海洋石油平臺棄置拆除技術發展研究

高志強* 高建虎

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

隨著海洋石油工業不斷發展，在作業海域新建的石油生產設施越來越多。僅國內海域投產的油氣田已超過100 個，樁基固定式平臺有200 多座。一般海洋石油平臺的設計壽命為20 年左右。按照相關的法律法規，海上平臺的作業壽命到期后，如果沒有其他用途，就必須進行廢棄拆除。廢棄的平臺若妨礙海洋主導功能使用，應全部拆除。在內水和領海海域進行全部拆除的海上平臺，其殘留海底的樁腿等應切割至海床泥面以下4 m。廢棄海洋石油平臺的棄置拆除過程對海洋生態非常重要，對保證海上作業區域的海洋環境、船舶通航和漁業生產具有重要意義。

1 國內外平臺拆除現狀

自1973 年墨西哥灣首例平臺拆除工程以來，平臺拆除產業作為整個石油產業鏈的重要一環在國外已發展了近半個世紀，墨西哥灣每年有數百座平臺被拆除，產業已經發展得十分成熟。近年來，歐洲北海區域油田棄置拆除產業和技術也在不斷發展。瑞典船東Allseas 擁有目前世界上最大的平臺拆除船舶先鋒精神號（Pioneering Spirit），該船舶是國際上較為先進的拆除船，于2016 年8 月22 日完成了其服役后的首項工作，即歐洲北海Yme 油田海上平臺的拆除工作。近幾年，該船舶在北海區域又先后完成了多個超大型海洋石油平臺的拆除工作，全球范圍內平臺棄置能力和水平不斷提高。

國內的海洋石油平臺拆除工作起步較晚， 21 世紀后才真正意義上開展海洋石油平臺拆除研究。中國海洋石油集團有限公司下屬的海洋石油工程股份有限公司近年來進行了大量的平臺棄置拆除技術研究工作，同時還配置了導管架樁腿內排泥設備、金剛石繩鋸機、高壓水研磨料切割設備等一系列專業拆除裝備。近年來，該公司開始了真正意義上的海上平臺拆除作業，在渤海灣內相繼完成了曹妃甸1-6 導管架拆除、錦州21-1WHPA 及錦州20-2SW 平臺拆除、曹妃甸單點拆除等項目，還在泰國灣內完成了多項平臺拆除項目，極大地提高了國內公司在平臺棄置拆除方面的技術能力。

2 平臺拆除技術發展趨勢

現有的平臺拆除技術一般采用吊裝的方式，即組塊或導管架完成切割工作后使用起重船進行吊裝拆除。具體實施步驟如下：（1）詳細設計；（2）陸地施工準備；（3）海上施工準備：吊點焊接、平臺設備檢查固定、附屬結構拆除；（4）組塊拆除，包括吊裝索具安裝、樁腿切割、起吊、裝船；（5）導管架拆除，包括導管架排泥、水下切割、吊裝索具安裝、起吊、裝船。

組塊切割主要采用熱切割方式，即氧氣乙炔切割斷開組塊和導管架的連接。導管架鋼樁切割主要采用冷切割，一般采用高壓水研磨料切割設備（包括樁腿內切割和樁腿外切割）。

平臺拆除與油田開發最大的不同在于平臺拆除本身并不會給平臺所有者帶來直接效益，因此在低油價的背景下，針對成本的考量就需要謹慎。海上石油平臺拆除工程量大，運用設備船只數量多，使用的技術難度高、風險大，涉及的領域多，這些因素都會導致拆除工程費用高昂。同時，隨著環保要求日益嚴格，行業內更加注重拆除施工過程中對環境的保護，推崇“綠色”拆除技術。隨著拆除產業不斷發展，平臺拆除裝備不斷升級，新的方法和理念也逐步滲入拆除產業，從而降低項目成本，推動產業不斷進步。

2.1 切割及吊裝設備多樣化

現階段，平臺拆除過程中主要的切割設備為高壓水研磨料切割設備。隨著平臺拆除數量增加，平臺的狀態也變得錯綜復雜，在這種情況下，高壓水研磨料切割設備很有可能無法滿足所有平臺的拆除工況，如平臺結構腐蝕嚴重、樁基切割位置不規則或者導管架樁內無法下放切割頭等，這時就可以采用以下專業設備進行輔助。

