劉建峰

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

舊單點系泊系統(tǒng)樁基式基座及內(nèi)套筒拆除技術(shù)

劉建峰

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

曹妃甸11-1/11-2油田舊單點系泊系統(tǒng)的大部分結(jié)構(gòu)已經(jīng)拆除，為了保障油田安全生產(chǎn)和附近海域海事活動的安全，需要對現(xiàn)場遺留的樁基式基座及內(nèi)套筒進行拆除。根據(jù)檢測報告結(jié)果，通過對兩種吊裝方案的對比分析，選擇了帶吊裝法蘭的方式進行吊裝，并校核了在該吊裝工況下基座及內(nèi)套筒的結(jié)構(gòu)強度，且給出了吊裝法蘭的加固措施。最后論述了基座及內(nèi)套筒鋼樁內(nèi)排泥的技術(shù)要點和鋼樁內(nèi)切割的技術(shù)要點，并給出了若拆除過程中吊裝力過大時兩種可行的應(yīng)對預(yù)案。該項拆除技術(shù)的研究與成功應(yīng)用，填補了國內(nèi)舊單點系泊系統(tǒng)拆除技術(shù)的一項空白，對今后類似工程項目具有借鑒意義。

舊單點系泊系統(tǒng)；樁基式基座；內(nèi)套筒；拆除；吊裝；切割

曹妃甸11-1/11-2油田舊單點系泊系統(tǒng)位于渤海西部海域，舊單點系泊系統(tǒng)的大部分結(jié)構(gòu)已經(jīng)拆除，現(xiàn)場僅遺留相對具有較大拆除難度的樁基式基座及內(nèi)套筒。根據(jù)相關(guān)的法律規(guī)范[1-5]，需要對整個舊單點系泊系統(tǒng)進行全部拆除。

1 舊系統(tǒng)拆除前檢測

現(xiàn)場遺留的相對具有較大拆除難度的樁基式基座及內(nèi)套筒示意見圖1。在樁基式基座及內(nèi)套筒整體拆除之前，需對其分別進行I類、Ⅱ類、Ⅲ類檢測，并編制詳細的檢測報告。檢測報告的主要結(jié)果匯總見表1。

2 吊裝方案的選擇

2.1 兩種吊裝方案的對比分析

圖1 樁基式基座及內(nèi)套筒示意

（1）吊裝方案一，吊點選在基座的調(diào)平吊點處+吊裝框架。該吊裝方案主要考慮到基座及內(nèi)套筒為坐底結(jié)構(gòu)物，存在土壤對鋼樁的抗拔力和對防沉板的吸附力，如圖2（a）所示。由于采用此方案吊裝時，基座及內(nèi)套筒的整體重心高度高于調(diào)平吊點高度約2.6 m，因此需要新設(shè)計吊裝框架來輔助吊裝，才能保證在吊裝過程中整個結(jié)構(gòu)物不會發(fā)生傾覆的危險。

表1 檢測報告主要結(jié)果匯總

（2）吊裝方案二，吊點選在內(nèi)套筒頂端法蘭處+吊裝法蘭。如圖2（b）所示，該吊裝方案主要借鑒基座及內(nèi)套筒安裝時的吊裝方案，利用庫存的原吊裝法蘭，先通過螺栓連接等形式連接吊裝法蘭與內(nèi)套筒頂端法蘭，然后將吊點選在吊裝法蘭的吊耳處進行吊裝。

上述兩種吊裝方案的優(yōu)缺點對比如表2所示。通過表2的對比，綜合考慮項目的工程成本、工期計劃、施工安全以及實施的難易程度等，該項目最終選擇吊裝方案二作為拆除基座及內(nèi)套筒的方案。

圖2 吊裝方案示意

2.2 樁基式基座及內(nèi)套筒強度校核

采用海洋石油行業(yè)結(jié)構(gòu)分析中通用的SACS計算軟件，對基座及內(nèi)套筒整體拆除吊裝過程進行了結(jié)構(gòu)模擬和桿件強度校核分析。其中，基座及內(nèi)套筒整體結(jié)構(gòu)吊裝計算模型如圖3所示。

對基座及內(nèi)套筒整體結(jié)構(gòu)進行模擬計算分析，得到其所有桿件強度的校核結(jié)果，見表3，計算表明滿足API規(guī)范對結(jié)構(gòu)物吊裝的要求[6]。

