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摘要：總結自行研發的海洋平臺倒伏井治理水下混凝土清理系統工作原理及技術特點，介紹海洋平臺倒伏井治理水下混凝土清理系統在勝利埕島油田的應用情況。采用該系統可保證工程進度，有效提高施工效率，并取得良好的經濟效益。
關鍵詞：倒伏井；混凝土清理；破碎；封井
０引言
早期的海洋平臺倒伏井治理技術措施有限，對廢棄井口未進行油氣層封堵，且井口未在泥面以下４ｍ進行切割，不能滿足現行《海洋石油安全管理細則》第８５條關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，井口遭到破壞的可能性較大，發生地質性溢油的風險高。為消除事故隱患，防止油氣泄漏，須對廢棄井口進行清障并進行重新封井作業。對比分析國內封井工藝［１］，了解油水井封竄堵漏技術研究與應用［２］，確定封井工藝需對水下混凝土進行清理，充分曝露原封井帽位置后對其進行拆除，并重新設置永久封井裝置。目前，國內外現行工藝大多采用干式工作艙圍堰的方式，通過打下多根鋼管樁及大管徑鋼樁形成水下干式作業環境，鋼管樁的入泥深度不小于３０ｍ，施工工程量大且作業難度大。鑒于此，本文介紹一種針對海洋平臺倒伏井治理水下混凝土清理系統（簡稱“清理系統”），應用多種工藝設備，能較好地解決治理過程中水下混凝土清理打撈、井口位置定位等問題，通過多種監測手段的配合應用，實現施工高效、安全環保的生產目標，并介紹此清理系統在勝利埕島油田的實際應用效果。
１清理系統清理過程簡介
１．１水下混凝土破碎。早期倒伏井治理封井技術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，隨著其強度等級的提高，混凝土外表面出現裂縫的時間逐漸推遲，裂縫擴展寬度和裂縫條數都隨之逐漸變窄和減少，易導致整體打撈難度大，且存在溢油風險。為實現現場打撈，需對混凝土層進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工作量，結合陸地破碎相關裝備并參考不同強度混凝土的靜態破碎試驗［３－４］，利用高頻振動錘夾持替打樁進行水下混凝土破碎。施工作業面由水下轉移至水上，加快施工進度、保障施工安全。
１．２混凝土清理打撈。破碎完成后，混凝土層形成塊狀結構，利用專用水下清障裝置，通過起重船舶的吊裝和牽引（見圖２）實現水下障礙物分批次打撈，過程中采用３Ｄ聲吶實時監控代替水下潛水作業，可高效、安全地完成大面積水下障礙物清理工作。
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隔水管進行局部沖泥清理（見圖３），使隔水管充分暴露，方便后期吊裝。
２在勝利埕島油田的實際應用
清理系統于２０２０年５月建造完成，于２０２０年８月達到驗收條件，并投入工程應用。按照中石化勝利油田分公司海洋采油廠的部署和生產安排，克服海況、地形錯綜復雜等不利因素，利用該清理系統進行施工作業，僅用１２０ｄ有效工期就完成施工任務，與建立干式工作艙圍堰的方式相比節省大量的成本。具體實施過程如下。
２．１對施工區域進行前期探摸調查。通過ＭＳ１０００二維掃描聲吶和水下探摸找尋混凝土砼體位置，并確認混凝土砼體邊緣區域。利用Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ３Ｄ實時聲吶對混凝土砼體進行有針對性的掃測，根據多波束、淺剖資料，確定３處裸露鋼管位置和尺寸，并對混凝土區域面積進行再次確認。對水下混凝土覆蓋層周圍進行坐標標記。將采集的坐標點導入電子海圖圖譜進行處理，并對下一步施工區域的半徑和振動破碎點位進行標記。