（1）金剛石繩鋸機可從水下結構外部進行切割，應對不規則形狀的水下結構切割要求，如圖1 所示。

圖1 高壓水研磨料切割設備

（2）對于腐蝕情況極其嚴重，壁厚減薄已無法進行吊裝拆除的情況下，重型抓斗可進行抓斗方式拆除，對結構進行破壞性拆除回收，如圖2 所示。

圖2 金剛石繩鋸機

（3）液壓剪可用于海管回收切割或水下其他管件的切割工作，如圖3 所示。

圖3 液壓剪

夾樁器作為一種樁內吊裝設備可應用于導管架吊裝，將夾樁器伸至導管架鋼樁內部后張緊，可直接起吊導管架，無需使用吊點，從而減少導管架吊點焊接的工作，如圖4 所示。

圖4 夾樁器

2.2 浮托法拆除組塊

海上平臺組塊拆除時常會用到起重船等大型船舶，往往占用了項目的大部分費用支出。浮托法是組塊安裝方式中的一種，在海上安裝領域已經被廣泛應用，研究采用浮托安裝逆過程的方式進行組塊拆除已經逐步進入拆除技術領域。

在國外部分區域已有使用浮托法進行組塊拆除的先例，國內目前也有研究將該方法應用于平臺拆除項目。浮托法通?？煞譃閱未⊥泻碗p船浮托法。開口較大的導管架可采用單船浮托的方式，浮拖船進入導管架后通過系泊系統固定船舶，通過調載使船上的支撐系統與組塊樁腿對接并抬升組塊進行拆除；對于開口較小的導管架，若同時組塊質量偏大，則適宜采用雙船浮托法進行拆除，浮托法拆除可見圖5。

圖5 浮托法拆除示意圖

采用浮托法安裝的逆向方式進行平臺組塊拆除無需使用大型起重船資源，可通過駁船調載來實現組塊的拆除過程，可大幅降低項目資源成本。

2.3 浮筒法導管架拆除

浮筒在水下打撈工程中被廣泛應用，在海洋平臺拆除方面尚處于研究階段。該方法需要在導管架上預先安裝浮筒，通過前期計算，設計好浮筒的充氣量并充氣。當導管架樁腿切割完成后，導管架借助浮筒的浮力處于懸浮狀態。在這種情況下，只需要使用小馬力的拖輪便可以將一個大型導管架拖拉至淺灘拆解或者拖拉至指定海域棄置，如圖6 所示。這種方式避免了使用大型起重船及駁船資源，可大幅降低成本。

圖6 使用浮筒進行導管架拆除示意圖

2.4 托架法平臺拆除

目前，國外公司將兩艘駁船用大型鋼結構框架進行剛性連接，采用這種托架形式的雙體船進行平臺拆除作業，可用于吊裝導管架或者上部組塊等大型結構物,如圖7 所示。采用這種方式不需要大型起重船支持，減少了裝船時間，大大縮減了項目成本。但這種方式前期投入極大，大批量平臺進行棄置拆除時，這種方式是有較大的成本優勢。

圖7 墨西哥灣某平臺采用托架拆除

3 市場展望

海洋平臺拆除產業在全球范圍內不斷壯大。HIS Markit 的調查研究表明，從2021 年至2040 年，棄置拆除的平臺數量將超過2 000 座，海洋設施拆除棄置費用將由2015 年的每年24 億美元增加至2040 年的130 億美元每年。根據統計數據可知，2040 年以前，國內將要廢棄的油氣田為81 個、平臺164 座、海底管道3 240 km、油井2 310 口。相較陸上的油氣設施及管道的棄置工作，海上油氣設施的棄置問題更為復雜，不僅受到國內法律、國際條約管轄，還面臨高昂的處理成本及極具挑戰的環保難題。進行海上石油平臺棄置的環境保護探索和研究對海洋環境的可持續發展具有十分重要的現實意義，同時也是海洋石油開發者的責任和義務。

4 結論

海洋石油平臺棄置拆除是海上石油發展中不可避免的環節，也是海上石油開發者不可逃避的責任。國內平臺拆除技術經過20 余年的發展已日臻成熟，相信在不遠的將來，發展中的各類技術會逐步應用于海上平臺拆除項目中，拆除技術和水平還會進一步提升，施工效率、安全、環保等方面都將不斷提升。

發展海洋石油平臺棄置拆除技術有著廣闊的市場前景，也對恢復海洋生態有重要的積極作用。