劉建峰

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

埕北油田位于渤海西部海域，距離塘沽基地92 km，油田范圍內(nèi)平均水深約15.8 m。該油田于1972年由中方勘探發(fā)現(xiàn)，后由渤海石油公司與日本埕北石油開發(fā)株式會(huì)社雙方合作開發(fā)，是按國(guó)際規(guī)范設(shè)計(jì)和建造的我國(guó)第一個(gè)現(xiàn)代化海上油田[1-3]。埕北油田早期設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)計(jì)棄置時(shí)間在2016年。

截止到2015年初，經(jīng)各方面技術(shù)專家評(píng)估論證后發(fā)現(xiàn)，埕北油田與同類稠油油田相比，依然保持著比較旺盛的生產(chǎn)能力，因此該油田可以延長(zhǎng)使用年限繼續(xù)開發(fā)生產(chǎn)。但是埕北油田現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施已經(jīng)不能滿足油田高效開發(fā)的需要，有必要對(duì)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行整體升級(jí)改造。埕北BSL平臺(tái)上A、C、E這3座原油儲(chǔ)罐及其下方導(dǎo)管架帽的拆除工作，是此次埕北油田設(shè)備設(shè)施整體升級(jí)改造工程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。由于前期D座原油儲(chǔ)罐曾發(fā)生過爆炸事故，在拆除過程中3座原油儲(chǔ)罐也很有可能存在爆炸的危險(xiǎn)，因此3座原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽拆除作業(yè)被列為A類高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)項(xiàng)目。

針對(duì)埕北油田BSL平臺(tái)原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽拆除作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，通過對(duì)原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽拆除過程中的吊裝方案設(shè)計(jì)、導(dǎo)管架帽水平切割位置選擇、原油儲(chǔ)罐裝船的固定設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)的研究，探索出一套適用于原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽拆除的可行技術(shù)方案。該拆除技術(shù)在埕北油田設(shè)備設(shè)施整體升級(jí)改造項(xiàng)目中得到了成功應(yīng)用，不但為該項(xiàng)目節(jié)省了大量的工程成本，而且填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽海上拆除領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)空白，對(duì)今后類似工程具有一定的借鑒意義。

1 原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽拆除吊裝方案設(shè)計(jì)

1.1 吊裝方案的基本設(shè)計(jì)

針對(duì)原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽的拆除作業(yè)，吊裝方案的基本設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 吊裝方案的基本設(shè)計(jì)示意

該方案選擇在導(dǎo)管架帽頂層梁格最遠(yuǎn)端的四個(gè)角點(diǎn)處設(shè)置吊點(diǎn)，并輔助結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大的矩形吊裝框架進(jìn)行吊裝作業(yè)。若采用此設(shè)計(jì)方案，則A、C、E這3座原油儲(chǔ)罐及其下方導(dǎo)管架帽共需要3次吊裝。但是，由于該方案選擇的吊點(diǎn)位置與重心位置的水平距離較遠(yuǎn)，經(jīng)建模分析后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)管架帽的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足API[4]和AISC[5]等規(guī)范要求，在進(jìn)行海上吊裝作業(yè)之前，必須對(duì)其進(jìn)行大量的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)；由于在結(jié)構(gòu)加強(qiáng)后整體結(jié)構(gòu)物的海上吊裝較重，因此該吊裝方案需要選擇大型浮吊進(jìn)行吊裝。

1.2 吊裝方案Ⅰ的詳細(xì)設(shè)計(jì)