２．２劃分水泥清理區域。（１）中心區：指倒伏井彎折點所屬核心區域，需對混凝土及障礙物進行局部處理。（２）破碎區：指混凝土層破碎、障礙物清理的區域。
２．３高頻振動破碎網格圖編制和混凝土破碎。在施工區域路由圖上編制由邊長為２ｍ的正方形組成的振動破碎網格圖，可通過ＧＰＳ定位實現船舶、網格圖相對位置控制：施工船船舷側設置２ｍ間隔符，并用白漆標識，實現船舶相對于網格圖位置的控制；通過集成上述定位關系，完成施工位置在振動破碎網格圖的定位。在高頻振動錘鋼纜上設置水下超短基線（ＵｌｔｒａＳｈｏｒｔＢａｓｅＬｉｎｅ，ＵＳＢＬ）信標，將前期海調資料提供的破碎點位布置圖作為施工依據。作業船就位于施工海域，吊起樁管（φ９００ｍｍ）立于舷邊內（吊索具選用φ２８ｍｍ鋼絲繩＋５０ｔ卸扣）。摘鉤后吊起打樁錘至樁頂，使打樁機的液壓夾具夾住樁管的上端部，將振動錘夾具調整在錘體的中心位置。吊起水下振動樁管，將樁管放置在施工區域上方，通過降落吊鉤將樁管下降至混凝土位置。按照已確定的位置標記，將樁管緩慢放入水中，在ＵＳＢＬ信標的引導下，將樁管放置于混凝土上方。樁管尖端到達混凝土，根據信標操作員的指揮調整樁管與混凝土位置，保證打樁機、樁管處于垂直狀態。接通打樁機動力源，進行清理。在實際過程中，按照矩陣式（排距為２ｍ、振點間距為２ｍ）從水下混凝土東北側邊緣向西、從上至下進行外圍混凝土塊破碎，施工過程中通過浮式起重船移動錨纜及ＧＰＳ定位實現定點。
２．４水下混凝土打撈。水下清障裝置通過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船底牽引纜與甲板上的１臺大噸位卷揚機連接，由卷揚機提供前進動力。觀察卷揚機工作電流與水下３Ｄ聲吶實時監控畫面以判斷水下清理爬犁是否達到合適容量，當其達到合適容量后，放松卷揚機上的船底牽引纜，由起重船舶將其吊出水，將水下清理爬犁內的水下清理障礙物釋放到船舶甲板，如此反復工作，達到清理水下大面積障礙物的效果。
３結論
建造海洋平臺倒伏井治理水下混凝土清理系統，完成埕島油田ＣＡＣＢ６Ａ倒伏井組治理工程（混凝土清理），節省浮式起重船臺班１０個，節約費用約４０萬元人民幣。節省潛水臺班２０個，節約費用約２０萬元人民幣。該方案是海洋平臺倒伏井治理水下混凝土清理的優選方式，與干式工作艙圍堰相比，具有施工高效、安全環保、操作成本低、治理效果佳的優點。工藝應用分析表明，在混凝土破碎及清理環節，混凝土的破碎效率和清理效果還有較大的提升空間，包含設備的選型、機具的優化配置等。隨著倒伏井治理環保要求的不斷提高，該水下混凝土清理系統具有較好的應用前景。
參考文獻
［１］萬桂鋒．遼河海上海上油田棄置井封井技術研究與應用［Ｊ］．中國石油和化工標準與質量，２０１６，３６（３）：６０－６１．
［２］劉胤．油水井封堵封竄技術探討［Ｊ］．石油地質與工程，２０１０，２４（４）：１０４－１０６．
［３］國家能源局．水電水利基本建設工程單元工程質量等級評定標準第８部分：水工碾壓混凝土工程：ＤＬ／Ｔ５１１３．８—２０１２［Ｓ］．北京：中國電力出版社，２０１２．
［４］李巖．不同強度混凝土靜態破碎試驗研究［Ｊ］．安徽理工大學學報（自然科學版），２０１４，３４（３）：２１－２４．
作者:艾明剛 單位:山東海盛海洋工程集團有限公司
