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(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司， 深圳 518067)

0 引 言

近年來，隨著海洋石油工程技術(shù)的高速發(fā)展，水下服役的生產(chǎn)設(shè)施越來越多。在海洋工程行業(yè)中，水下油氣生產(chǎn)設(shè)施的設(shè)計壽命一般在20年左右，按照相關(guān)的法律和法規(guī)，當(dāng)海洋設(shè)施的作業(yè)壽命到期后，如果沒有其他用途，必須進行廢棄處理[1]。同時，由于設(shè)計、建造、海洋環(huán)境多變及外力破壞等原因造成的水下油氣設(shè)施損壞也越來越多，這種突發(fā)情況為生產(chǎn)和海洋環(huán)境帶來巨大威脅。因此，安全、高效地對已廢棄或損壞的水下設(shè)施進行拆除回收是非常必要的。

2016年3月，崖城13-1氣田在整條海管處于生產(chǎn)狀態(tài)的情況下，完成了2個約85 m水下閥組撬塊的拆除回收工作。本文以該項目水下結(jié)構(gòu)物拆除作業(yè)為參考背景，對水下大型結(jié)構(gòu)物拆除回收技術(shù)及其實際應(yīng)用進行介紹。

1 水下大型結(jié)構(gòu)物拆除回收技術(shù)簡介

目前海洋工程行業(yè)進行較深水(50～250 m)施工時，一般由飽和潛水支持船作為主作業(yè)船，飽和潛水員進行主要水下作業(yè)。該水深水下閥組撬塊拆除回收主要方法為：臨時封堵海管、切斷海管連接、吊耳清理檢測、撬塊周圍清理、閥組撬塊分部拆除回收、定位樁回收。

1.1 臨時封堵海管

在海管處于生產(chǎn)狀態(tài)下對水下閥組撬塊進行拆除需要將海管臨時封堵，與撬塊隔離。首先在海管保持生產(chǎn)壓力的情況下，通過將開孔機、隔離閥和機械三通組裝在一起，就位安裝于清理表面涂層后的海管指定位置，對海管實施開孔作業(yè)。再通過封堵機將封堵球由開孔位置旋轉(zhuǎn)入海管內(nèi)，最終完成臨時封堵，整個過程均由液壓臍帶纜連接到水上操作系統(tǒng)進行控制，潛水員水下輔助操作和監(jiān)視。封堵球如圖1所示，海管封堵如圖2所示。

圖1 封堵球 圖2 海管封堵

1.2 海管切割

圖3 分瓣式切割坡口機

閥組撬塊與海管連接，須將兩側(cè)海管的連接切割后方可回收。崖城海管為28英寸(1英寸≈0.025 4 m)天然氣管線，采用熱切割的方法可能會引起管道爆炸，所以選擇分瓣式切割坡口機作為海管切割工具。分瓣式切割坡口機是外卡式安裝的便攜式管道切割坡口系統(tǒng)。它重量輕，采用精密的加工刀具及模組化零配件設(shè)計，使得它可在圓管上高效、精確地完成切割作業(yè)。該坡口機主要由機體、液壓泵、臍帶纜絞車組成，多個定位塊用來調(diào)整機器使其與海管同心。液壓驅(qū)動系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)刀架與進給銷的配合推動刀頭切入到工件中，完成對海管的切割。分瓣式切割坡口機如圖3所示。

在原始鋪設(shè)時，海管上有鋪設(shè)張力殘余，同時切割點位置懸空，海管存在著自身重力。為避免切割時海管錯位造成卡刀，切割前在海管上加浮袋以抵消重力，并在海管兩側(cè)用倒鏈固定到配重塊(Dead Man Anchor， DMA)上。切割時調(diào)整刀具，將頭刀與后刀錯開，將切割寬度由刀具厚度7 mm拓寬到11 mm，并在壁厚剩余4～5 mm時更換為5 mm厚刀具，減少進給量至0.1 mm/圈，有卡刀跡象拔出進給銷，在無進給狀態(tài)下切割。切口端面如圖4所示。

1.3 吊耳清理、檢測

閥組在水下服役多年，回收前須通過檢測、計算，確保吊耳滿足撬塊回收的載荷要求。閥組撬塊分為外部保護罩和撬塊基座，需要分開單獨拆除回收，因此上面的吊耳均須完成檢測。本次吊耳處海水生物清理采用高壓水沖洗技術(shù)，即將水通過增壓器獲得高壓水，再經(jīng)過特殊設(shè)計的噴嘴小孔后形成速度數(shù)倍于音速的高能量射流束。高壓水作用于材料表面會產(chǎn)生很大的沖擊力，從而達到清理的效果。高壓水槍的槍身一般超過1.5 m，重量超過15 kg。影響高壓水槍清理效率的工作參數(shù)有：水壓、流量、噴嘴結(jié)構(gòu)、靶距、沖擊角度、橫移速度等。高壓水槍運行時的噴射壓力通常在10 000～20 000 psi(約70～140 MPa)，一旦達到20 000 psi(140 MPa)以上的壓力就可用于切割鋼鐵類材料；當(dāng)用于海生物清理時，壓力一般控制在7 000～11 000 psi(約49～77 MPa)[2]。高壓水槍如圖5所示。

