艾明剛

(山東海盛海洋工程集團(tuán)有限公司， 山東 東營(yíng) 257237)

0 引 言

早期的海洋平臺(tái)倒伏井治理技術(shù)措施有限，對(duì)廢棄井口未進(jìn)行油氣層封堵，且井口未在泥面以下4 m進(jìn)行切割，不能滿足現(xiàn)行《海洋石油安全管理細(xì)則》第85條關(guān)于永久性棄井的油氣層全封要求。隨著已有封井措施服役年限的增長(zhǎng)，井口遭到破壞的可能性較大，發(fā)生地質(zhì)性溢油的風(fēng)險(xiǎn)高。為消除事故隱患，防止油氣泄漏，須對(duì)廢棄井口進(jìn)行清障并進(jìn)行重新封井作業(yè)。對(duì)比分析國(guó)內(nèi)封井工藝[1]，了解油水井封竄堵漏技術(shù)研究與應(yīng)用[2]，確定封井工藝需對(duì)水下混凝土進(jìn)行清理，充分曝露原封井帽位置后對(duì)其進(jìn)行拆除，并重新設(shè)置永久封井裝置。目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行工藝大多采用干式工作艙圍堰的方式，通過(guò)打下多根鋼管樁及大管徑鋼樁形成水下干式作業(yè)環(huán)境，鋼管樁的入泥深度不小于30 m，施工工程量大且作業(yè)難度大。鑒于此，本文介紹一種針對(duì)海洋平臺(tái)倒伏井治理水下混凝土清理系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱“清理系統(tǒng)”)，應(yīng)用多種工藝設(shè)備，能較好地解決治理過(guò)程中水下混凝土清理打撈、井口位置定位等問(wèn)題，通過(guò)多種監(jiān)測(cè)手段的配合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)施工高效、安全環(huán)保的生產(chǎn)目標(biāo)，并介紹此清理系統(tǒng)在勝利埕島油田的實(shí)際應(yīng)用效果。

1 清理系統(tǒng)清理過(guò)程簡(jiǎn)介

1.1 水下混凝土破碎

早期倒伏井治理封井技術(shù)主要采用混凝土澆筑的形式，治理完成后形成冠型混凝土層，混凝土層厚度不等、硬度較高，隨著其強(qiáng)度等級(jí)的提高，混凝土外表面出現(xiàn)裂縫的時(shí)間逐漸推遲，裂縫擴(kuò)展寬度和裂縫條數(shù)都隨之逐漸變窄和減少，易導(dǎo)致整體打撈難度大，且存在溢油風(fēng)險(xiǎn)。為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)打撈，需對(duì)混凝土層進(jìn)行整體破碎后分批次打撈，如圖1所示。為減小潛水員水下作業(yè)工作量，結(jié)合陸地破碎相關(guān)裝備并參考不同強(qiáng)度混凝土的靜態(tài)破碎試驗(yàn)[3-4]，利用高頻振動(dòng)錘夾持替打樁進(jìn)行水下混凝土破碎。施工作業(yè)面由水下轉(zhuǎn)移至水上，加快施工進(jìn)度、保障施工安全。

圖1 水下混凝土破碎施工示例

1.2 混凝土清理打撈

破碎完成后，混凝土層形成塊狀結(jié)構(gòu)，利用專用水下清障裝置，通過(guò)起重船舶的吊裝和牽引(見圖2)實(shí)現(xiàn)水下障礙物分批次打撈，過(guò)程中采用3D聲吶實(shí)時(shí)監(jiān)控代替水下潛水作業(yè)，可高效、安全地完成大面積水下障礙物清理工作。

圖2 水下混凝土打撈施工

1.3 遺棄隔水管打撈

完成混凝土層清理打撈后，利用高壓水噴沖裝置對(duì)隔水管進(jìn)行局部沖泥清理(見圖3)，使隔水管充分暴露，方便后期吊裝。

圖3 水下隔水管沖泥清理示例

2 在勝利埕島油田的實(shí)際應(yīng)用

清理系統(tǒng)于2020年5月建造完成，于2020年8月達(dá)到驗(yàn)收條件，并投入工程應(yīng)用。

按照中石化勝利油田分公司海洋采油廠的部署和生產(chǎn)安排，克服海況、地形錯(cuò)綜復(fù)雜等不利因素，利用該清理系統(tǒng)進(jìn)行施工作業(yè)，僅用120 d有效工期就完成施工任務(wù)，與建立干式工作艙圍堰的方式相比節(jié)省大量的成本。具體實(shí)施過(guò)程如下。

2.1 對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行前期探摸調(diào)查

通過(guò) MS1000 二維掃描聲吶和水下探摸找尋混凝土砼體位置，并確認(rèn)混凝土砼體邊緣區(qū)域。利用 Echoscope 3D 實(shí)時(shí)聲吶對(duì)混凝土砼體進(jìn)行有針對(duì)性的掃測(cè)，根據(jù)多波束、淺剖資料，確定3處裸露鋼管位置和尺寸，并對(duì)混凝土區(qū)域面積進(jìn)行再次確認(rèn)。對(duì)水下混凝土覆蓋層周圍進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)記。將采集的坐標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)入電子海圖圖譜進(jìn)行處理，并對(duì)下一步施工區(qū)域的半徑和振動(dòng)破碎點(diǎn)位進(jìn)行標(biāo)記。

