题之一是需要重新设置起重附属设备,例如已被拆除的眼板(通常在较低处的模块到上部模块的允许位置设置),这是用重型钢板装配和焊接、经过高标准制作和检验的高质量结构部件,而且是在承包商工厂内困难较少的环境下制作的;吊装的巨大风险要求新制作的起重附件安装后的质量不能比原来的结构差。我们决不能认为拆除吊下的设计及准备会比安装它们时的起吊简单。其实可能会更加复杂。
在还没有分析、确定拆卸构件及其次序前,起重操作不能进行。不要草率地从平台的上部结构起吊一个主要构件,除非采用一种可控制的方式能将其放置在运输驳上,或单机起吊放置在半潜起重船的甲板上,因为,即使最强有力的双起重机的单机起吊,也有吊幅尺寸的限制,难以实现双机协调起吊。采用大型运输驳(例如 9000t )装运不同模块时,摆放次序显得十分重要,否则甲板上即将摆满,一旦发现摆放不合理时,又要重新回吊到平台上。原来将模块用焊接或机械插销的固定都要拆除,假设天气持续不好的话,这项工作需要很长的时间。所以,有时采用 2000t 的小型起重船,配以较小的运输驳船,要比采用大型半潜起重船更为经济实用。
3.9 运输与卸载
运输是常规的作业,但是装载了导管架这样庞然大物的驳船,运输的安全可靠是头等大事,务必小心谨慎。
成功的将重型装备,如模块、导管架结构部件或挑选的岸上设备往回运输到目的地后,这些构件还需要卸到码头(或再组装)。在海岸附近, 2000 到 5000t 的构件难以起吊,因此就需要采用拖车来将其拉出,或使船下潜将其拖离,拖至那些原来就有设备的地方。欲制造任何一种新的设备都是不可取的,因为这些基础设施、造新码头或加固码头的结构、拖车和配套工程都需要投资。对于平台拆除项目,不可能包括这种基建的投资。
参考文献
1 、 North Sea Infrastructure, in “The North Sea – A Province of Excellence”, PP84-89, a Petroleum Economist publication , December 1995
2 、 W ood Mackenzie North Sea Service, Upstream Oil & Gas, UKCS Summary Field Data, Fields in Production/Under Development, June 1996
3 、 S cientific Group on Decommissioning Offshore Structure : NERC, first report. April 1996“Report on the Environmental Impacts of Decommissioning Option” Report published by AURIS Ltd , August 1995
4 、 Baker M.J (1996) Risk Modelling and Quantification , Lecture No 2 An Engineer's Responsibility for Safety , Hazards Forum, London