海洋油气平台退役拆除技术研究

【摘要】随着临近退役海洋油气平台的增加，研究平台的拆除技术具有重要的工程指导意义，其已经成为当今海洋石油工业的新挑战。文中介绍了海洋油气平台的拆除工艺，包括平台上部设施和下部结构的拆除工具和方法。从工作效率、适用范围、切割精度和成本等几个不同的方面对五种水下切割技术进行了对比研究。

【关键词】海洋油气平台 退役 拆除 水下切割

目前我国海洋石油部分采油平台已达到其使用寿命，根据有关国际公约、国际惯例和国内法律、法规的要求，如果没有其他用途，必须将这些平台进行拆除。陈旧生产设施的处理比原来设计和建造它们更具有挑战性，其涉及许多技术领域的综合性的系统工程，并且受到经济、技术、安全、环境保护等多种因素的制约，是一项极具危险性的工程，不能简单将其视为建造安装过程的逆向操作。该工程本身对海洋环境也是一个潜在的污染源，一旦发生事故，将造成巨大的损失。为了保障施工人员的安全，防止海洋环境遭受污染，保护生态平衡，必须对拆除工程的全过程进行严格的管理。

1 平台拆除工艺

在拆除平台结构中，主要包括两部分：上部模块的拆除和下部导管架的拆除。1.1 上部模块

包括对上部模块的检测，结构强度校核及起吊吊点选择，之后设计模块的装船工艺，采用适当其中能力的起重船进行起吊装船。

组块的起吊作业一般要选择在好天气情况下进行，时间要富裕。起吊时，应密切注意组块固定点是否完全切开，应备应急人员和工具在附近待命。组块吊回码头前，应事先研究好组块在码头上的放置位置及处理方法，以避免组块吊回陆地后，占用浮吊更多的时间。

1.2 下部导管架

拆除导管架方法的选择是要受到很多实际因素的影响。拆除平台主要是受到重型起重船起重能力和成本的限制，同时导管架需要提升的高度、起重机械手的伸距、手臂活动空间都会对方法的选择产生影响。

对于大型的平台，由于导管架的重量太沉，甚至起重船也难以提升起来，这是可以使用漂浮法来拆除。方法是将桩柱内的水排出并焊上闭合板，以增大导管架的浮力，使其漂浮起来，再利用驳船的拖力使其由垂直位置转到水平位置，然后将其拖走。

使用漂浮法拆除导管架时，必须保证导管架水平支撑杆具有足够强度，否则在驳船拖拉过程中会损坏。海床不能太松软，以防导管架埋入土中无法拖动。提前探明拖拉路线上的海底状况，以防止沉船、带壳海底生物等障碍物的阻挠，或者损坏海底管线造成危险。

2 水下切割技术

由于无论采取何种形式拆除平台，总要涉及到大量的切割操作。不同的切割方法对成本、安全性和可靠性有着重大影响。目前国外常使用的切割方法有爆破切割、腐蚀水喷切割、温度枪切割、氧化燃料/氧化弧切割等。由于下部结构形状的复杂性，导致在切割后容易变得不稳定。因此，在实际拆除下部结构的操作中，通常将几种切割技术结合使用。

2.1 潜水员水下火焰切割

1908年，德国最早实现水下火焰切割。它与空气中火焰切割机理几乎一样。切割过程中，氧气和压缩空气需要由管子喷射到桩基附近，这样可以为切割过程创造一个气室。随着空气压力的增加，可实现的水下切割深度也会增加。水下火焰切割一般由潜水员操作，由于受到潜水员作业深度有限，且施工工艺复杂，风险较大，在实际中应用较少。

2.2 水下金刚石绳锯切割

这种切割方法的工作原理是加持机构将设备固定在海底管道待切割位置，采用张紧装置金刚石串绳保持张紧状态，驱动装置驱动串绳做切向运动，进给装置带动切割架做直线运动，实现串绳的径向进给。其利用金刚石的硬度与绳索的柔性对切割对象进行磨削以完成切割任务。随着技术的发展，串珠绳制作工艺的不断提高，金刚绳切割钢制构件研究不断得到深入，在水下工程领域，绳锯机显示出了其独特的优势。

国内有学者针对水下竖管切割作业，开展水下卧式金刚石绳锯机的研制，并不断优化结构和控制方法，适应深水作业。下图1为金刚石绳锯机本体结构示意图。

与其他切割方法相比，金刚石绳锯机具有很多以下优点：

（1） 安装方便，安全、可靠、操作方便，费用相对较低；

（2） 切割可进行全程监控，便于水下作业，同时也保证了操作的安全性；

（3） 不受水深限制，可以切割复合材料及不规则构件；

（4）可以用于海底单层配重管，双层管以及其他管材的切割。2.3 磨料高压水射流切割

磨料高压水射流切割技术是在高压水中掺入磨料颗粒，经由喷嘴喷出后形成的一股高速固液两相流，射流中的磨料颗粒提供了主要的切割力，研磨料颗粒通常使用石榴石、金刚砂和铜矿渣等。随着科技的发展，目前还有一些新形式的射流正在被开发和研究，不断提高水射流切割的能力。诸如，空化射流、添加剂射流等。国内学者在高压水射流切割的理论和实践方面开展了相应的研究。由液体驱动的磨料高压射流切割机，工作时可以完成水探超出600m的切割，如果由ROV辅助，甚至可以在超过1100m的水深下进行桩基的切割作业。图2为国内学者研发的研磨料高压水射流切割设备。

2006年，在番禺30-1导管架安装浮筒拆除项目中，国内海洋石油工程领域内首次使用CTS公司磨料射流水下切割系统进行水下大型结构的切割。整套系统由混切系统、高压泵系统、液压动力系统、水下摄像系统、气动绞车、水下切割器等几部分组成。通过气动绞车收放切割脐带，通过高压泵获得切割所需的高压水，通过液压动力系统远程控制水下切割器的行走速度和行走方向，通过水下摄像系统观察切割状态。

2.4 液压旋转式内割

旋转内割刀切割过程：

（1）清除桩腿内的淤泥及杂物.以便顺利安装切割工具。方法是用高压水喷射冲泥，用气举法将水与泥排出桩外。

（2）在平台上搭设割刀的工作框架。将割刀从水面上桩腿的上口放进桩腿。