2.2 劃分水泥清理區(qū)域

(1) 中心區(qū)：指倒伏井彎折點(diǎn)所屬核心區(qū)域，需對(duì)混凝土及障礙物進(jìn)行局部處理。(2)破碎區(qū)：指混凝土層破碎、障礙物清理的區(qū)域。

2.3 高頻振動(dòng)破碎網(wǎng)格圖編制和混凝土破碎

在施工區(qū)域路由圖上編制由邊長(zhǎng)為2 m的正方形組成的振動(dòng)破碎網(wǎng)格圖，可通過(guò)GPS定位實(shí)現(xiàn)船舶、網(wǎng)格圖相對(duì)位置控制：施工船船舷側(cè)設(shè)置2 m 間隔符，并用白漆標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)船舶相對(duì)于網(wǎng)格圖位置的控制；通過(guò)集成上述定位關(guān)系，完成施工位置在振動(dòng)破碎網(wǎng)格圖的定位。

在高頻振動(dòng)錘鋼纜上設(shè)置水下超短基線 (Ultra Short Base Line ，USBL )信標(biāo)，將前期海調(diào)資料提供的破碎點(diǎn)位布置圖作為施工依據(jù)。作業(yè)船就位于施工海域，吊起樁管(φ900 mm)立于舷邊內(nèi)(吊索具選用φ28 mm鋼絲繩+50 t 卸扣)。摘鉤后吊起打樁錘至樁頂，使打樁機(jī)的液壓夾具夾住樁管的上端部，將振動(dòng)錘夾具調(diào)整在錘體的中心位置。吊起水下振動(dòng)樁管，將樁管放置在施工區(qū)域上方，通過(guò)降落吊鉤將樁管下降至混凝土位置。按照已確定的位置標(biāo)記，將樁管緩慢放入水中，在 USBL 信標(biāo)的引導(dǎo)下， 將樁管放置于混凝土上方。樁管尖端到達(dá)混凝土，根據(jù)信標(biāo)操作員的指揮調(diào)整樁管與混凝土位置，保證打樁機(jī)、樁管處于垂直狀態(tài)。接通打樁機(jī)動(dòng)力源，進(jìn)行清理。

在實(shí)際過(guò)程中，按照矩陣式(排距為2 m、振點(diǎn)間距為2 m)從水下混凝土東北側(cè)邊緣向西、從上至下進(jìn)行外圍混凝土塊破碎，施工過(guò)程中通過(guò)浮式起重船移動(dòng)錨纜及 GPS 定位實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)。

2.4 水下混凝土打撈

水下清障裝置通過(guò)吊裝鎖具由起重船舶吊起放置在需清理的水下障礙物邊緣位置，然后將水下清理爬犁通過(guò)船底牽引纜與甲板上的1臺(tái)大噸位卷?yè)P(yáng)機(jī)連接，由卷?yè)P(yáng)機(jī)提供前進(jìn)動(dòng)力。觀察卷?yè)P(yáng)機(jī)工作電流與水下3D聲吶實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面以判斷水下清理爬犁是否達(dá)到合適容量，當(dāng)其達(dá)到合適容量后，放松卷?yè)P(yáng)機(jī)上的船底牽引纜，由起重船舶將其吊出水，將水下清理爬犁內(nèi)的水下清理障礙物釋放到船舶甲板，如此反復(fù)工作，達(dá)到清理水下大面積障礙物的效果。 圖4為水下清理爬犁結(jié)構(gòu)示例。

圖4 水下清理爬犁結(jié)構(gòu)示例

3 結(jié) 論

建造海洋平臺(tái)倒伏井治理水下混凝土清理系統(tǒng)，完成埕島油田 CACB6A 倒伏井組治理工程(混凝土清理)，節(jié)省浮式起重船臺(tái)班10個(gè)，節(jié)約費(fèi)用約40萬(wàn)元人民幣。節(jié)省潛水臺(tái)班20個(gè)，節(jié)約費(fèi)用約20萬(wàn)元人民幣。該方案是海洋平臺(tái)倒伏井治理水下混凝土清理的優(yōu)選方式，與干式工作艙圍堰相比，具有施工高效、安全環(huán)保、操作成本低、治理效果佳的優(yōu)點(diǎn)。工藝應(yīng)用分析表明，在混凝土破碎及清理環(huán)節(jié)，混凝土的破碎效率和清理效果還有較大的提升空間，包含設(shè)備的選型、機(jī)具的優(yōu)化配置等。隨著倒伏井治理環(huán)保要求的不斷提高，該水下混凝土清理系統(tǒng)具有較好的應(yīng)用前景。