旧单点系泊系统桩基式基座及内套筒拆除技术

刘建峰

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

旧单点系泊系统桩基式基座及内套筒拆除技术

刘建峰

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

曹妃甸11-1/11-2油田旧单点系泊系统的大部分结构已经拆除，为了保障油田安全生产和附近海域海事活动的安全，需要对现场遗留的桩基式基座及内套筒进行拆除。根据检测报告结果，通过对两种吊装方案的对比分析，选择了带吊装法兰的方式进行吊装，并校核了在该吊装工况下基座及内套筒的结构强度，且给出了吊装法兰的加固措施。最后论述了基座及内套筒钢桩内排泥的技术要点和钢桩内切割的技术要点，并给出了若拆除过程中吊装力过大时两种可行的应对预案。该项拆除技术的研究与成功应用，填补了国内旧单点系泊系统拆除技术的一项空白，对今后类似工程项目具有借鉴意义。

旧单点系泊系统；桩基式基座；内套筒；拆除；吊装；切割

曹妃甸11-1/11-2油田旧单点系泊系统位于渤海西部海域，旧单点系泊系统的大部分结构已经拆除，现场仅遗留相对具有较大拆除难度的桩基式基座及内套筒。根据相关的法律规范[1-5]，需要对整个旧单点系泊系统进行全部拆除。

1 旧系统拆除前检测

现场遗留的相对具有较大拆除难度的桩基式基座及内套筒示意见图1。在桩基式基座及内套筒整体拆除之前，需对其分别进行I类、Ⅱ类、Ⅲ类检测，并编制详细的检测报告。检测报告的主要结果汇总见表1。

2 吊装方案的选择

2.1 两种吊装方案的对比分析

图1 桩基式基座及内套筒示意

（1）吊装方案一，吊点选在基座的调平吊点处+吊装框架。该吊装方案主要考虑到基座及内套筒为坐底结构物，存在土壤对钢桩的抗拔力和对防沉板的吸附力，如图2（a）所示。由于采用此方案吊装时，基座及内套筒的整体重心高度高于调平吊点高度约2.6 m，因此需要新设计吊装框架来辅助吊装，才能保证在吊装过程中整个结构物不会发生倾覆的危险。

表1 检测报告主要结果汇总

（2）吊装方案二，吊点选在内套筒顶端法兰处+吊装法兰。如图2（b）所示，该吊装方案主要借鉴基座及内套筒安装时的吊装方案，利用库存的原吊装法兰，先通过螺栓连接等形式连接吊装法兰与内套筒顶端法兰，然后将吊点选在吊装法兰的吊耳处进行吊装。

上述两种吊装方案的优缺点对比如表2所示。通过表2的对比，综合考虑项目的工程成本、工期计划、施工安全以及实施的难易程度等，该项目最终选择吊装方案二作为拆除基座及内套筒的方案。

图2 吊装方案示意

2.2 桩基式基座及内套筒强度校核

采用海洋石油行业结构分析中通用的SACS计算软件，对基座及内套筒整体拆除吊装过程进行了结构模拟和杆件强度校核分析。其中，基座及内套筒整体结构吊装计算模型如图3所示。

对基座及内套筒整体结构进行模拟计算分析，得到其所有杆件强度的校核结果，见表3，计算表明满足API规范对结构物吊装的要求[6]。

表2 两种吊装方案优缺点的对比

图3 基座及内套筒SACS吊装计算模型

表3 校核结果汇总

2.3 吊装法兰的加固措施

从上述吊装计算结果中提取出吊装法兰所受到的力，然后对连接吊装法兰与内套筒顶端法兰的螺栓强度进行校核后发现，基座及内套筒在最初安装时所采用的30根螺栓的强度无法满足拆除时的强度要求，因此需要对两片法兰的连接强度进行加固，其加固形式如图4所示，在原有30根螺栓连接的基础上，再在吊装法兰的四周焊接21块38 mm厚的C型筋板进行加固。

图4 两片法兰的连接固定示意

3 拆除技术要点

3.1 钢桩内排泥技术要点

大多数慢性肾脏疾病是进行性的，原发性肾病及糖尿病、高血压、感染、自身免疫性疾病等引起的继发性肾病中都存在足细胞凋亡、肾间质纤维化和肾小管萎缩。AS-IV能保护足细胞防止其凋亡，抑制肾间质纤维化，但是关于其能防止肾小管细胞凋亡的证据则很少，需要进一步研究证实。

从表1检测报告的结果可知，1#钢桩和2#钢桩内都遗留有一定厚度的水泥层，因此在对钢桩内部进行排泥之前，需要由潜水员用钢钎和风镐等设备清除钢桩内的水泥层。此后，为了实现钢桩内切割设备在钢桩内泥面以下位置进行切割，需要对钢桩内的海泥进行清除。