圖4 切口端面 圖5 高壓水槍

交流電磁場裂紋檢測技術(shù)(Alternating Current Field Measurement， ACFM)以電磁感應(yīng)原理為理論基礎(chǔ)。利用導(dǎo)電材料中的缺陷改變電磁場的分布產(chǎn)生壓電磁性效應(yīng)，通過測量電磁場分布的變化，并與標準的理想缺陷所形成的電磁場進行比較，從而確定缺陷[3]，可以測量裂紋的長度和計算裂紋的深度(可達33 mm)。目前僅英國技術(shù)軟件咨詢公司(Technical Software Consultants， TSC) 公司提供ACFM檢測設(shè)備，該設(shè)備硬件包括水上單元、水下單元和探頭，ACFM檢測設(shè)備如圖6所示。水上檢測工程師須具備焊接與檢驗從業(yè)人員資格證書(Certification Scheme for Welding & Inspection Personnel， CSWIP)認證機構(gòu)認證的3.4U檢測證書；水下潛水員須具備CSWIP 3.1U檢測證書，攜帶ACFM探頭，根據(jù)水上檢測工程師指令操作即可。吊耳ACFM檢測結(jié)果如圖7所示。

圖6 ACFM檢測設(shè)備 圖7 吊耳ACFM檢測

1.4 閥組撬塊周圍清理

經(jīng)過調(diào)查，閥組撬塊通過倒鏈連接至3個配重塊上，同時周圍堆放著用于保護閥組的水泥壓塊，會對拆除、回收工作造成影響，須進行清理。部分壓塊尼龍繩已完全腐蝕，無法直接吊開，由吊機配合潛水員使用水下簸箕，將壓塊吊至一邊無障礙位置。完成后，潛水員解除撬塊與配重塊之間的倒鏈連接，并由吊機移開配重塊。對閥組撬塊周圍進行最終調(diào)查，確保不會再對拆除、回收造成影響。

1.5 閥組撬塊分部拆除、回收

閥組撬塊外部保護罩和撬塊基座須分開回收，其中：外部保護罩長15.24 m，寬8.96 m，水中重量37 t；撬塊基座長11.63 m，寬4.96 m，水中重46 t。外部保護罩與撬塊基座通過樁腿與套筒形式連接，其中2對角線樁腿內(nèi)部有2根定位樁并插入泥面以下。該定位樁只起到限位作用，樁腿、套筒與定位樁之間通過銷軸固定。為避免有殘余天然氣，拆除時采用液壓圓盤鋸的冷切割方式。潛水員使用圓盤鋸對樁腿與套筒連接位置進行切割，并拆除固定銷軸。至此，外部保護罩、撬塊基座分部回收拆除工作完成，定位樁對兩者均無干涉。

吊機掛鉤外部保護罩回收索具，下放至外部保護罩上方5 m位置，潛水員連接索具至外部保護罩吊耳上，并安裝好尾繩。吊機調(diào)節(jié)吊點至中心位置后，緩緩受力直至保護罩完全提拉出來(每加10 t力暫停觀察)，無人遙控潛水器(Remotely Operated Vehicle， ROV)監(jiān)控整個提升過程。吊機受力穩(wěn)定后，ROV繼續(xù)監(jiān)控將保護罩回收至甲板。外部保護罩回收如圖8所示。

撬塊基座回收索具的選擇須充分考慮到可能由海床泥面吸附力帶來的極限載荷，須具備足夠的提升載荷。與外部保護罩回收類似，吊機掛鉤回收索具下放至撬塊基座上方5 m位置，潛水員連接索具至撬塊基座吊耳上，并安裝好尾繩。調(diào)節(jié)吊點至中心位置，吊機緩緩受力直至撬塊基座完全提拉出來(每加10 t力暫停觀察)，ROV監(jiān)控整個提升過程。吊機受力穩(wěn)定后，ROV繼續(xù)監(jiān)控將閥組本體回收至甲板。撬塊基座回收如圖9所示。