針對(duì)吊裝方案基本設(shè)計(jì)中存在的一些問題，在詳細(xì)設(shè)計(jì)初期，相關(guān)人員提出對(duì)原油儲(chǔ)罐和導(dǎo)管架帽進(jìn)行分體吊裝的吊裝方案Ⅰ，如圖2所示。該方案對(duì)每組原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽采用分體吊裝，先采用輔助矩形吊裝框架對(duì)原油儲(chǔ)罐及其底甲板進(jìn)行第一次吊裝，再使用吊裝框架直接對(duì)導(dǎo)管架帽進(jìn)行第二次吊裝。若采用此設(shè)計(jì)方案，則A、C、E這3座原油儲(chǔ)罐及其下方導(dǎo)管架帽共需要6次吊裝，因此海上占用浮吊的時(shí)間就會(huì)翻倍。而且，在吊裝原油儲(chǔ)罐及其底甲板時(shí)，由于選擇的吊點(diǎn)位置與重心位置的水平距離較遠(yuǎn)，經(jīng)過建模分析后發(fā)現(xiàn)，底甲板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足API和AISC等規(guī)范要求，因此在進(jìn)行海上吊裝作業(yè)之前，也需要對(duì)原油儲(chǔ)罐底甲板進(jìn)行大量的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。雖然該方案每次吊裝的重量相對(duì)較輕，所用吊耳單個(gè)尺寸小、重量輕，但是需要的吊耳數(shù)量較多，海上焊接吊耳的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

圖2 吊裝方案Ⅰ的詳細(xì)設(shè)計(jì)示意

1.3 吊裝方案Ⅱ的詳細(xì)設(shè)計(jì)

通過對(duì)吊裝方案的基本設(shè)計(jì)和吊裝方案Ⅰ的詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究分析，針對(duì)以上兩種吊裝方案中存在的一些技術(shù)問題，在詳細(xì)設(shè)計(jì)后期，創(chuàng)新性地提出了方案Ⅱ，如圖3所示。

圖3 吊裝方案Ⅱ的詳細(xì)設(shè)計(jì)示意

該方案是將吊點(diǎn)選擇在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對(duì)較高的導(dǎo)管架帽的4根立柱上，進(jìn)行原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽的整體拆除吊裝。由于吊點(diǎn)位置與重心位置的水平距離相對(duì)較近，因此經(jīng)過建模分析后發(fā)現(xiàn)，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度都滿足API和AISC等規(guī)范要求，該方案不需要對(duì)任何桿件進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

1.4 三種吊裝方案的對(duì)比分析

通過對(duì)原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽吊裝方案的基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)初期的吊裝方案和詳細(xì)設(shè)計(jì)后期的吊裝方案的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)這三種吊裝方案各具特點(diǎn)，其優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 三種吊裝方案的對(duì)比分析

經(jīng)綜合考慮，吊裝方案Ⅱ詳細(xì)設(shè)計(jì)相對(duì)最優(yōu)，該方案最終被選為海上施工所采用的拆除吊裝方案。

2 導(dǎo)管架帽水平切割位置選擇

根據(jù)BSL平臺(tái)改造后期工程的需要，當(dāng)原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽拆除之后，其剩余導(dǎo)管腿的頂部標(biāo)高為EL.（+）8810 mm，而原導(dǎo)管架帽與導(dǎo)管架腿之間的對(duì)接焊縫在標(biāo)高EL.（+）9010 mm處，如圖4所示。

若將導(dǎo)管架帽所有立柱的水平切割位置選擇在標(biāo)高EL.（+）8810 mm處，則導(dǎo)管架帽的原插尖就會(huì)暴露出來。當(dāng)拆除導(dǎo)管架帽時(shí)連帶插尖一起拆除時(shí)，在裝船固定時(shí)就很難將其與墊墩連接固定。經(jīng)研究分析后，最終采用的拆除方案是，對(duì)每根導(dǎo)管架帽立柱進(jìn)行兩次切割，先在標(biāo)高EL.（+）9260 mm處進(jìn)行第一次切割，當(dāng)上部原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽拆除、吊裝完成后，再在標(biāo)高EL.（+）8810 mm處進(jìn)行第二次切割，并對(duì)切割后的導(dǎo)管架腿的切口進(jìn)行精細(xì)化打磨處理。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）將導(dǎo)管架帽的切割縫選擇在標(biāo)高EL.（+）9260 mm處，使得原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽的吊裝總重更輕，有利于選擇BH108作為浮吊船來進(jìn)行海上吊裝作業(yè)。

（2）將切割縫由原方案在標(biāo)高EL.（+）8810 mm處優(yōu)化為在標(biāo)高EL.（+）9260 mm處，可將原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽的結(jié)構(gòu)總高度降低0.45 m，有利于提高結(jié)構(gòu)物整體運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