表2 兩種吊裝方案優(yōu)缺點的對比

圖3 基座及內(nèi)套筒SACS吊裝計算模型

表3 校核結(jié)果匯總

2.3 吊裝法蘭的加固措施

從上述吊裝計算結(jié)果中提取出吊裝法蘭所受到的力，然后對連接吊裝法蘭與內(nèi)套筒頂端法蘭的螺栓強度進行校核后發(fā)現(xiàn)，基座及內(nèi)套筒在最初安裝時所采用的30根螺栓的強度無法滿足拆除時的強度要求，因此需要對兩片法蘭的連接強度進行加固，其加固形式如圖4所示，在原有30根螺栓連接的基礎(chǔ)上，再在吊裝法蘭的四周焊接21塊38 mm厚的C型筋板進行加固。

圖4 兩片法蘭的連接固定示意

3 拆除技術(shù)要點

3.1 鋼樁內(nèi)排泥技術(shù)要點

大多數(shù)慢性腎臟疾病是進行性的，原發(fā)性腎病及糖尿病、高血壓、感染、自身免疫性疾病等引起的繼發(fā)性腎病中都存在足細胞凋亡、腎間質(zhì)纖維化和腎小管萎縮。AS-IV能保護足細胞防止其凋亡，抑制腎間質(zhì)纖維化，但是關(guān)于其能防止腎小管細胞凋亡的證據(jù)則很少，需要進一步研究證實。

從表1檢測報告的結(jié)果可知，1#鋼樁和2#鋼樁內(nèi)都遺留有一定厚度的水泥層，因此在對鋼樁內(nèi)部進行排泥之前，需要由潛水員用鋼釬和風(fēng)鎬等設(shè)備清除鋼樁內(nèi)的水泥層。此后，為了實現(xiàn)鋼樁內(nèi)切割設(shè)備在鋼樁內(nèi)泥面以下位置進行切割，需要對鋼樁內(nèi)的海泥進行清除。

根據(jù)我國相關(guān)法律法規(guī)要求，樁基式基座的鋼樁需要在泥面以下至少4 m位置進行切割回收[1-2]。由于在樁頂以下9 m長度范圍內(nèi)，該基座鋼樁的壁厚為65 mm，其余部分的壁厚都為40 mm，又由于目前所使用的高壓水研磨料內(nèi)切割設(shè)備的最大切割鋼樁壁厚約為60 mm，因此為了提高鋼樁內(nèi)切割的工作效率，并降低因鋼樁壁厚較厚而無法切透的作業(yè)風(fēng)險，經(jīng)論證分析后該基座鋼樁的切割位置選擇在距離樁頂10 m（即泥面以下7 m）處，而鋼樁內(nèi)排泥的深度為距離樁頂11 m（即泥面以下8 m）處。

該項目鋼樁內(nèi)排泥施工方案的設(shè)計形式如圖5所示。海上施工時，將用于內(nèi)排泥的高壓水泵和空壓機等設(shè)備都放置在施工支持船的甲板上，利用浮吊將內(nèi)排泥混合艙下放到鋼樁內(nèi)部，并通過浮吊吊鉤的升降來實現(xiàn)內(nèi)排泥混合艙在鋼樁內(nèi)的升降和定位。

圖5 鋼樁內(nèi)排泥施工示意

在施工過程中對于鋼樁內(nèi)排泥深度的測量，則是通過在吊裝排泥設(shè)備的鋼絲繩上做標(biāo)記點，而后通過測量該標(biāo)記點入水深度來快速推算出鋼樁內(nèi)排泥設(shè)備排泥的實際深度。

3.2 鋼樁內(nèi)切割技術(shù)要點

該項目鋼樁內(nèi)切割施工方案的設(shè)計形式如圖6所示。在海上施工時，將用于內(nèi)切割的控制室等設(shè)備放置在施工支持船的甲板上，然后通過臍帶盤來操作內(nèi)切割器以實現(xiàn)對鋼樁的內(nèi)切割。

在進行鋼樁內(nèi)切割時，由于該項目的鋼樁樁頂是在水面以下22 m處，很難通過在樁頂焊接門字架的方式來實現(xiàn)對內(nèi)切割器的定位，因此該項目的主要技術(shù)要點是對內(nèi)切割器的精準(zhǔn)定位。只有當(dāng)內(nèi)切割器準(zhǔn)確定位在豎直方向上時，才能實現(xiàn)切割深度符合該項目的具體要求；而只有當(dāng)內(nèi)切割器的中軸線與鋼樁的中軸線重合時，才能保證所切割出的切割縫是一個閉合的圓環(huán)。通過項目組成員的反復(fù)試驗和論證，最終采用在樁頂處搭設(shè)支架的方式，實現(xiàn)對內(nèi)切割器的精準(zhǔn)定位。該支架是一根長約3 m的型鋼H300× 150，在H型鋼的下翼緣上焊有與樁頂處鋼樁內(nèi)徑相匹配的限位筋板，以保證H型鋼搭設(shè)在樁頂時不會發(fā)生滑動和移位。

