胡振國(guó)，陶 杰，劉雪宜，徐龍達(dá)，唐友剛，白 杰

1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

2.天津大學(xué)，天津 300350

我國(guó)海上老齡導(dǎo)管架平臺(tái)已有近百座，有的導(dǎo)管架平臺(tái)所在區(qū)塊油井已經(jīng)干枯，因此需拆除這些沒有存在價(jià)值的導(dǎo)管架平臺(tái)。預(yù)計(jì)全球未來五年內(nèi)將有600多個(gè)海上油氣設(shè)施拆除項(xiàng)目，將迎來油氣設(shè)施新的報(bào)廢高峰期[1-2]。

目前導(dǎo)管架平臺(tái)的拆除作業(yè)方法通常采用浮吊，即將截?cái)嗟膶?dǎo)管架平臺(tái)吊裝至駁船甲板，此方法需要專用起重船，或者在駁船上加裝起重機(jī)[2-3]，施工裝備投資高，經(jīng)濟(jì)性較差。本文提出一種新型的導(dǎo)管架拆除方法即駁船背拉法拆除導(dǎo)管架，該方法的特點(diǎn)是不需要起重設(shè)備和起重船，通過布置在駁船上的滑輪及纜索系統(tǒng)，將導(dǎo)管架平臺(tái)拖拉裝船，該方法尚無國(guó)內(nèi)外施工應(yīng)用先例。本文基于駁船背拉法拆除導(dǎo)管架平臺(tái)的方案，重點(diǎn)分析駁船尾部連接導(dǎo)管架時(shí)，駁船系統(tǒng)的水動(dòng)力響應(yīng)，計(jì)算不同海洋環(huán)境下駁船的運(yùn)動(dòng)和系泊系統(tǒng)張力，確定該拆除方案的可行性。

1 背拉法拆除導(dǎo)管架的作業(yè)設(shè)施

為了使駁船適應(yīng)拆除平臺(tái)作業(yè)，需要在駁船上安裝滑輪和絞車，形成背拉導(dǎo)管架作業(yè)設(shè)施，主要由以下三個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成：提升系統(tǒng)（系統(tǒng)A）、制退系統(tǒng)（系統(tǒng)B）、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)（系統(tǒng)C），每個(gè)系統(tǒng)的組成及功能如下：

（1） 系統(tǒng)A功能。系統(tǒng)A主要包括動(dòng)滑輪2個(gè)、定滑輪4個(gè)、鋼纜2根、絞車2部，兩舷對(duì)稱安裝，見圖1。其功能為向上提升導(dǎo)管架。

圖1 系統(tǒng)A示意

（2） 系統(tǒng)B功能。系統(tǒng)B主要包括動(dòng)滑輪2個(gè)、定滑輪2個(gè)、鋼纜2根、絞車2部，兩舷對(duì)稱安裝，見圖2。其主要功能為控制導(dǎo)管架的重心位置，防止導(dǎo)管架突然傾倒撞擊到駁船甲板；在導(dǎo)管架與甲板的傾斜角度很小時(shí)，通過拉緊B系統(tǒng)，也能在一定程度上減小導(dǎo)管架下落速度，防止撞擊甲板。

圖2 系統(tǒng)B示意

（3） 系統(tǒng)C功能。系統(tǒng)C主要包括定滑輪2個(gè)、鋼纜2根、絞車2部，兩舷對(duì)稱安裝，見圖3。其功能為提供使導(dǎo)管架旋轉(zhuǎn)的力，拉動(dòng)導(dǎo)管架傾斜上船；在導(dǎo)管架傾斜度較小時(shí)，控制導(dǎo)管架下落到甲板的速度。

圖3 系統(tǒng)C示意

2 背拉導(dǎo)管架作業(yè)設(shè)施的工程設(shè)計(jì)

2.1 導(dǎo)管架和駁船的基本參數(shù)

導(dǎo)管架所在海域水深20 m。在駁船尾部，通過系統(tǒng)A的吊點(diǎn)及系統(tǒng)C的吊點(diǎn)將導(dǎo)管架與駁船尾部連接，連接方式如圖1和圖3所示。在泥面以下4 m處切斷樁腿，借助駁船的剩余浮力將導(dǎo)管架拔出。拔出后導(dǎo)管架高度為29.7 m（不包括上部結(jié)構(gòu)），海面到頂部7.5 m，導(dǎo)管架質(zhì)量506 t。駁船的基本參數(shù)見表1，滿載吃水4.5 m，排水量為10 823.79 t。

表1 駁船的基本參數(shù)

選取的系泊纜直徑48mm，破斷張力為1210kN，船首和船尾各設(shè)2個(gè)系泊點(diǎn)，每個(gè)系泊點(diǎn)有兩根系泊纜，系泊纜之間的夾角為5°，拋纜角分別為45°和50°。