（3）導(dǎo)管架帽選擇不帶插尖進(jìn)行切割，可以大大簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)物整體裝船的固定形式，不但省工省料，而且能夠縮減裝船固定占用浮吊的時(shí)間。

（4）裝船固定所需的12個(gè)墊墩都無需再因插尖問題而進(jìn)行改造，均可直接利用原有的常規(guī)墊墩，可以節(jié)省一部分改造費(fèi)用。

3 原油儲(chǔ)罐裝船固定方案設(shè)計(jì)

原油儲(chǔ)罐在拆除之前需要對(duì)原油殘留物進(jìn)行清理，但由于清理工具、清理工藝和清理工期等因素的制約，儲(chǔ)罐內(nèi)部原油污漬無法完全清除，在對(duì)其拆除運(yùn)輸?shù)倪^程中，儲(chǔ)罐如果遇到明火、高溫或通風(fēng)不暢的情況，儲(chǔ)罐就存在極大的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。因此，在對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行裝船固定時(shí)，其施工方案設(shè)計(jì)必須非常謹(jǐn)慎。

針對(duì)該問題，使用SACS軟件和ANSYS軟件對(duì)原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽的運(yùn)輸過程工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模。通過分析研究后發(fā)現(xiàn)，可以采用在儲(chǔ)罐底板外邊緣加固定筋板的方式對(duì)其進(jìn)行固定，如圖5所示。

圖5 原油儲(chǔ)罐裝船固定示意

該設(shè)計(jì)方案共采用30塊相同的筋板對(duì)每個(gè)儲(chǔ)罐進(jìn)行固定，每塊筋板都采用PL20的鋼板，以刀把形式將原油儲(chǔ)罐與其底甲板剛性連接。為了避免在儲(chǔ)罐壁上進(jìn)行焊接等動(dòng)火作業(yè)，該設(shè)計(jì)方案在筋板與罐體壁之間預(yù)留了約20 mm的縫隙。

4 方案實(shí)施效果

通過相關(guān)技術(shù)研究和方案優(yōu)化，于2016年8月成功實(shí)施了埕北油田設(shè)備設(shè)施整體升級(jí)改造項(xiàng)目中BSL平臺(tái)原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽的拆除作業(yè)。

（1）在原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽拆除吊裝過程中，每座原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽的實(shí)際結(jié)構(gòu)總質(zhì)量與計(jì)算模擬的結(jié)構(gòu)質(zhì)量基本一致，誤差都在5 t以內(nèi)，而且精確模擬了重心位置，因此在整個(gè)拆除吊裝過程中，結(jié)構(gòu)物整體吊裝平穩(wěn)，未出現(xiàn)大幅搖擺晃動(dòng)，整個(gè)裝船就位也比較安全順利。

（2）導(dǎo)管架帽水平切割位置選擇合理，導(dǎo)管架帽立柱以不帶插尖的方式進(jìn)行切割拆除，不但省去了對(duì)裝船墊墩進(jìn)行改造的大量工作，而且也降低了結(jié)構(gòu)物整體重心高度，更有利于其拖航運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性。

（3）原油儲(chǔ)罐裝船固定的設(shè)計(jì)方案，滿足了儲(chǔ)罐壁不能動(dòng)火焊接的施工要求，通過采用刀把形式的筋板固定儲(chǔ)罐底板方式，有效固定了原油儲(chǔ)罐，但是采用30塊筋板固定每座原油儲(chǔ)罐的方案有些過于保守，方案設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)完全忽略儲(chǔ)罐底板與其底甲板間的摩擦力。

5 結(jié)束語

通過技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出了原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽的拆除技術(shù)，并成功地應(yīng)用于埕北BSL平臺(tái)原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽拆除工程中，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的技術(shù)空白，有效提升了我國(guó)原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽的拆除水平，為國(guó)內(nèi)原油儲(chǔ)罐及導(dǎo)管架帽的拆除提供了成功案例，對(duì)今后類似工程具有一定的借鑒意義。