圖8 外部保護罩回收 圖9 撬塊基座回收

1.6 定位樁拆除、回收

12英寸定位樁對閥組起限位作用，插入海床泥面以下最深達10 m，根據(jù)有關(guān)部門現(xiàn)有的管理文件規(guī)定：報廢的水下裝置、套管、樁等海底遺留物都必須按規(guī)定清除至海底泥面以下4 m。需要保留的裝置或其它孤立的水下遺留物均須按港務(wù)監(jiān)督要求設(shè)置方位標或在其不超過50 m的范圍內(nèi)設(shè)置孤立危險物標[4]。若采用切割的方法，則需要先對定位樁泥面以下4 m范圍內(nèi)進行吸泥，然后進行切割，吸泥工作量較大。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，鑒于該位置泥質(zhì)較軟，12英寸定位樁重量與吸附力都不是太大，經(jīng)評估決定使用吊機將定位樁整根拔出。潛水員在12英寸定位樁上綁扎吊帶作為提拉索具，吊機下放鉤頭入水，潛水員掛鉤吊帶，吊機緩緩加力提拉定位樁，ROV監(jiān)控整個提升過程。吊機受力穩(wěn)定后，ROV繼續(xù)監(jiān)控將定位樁回收至甲板。使用直接拔出定位樁代替吸泥后切割的方法，大大降低水下施工的難度，避免了吸泥、切割等作業(yè)所需的大量時間，提高海上的施工效率。

2 水下大型結(jié)構(gòu)物拆除回收技術(shù)應(yīng)用分析

當(dāng)前，我國東海、南海海域有很多水下基盤、控制撬塊及單點等水下大型結(jié)構(gòu)物正在服役。水下大型結(jié)構(gòu)物拆除回收技術(shù)很好地解決了這些較深水基盤或撬塊到達服役年限的拆除回收問題，該技術(shù)的應(yīng)用可保證拆除作業(yè)快速、可靠地完成。海管處于生產(chǎn)狀態(tài)下，較深水水下大型結(jié)構(gòu)物拆除回收工作的大體施工流程如圖10所示。

圖10 水下大型結(jié)構(gòu)物拆除回收工作施工流程

崖城13-1氣田項目先后完成了2個閥組保護罩、2個撬塊基座的拆除回收工作。通過對項目中水下結(jié)構(gòu)物拆除回收施工操作的分析，總結(jié)出以下需要注意的地方：

(1) 避免海水進入海管。切割前，由封堵球從開孔位置進入海管，對海管進行臨時封堵。封堵球上集成有清掃裝置，其結(jié)構(gòu)為四氟乙烯刷子，通過螺釘固定于封堵球上。在設(shè)置封堵球由豎直位置旋轉(zhuǎn)就位于水平位置的過程中，通過板刷的刷網(wǎng)將海管帶壓開孔時殘留在海管內(nèi)壁的鐵屑或殘留物清掃帶走，為封堵球的密封層創(chuàng)造整潔的海管內(nèi)表面，起到提升封堵球密封可靠性的作用。

(2) 切割設(shè)備。目前，適用于水下作業(yè)的切割設(shè)備有很多，包括分瓣式切割坡口機、爬管式坡口機、閘刀式切管機、鉆石線切割機、電氧切割機、高壓水研磨料切割機等。切割設(shè)備的選擇直接影響海上施工效率，須根據(jù)項目實際情況，選擇合適的切割設(shè)備。此次項目海管輸送介質(zhì)為高壓天然氣，為保證安全須采用水下冷切割，同時結(jié)合水下操作難度和經(jīng)濟性考慮，最終選擇了分瓣式切割坡口機。

(3) 吊裝準備。吊索：在項目準備過程中，工程師須根據(jù)水下結(jié)構(gòu)物自身重量和尺寸特性、土壤吸附力及現(xiàn)場海況等因素，設(shè)計符合要求的吊裝索具和撐桿，并提交吊裝計算分析報告。吊點：由于結(jié)構(gòu)物在海底服役多年，吊點不可避免地存在腐蝕。吊裝前須進行清理，并進行ACFM檢測，根據(jù)檢測結(jié)果判斷吊點是否滿足結(jié)構(gòu)物要求。若不滿足，須采取現(xiàn)場進行結(jié)構(gòu)加強等應(yīng)對措施。

項目海上施工過程中，由于涉及生產(chǎn)狀態(tài)下海管切割和大型結(jié)構(gòu)物吊裝等高風(fēng)險作業(yè)，必須確保每個步驟完成后方可繼續(xù)作業(yè)，以保證項目的高效、安全完成。

3 結(jié) 語

本文以崖城13-1氣田項目的施工為基礎(chǔ)，介紹了在海管生產(chǎn)狀態(tài)下，水下大型結(jié)構(gòu)物的拆除、回收技術(shù)應(yīng)用。該技術(shù)在保證了水下大型結(jié)構(gòu)物快速、可靠拆除回收的同時，通過臨時封堵措施確保海管不會進水造成海管內(nèi)腐蝕，確保了整條海管的完整性，可為日后較深水水下大型結(jié)構(gòu)物的拆除回收作業(yè)提供參考。

[1] 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(01)：134-136．

[2] 劉庭成. 高壓水射流技術(shù)及其在清洗中的應(yīng)用[J].洗凈技術(shù)，2003(01)：29-32.

[3] 張劍波.水下檢測與維修技術(shù)的發(fā)展綜述[J].中國海洋平臺,2004,19(03):45-48.

[4] 惠勝利，王儒.水下生產(chǎn)系統(tǒng)及海底管線廢棄技術(shù)研究[J].中國水運，2016,16(01)：326-328.