圖6 鋼樁內(nèi)切割施工示意

3.3 拆除時若吊裝力過大的應(yīng)對預(yù)案

選擇適合吊裝的天氣窗口，在鋼樁切割完成并對浮吊船掛扣完成后，開始對基座及內(nèi)套筒進行吊裝作業(yè)。對浮吊吊鉤施加吊裝力的步驟如下：首先每檔施加200 kN，每次停止穩(wěn)定5～10 min，待吊裝力施加至5 000 kN后，再采用每檔100 kN逐級加力，且每次停止穩(wěn)定5～10 min，如果吊裝力增加至5 400 kN（此數(shù)據(jù)是根據(jù)2.2節(jié)計算確定的）時，而此時還未能將基座及內(nèi)套筒吊起，則需放松吊鉤停止吊裝，對吊裝力過大的原因進行分析，并采取以下應(yīng)對預(yù)案。

（1）預(yù)案一，檢驗三根鋼樁是否都被完全切斷。潛水員下水，進入鋼樁內(nèi)并到達鋼樁的切割位置，使用薄鋼片沿著切縫環(huán)繞一周，以檢驗每根鋼樁是否都被完全切斷。如果檢驗出某根鋼樁未被完全切割，則需要對其進行重新切割。

（2）預(yù)案二，檢驗土壤對防沉板的吸附力是否過大。潛水員下水檢驗，如果發(fā)現(xiàn)基座新近入泥深度超過了表1中前期檢測報告的結(jié)果時，則可能是因為土壤對防沉板的吸附力過大而導(dǎo)致吊裝力過大，此時的解決措施是，使用吹泥設(shè)備或吸泥設(shè)備將基座周邊和其防沉板下方的淤泥吹走，盡量讓基座懸空，以減小土壤對防沉板的吸附力。

4 結(jié)束語

通過對拆除技術(shù)的研究和優(yōu)化，樁基式基座及內(nèi)套筒拆除創(chuàng)新技術(shù)成功地應(yīng)用于曹妃甸11-1/11-2油田舊單點系泊系統(tǒng)拆除工程中，適時解除了油田安全生產(chǎn)和附近海域海事活動的安全隱患，取得了良好的應(yīng)用效果。

[1]國家海洋局發(fā)布，2002，海洋石油平臺棄置管理暫行辦法[S].

[2]全國人民代表大會常務(wù)委員會發(fā)布，1983，中華人民共和國海上交通安全法[S].

[3]王勇，戴兵，高軍偉.廢棄海洋石油平臺的拆除[J].機械工程師，2010（1）：134-136.

[4]陶杰，田永花，吳誼山.鋼樁內(nèi)排泥技術(shù)在導(dǎo)管架拆除中的應(yīng)用[J].中國造船，2012，53（1）：206-210.

[5]袁玉杰，藍國陽，楊寧.固定式海洋平臺拆除工程設(shè)計要點與討論[J].石油和化工設(shè)備，2015（4）：35-37.

[6]API RP 2A-WSD 2007，Recommended practice for planning，designing and constructing for fixed offshore platform[S].

Removaltechnique ofold pile-base and inner tower ofsingle point mooring system

LIU Jianfeng
China Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China

Most structures of the old single point mooring system in CFD 11-1/11-2 Oilfield have been removed.In order to ensure the safety of oilfield production and marine activity in the nearby waters，the remaining pile-base and inner tower should be removed.Based on the inspection report and by comparing two lifting plans，the lifting plan using lifting flange is chosen，the strengths of the pile-base and inner tower are checked to meet the requirement under the lifting condition，and the strengthening measures for lifting flange are brought forward.At last，the technical key points for internal dredging and internal cutting are expounded.Besides，two feasible solutions for exceeded lifting force during removal are listed.The research and successful application of the pile-base and inner tower removal technique fills the domestic technical blank in such field，and has referentialsignificance for similar projects in the future.

single point mooring system；pile-base；inner tower；removal；lifting；cut

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.010

劉建峰（1981-），男，河南新蔡人，工程師，2008年畢業(yè)于天津大學(xué)巖土工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)主要從事海洋工程鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算工作。Email：liujianfeng@mail.cooec.com.cn

2017-01-12