選取的海洋環(huán)境第一工況為：流速1.0 m，風(fēng)速10.0 m/s，有義波高1.0 m；第二工況為：流速1.0 m，風(fēng)速10.0 m/s，有義波高1.5 m。

2.2 背拉導(dǎo)管架作業(yè)設(shè)施的改裝

系統(tǒng)A：甲板上絞車距離船尾42000mm。

系統(tǒng)B：絞車距離船尾40 000 mm。

系統(tǒng)C：甲板上滑輪距離船尾36000mm，絞車距離定滑輪2 m。

在海面以上導(dǎo)管架樁腿上安裝定滑輪4個(gè)，導(dǎo)管架下部提拉位置安裝吊耳2個(gè)，導(dǎo)管架兩側(cè)對(duì)稱安裝；系統(tǒng)C和系統(tǒng)B與導(dǎo)管架連接的定滑輪安裝在導(dǎo)管架樁腿上；在駁船上布置背拉導(dǎo)管架設(shè)施，在甲板上安裝滑輪和絞車，見圖4。

圖4 絞車布置示意

3 導(dǎo)管架背拉過程水動(dòng)力計(jì)算及運(yùn)動(dòng)模擬

導(dǎo)管架上船過程中，從提升開始離開泥面，逐步傾斜，直至最終落到甲板上，將此過程分解為如下步驟：導(dǎo)管架傾斜角度依次為 0°、15°、30°、45°、60°、75°，最后導(dǎo)管架落到甲板上。

在提拉裝船過程中，導(dǎo)管架和駁船連接在一起，在裝船過程中導(dǎo)管架傾斜角度不同，處理為載荷位置的變化。計(jì)算分析導(dǎo)管架每個(gè)傾斜狀態(tài)的船舶運(yùn)動(dòng)、系泊張力以及背拉纜索載荷。

3.1 水動(dòng)力計(jì)算模型

處于駁船連接導(dǎo)管架狀態(tài)，駁船質(zhì)量9 300 t（包括壓載水），導(dǎo)管架質(zhì)量506 t，導(dǎo)管架受到的浮力忽略不計(jì)，作為安全儲(chǔ)備，駁船尾部連接導(dǎo)管架后的質(zhì)量合計(jì)9 806 t，駁船吃水4.09 m，系泊線的布置見圖5。按照上述數(shù)據(jù)基于MOSES軟件計(jì)算背拉導(dǎo)管架過程駁船的水動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。

圖5 駁船系泊線及水動(dòng)力模型

3.2 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果如表2～5所示。

表2 1.0 m波高時(shí)不同浪向下系泊纜最大拉力

由表2～5可知，隨浪向角增大，系泊纜張力和橫蕩運(yùn)動(dòng)不斷增大，橫蕩運(yùn)動(dòng)是背拉法拆除過程的主要風(fēng)險(xiǎn)。有義波高1.0 m時(shí)0° ～45°浪向角可以滿足作業(yè)要求，系泊張力287 kN，橫蕩運(yùn)動(dòng)1.477 m。有義波高1.5 m時(shí)0° ～30°浪向角，系泊張力444 kN，橫蕩運(yùn)動(dòng)3.0 m，橫蕩運(yùn)動(dòng)較大，施工有風(fēng)險(xiǎn)，有義波高1.5 m時(shí)不允許施工作業(yè)[4-5]。

表3 1.0 m波高時(shí)不同浪向下運(yùn)動(dòng)幅值

表4 1.5 m波高時(shí)不同浪向下系泊纜最大拉力

表5 1.5 m波高不同浪向下運(yùn)動(dòng)幅值

4 結(jié)論

本文提出了駁船背拉法拆除導(dǎo)管架的新技術(shù)，并以拆除小型導(dǎo)管架為例，進(jìn)行了導(dǎo)管架背拉過程駁船運(yùn)動(dòng)模擬，主要結(jié)論如下：

（1）背拉法拆除導(dǎo)管架作業(yè)中上船過程是該方法的關(guān)鍵施工步驟，此過程中駁船的運(yùn)動(dòng)對(duì)于施工過程安全具有重要影響。

（2）背拉法拆除導(dǎo)管架作業(yè)中駁船運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)主要來自橫蕩和縱蕩，而橫蕩主要與浪向角密切相關(guān)，當(dāng)浪向角大于45° 時(shí)，駁船的橫蕩運(yùn)動(dòng)達(dá)到3 m，不宜進(jìn)行拆除作業(yè)。

（3）控制駁船的運(yùn)動(dòng)采用8纜系泊是可行的，駁船的運(yùn)動(dòng)可以得到有效控制，為背拉施工提供穩(wěn)定的作業(yè)平臺(tái)。

（4）系泊纜張力主要受浪向角的影響，隨浪向角增大，系泊張力不斷加大。