根据我国相关法律法规要求，桩基式基座的钢桩需要在泥面以下至少4 m位置进行切割回收[1-2]。由于在桩顶以下9 m长度范围内，该基座钢桩的壁厚为65 mm，其余部分的壁厚都为40 mm，又由于目前所使用的高压水研磨料内切割设备的最大切割钢桩壁厚约为60 mm，因此为了提高钢桩内切割的工作效率，并降低因钢桩壁厚较厚而无法切透的作业风险，经论证分析后该基座钢桩的切割位置选择在距离桩顶10 m（即泥面以下7 m）处，而钢桩内排泥的深度为距离桩顶11 m（即泥面以下8 m）处。

该项目钢桩内排泥施工方案的设计形式如图5所示。海上施工时，将用于内排泥的高压水泵和空压机等设备都放置在施工支持船的甲板上，利用浮吊将内排泥混合舱下放到钢桩内部，并通过浮吊吊钩的升降来实现内排泥混合舱在钢桩内的升降和定位。

图5 钢桩内排泥施工示意

在施工过程中对于钢桩内排泥深度的测量，则是通过在吊装排泥设备的钢丝绳上做标记点，而后通过测量该标记点入水深度来快速推算出钢桩内排泥设备排泥的实际深度。

3.2 钢桩内切割技术要点

该项目钢桩内切割施工方案的设计形式如图6所示。在海上施工时，将用于内切割的控制室等设备放置在施工支持船的甲板上，然后通过脐带盘来操作内切割器以实现对钢桩的内切割。

在进行钢桩内切割时，由于该项目的钢桩桩顶是在水面以下22 m处，很难通过在桩顶焊接门字架的方式来实现对内切割器的定位，因此该项目的主要技术要点是对内切割器的精准定位。只有当内切割器准确定位在竖直方向上时，才能实现切割深度符合该项目的具体要求；而只有当内切割器的中轴线与钢桩的中轴线重合时，才能保证所切割出的切割缝是一个闭合的圆环。通过项目组成员的反复试验和论证，最终采用在桩顶处搭设支架的方式，实现对内切割器的精准定位。该支架是一根长约3 m的型钢H300× 150，在H型钢的下翼缘上焊有与桩顶处钢桩内径相匹配的限位筋板，以保证H型钢搭设在桩顶时不会发生滑动和移位。

图6 钢桩内切割施工示意

3.3 拆除时若吊装力过大的应对预案

选择适合吊装的天气窗口，在钢桩切割完成并对浮吊船挂扣完成后，开始对基座及内套筒进行吊装作业。对浮吊吊钩施加吊装力的步骤如下：首先每档施加200 kN，每次停止稳定5～10 min，待吊装力施加至5 000 kN后，再采用每档100 kN逐级加力，且每次停止稳定5～10 min，如果吊装力增加至5 400 kN（此数据是根据2.2节计算确定的）时，而此时还未能将基座及内套筒吊起，则需放松吊钩停止吊装，对吊装力过大的原因进行分析，并采取以下应对预案。

（1）预案一，检验三根钢桩是否都被完全切断。潜水员下水，进入钢桩内并到达钢桩的切割位置，使用薄钢片沿着切缝环绕一周，以检验每根钢桩是否都被完全切断。如果检验出某根钢桩未被完全切割，则需要对其进行重新切割。

（2）预案二，检验土壤对防沉板的吸附力是否过大。潜水员下水检验，如果发现基座新近入泥深度超过了表1中前期检测报告的结果时，则可能是因为土壤对防沉板的吸附力过大而导致吊装力过大，此时的解决措施是，使用吹泥设备或吸泥设备将基座周边和其防沉板下方的淤泥吹走，尽量让基座悬空，以减小土壤对防沉板的吸附力。

4 结束语

通过对拆除技术的研究和优化，桩基式基座及内套筒拆除创新技术成功地应用于曹妃甸11-1/11-2油田旧单点系泊系统拆除工程中，适时解除了油田安全生产和附近海域海事活动的安全隐患，取得了良好的应用效果。

[1]国家海洋局发布，2002，海洋石油平台弃置管理暂行办法[S].

[2]全国人民代表大会常务委员会发布，1983，中华人民共和国海上交通安全法[S].

[3]王勇，戴兵，高军伟.废弃海洋石油平台的拆除[J].机械工程师，2010（1）：134-136.

[4]陶杰，田永花，吴谊山.钢桩内排泥技术在导管架拆除中的应用[J].中国造船，2012，53（1）：206-210.

[5]袁玉杰，蓝国阳，杨宁.固定式海洋平台拆除工程设计要点与讨论[J].石油和化工设备，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

刘建峰（1981-），男，河南新蔡人，工程师，2008年毕业于天津大学岩土工程专业，硕士，现主要从事海洋工程钢结构的设计计算工作。Email：liujianfeng@mail.cooec.com.cn

2017-01-12