如何拆除石油鑽井平台?

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雙連體巨型艦艇、水下激光器、機器人潛水艇以及金剛石鋸……乍聽起來,它們就好像一座《007》電影中大反派所控制的那種兵工廠。

然而,實際上,它們不過是工程師們在拆除海上石油和天然氣平台時所需用到的工具。現如今,面對北海上散落著數百個報廢在即的石油鑽井平台,這類工具不日將派上用場。

目前,落腳於北海地區的海上風力發電場已達3000個。隨著這種清潔而環保的風電場開始日益增多,久居此地、曾不可一世的油氣平台正在走向窮途末路。這些油氣平台在過去四十年中的大部分時間裏,一直為歐洲經濟的增長推波助瀾,但最終卻要面臨一個卻並不光彩的結局——在拆解工廠中了卻此生。然而,把它們弄到拆解工廠,這本身就是個極其困難的過程。

阿伯丁大學(University of Aberdeen)專攻近海開發技術的物理學家理查德·尼爾森(Richard Neilson)指出,目前的問題在於,北海的油氣儲量正日趨枯竭,數以百計的高產油氣平台即將壽終正寢;而且油井越乾涸,鑽井平台用於維持正常運行的成本就越高。

Image caption 該鑽井平台的重量超過50個「倫敦眼」(London Eye);更別提,工程師們還要在海里進行拆除作業(圖片來源:Getty Images)

財經通訊社彭博社(Bloomberg)指出,油價長時間持續低迷,現如今已有三分之一的油田收不抵支,這讓這一輪螺旋形下滑的經濟頹勢雪上加霜。除此之外,英國脫歐公投也給時局帶來很多不確定性。結果就是,在經濟衰退的刺激之下,許多北海鑽井平台接連熄火關停。

然而,有一個問題來了:鑽井平台沒法輕易地一關了事。

根據1998年3月生效的由15個國家共同簽署的《奧斯陸巴黎保護東北大西洋海洋環境公約》(簡稱《奧斯陸-巴黎公約》)(Convention for the Protection of the Marine Environment of the North East Atlantic, 簡稱 Ospar),海上鑽井平台不能被丟棄於海域中,也不能乾脆留待生鏽而任其分崩離析,因為這樣做很可能損害脆弱的海洋生態系統。

在很大程度上,《奧斯陸-巴黎公約》法案是1995年殼牌和綠色和平組織之間爭執不下的結果。在此之前,為了阻止殼牌將布蘭特史帕爾儲油平台(Brent Spar,它是一個流動的儲油浮筒,油輪會在此裝載原油)擊沉並丟棄在海上,該利益團體佔領了這一平台。尼爾森指出:「這個在布蘭特史帕爾事件之後開始實施的法案,就是迫使北海油田停運的根源。」

《奧斯陸-巴黎公約》要求油氣公司將鑽井平台的大型上層結構以某種方式取走並運到岸上進行回收。這種「上部模塊」包括了:石油或天然氣鑽井平台的整個工作內核、鑽探機、生產及加工模塊、直升機起落甲板以及員工住宿區。

Image caption 對於工程師們而言,處置一個海上石油鑽井平台是一項極具挑戰性的工作(圖片來源:Getty Images)

接下來,還需對鑽井平台的海底支撐結構加以處理。支撐結構可能是「基於重力」的超重混凝土基座,其中或許含有混凝土儲油艙;也可能包含了由大規模鋼支腿柱組成的下部結構和一個支撐平台的鋼架,這兩者被合稱為「導管架」平台。

如果鑽井平台支撐結構的重量未達1萬噸,則應將其整體移除。但是,如果鑽井平台較重,並且建造時間早於1999年,那時的工程人員在設計鑽井平台時還未將平台拆卸工作納入考量範圍,那麼石油和天然氣公司便可以嘗試所謂的「部分廢除」方案,而據此,該平台的大部分結構可以就地遺棄。

這種安排的合理性在於,這些平台的建築結構決定了它們既能夠抵擋颶風級別的暴風,也經受得起公海上最為猛烈的驚濤駭浪;但是,這使得拆解並移除一座海上平台變得極其複雜。要以法案所需的規模來處理這種重型平台,那將離不開未來幾十年內可能出現的一整套科技手段,其中一些技術今天尚未被發明出來。

而且,這個規模龐大無比:目前,共有470個石油或天然氣鑽井平台以及3000條管道線需要退役——此外,還有5000口數千米深的海底油井必須灌注水泥以進行封堵。鑽井平台的上部模塊一般重達數萬噸,以殼牌公司布倫特三角洲(Brent Delta)平台的上部模塊為例,其重量足足有2.4萬噸。

為了淋漓盡致地展現出拆解難題的規模之大,油氣行業喜歡把高樓大廈拿來做比較。舉例來說,想要拆除在埃科菲斯克(Ekofisk)油田上的九個挪威鑽井平台,就必然要移除其重達11.35萬噸的鋼鐵結構。對此,英國皇家工程院(Royal Academy of Engineering)表示,「這個量級堪比54個倫敦眼摩天輪」。然而,殼牌布倫特油田上僅僅一個混凝土支架結構的鑽井平台就能把它們秒殺。荷蘭皇家殼牌集團布倫特油田退役項目的總管鄧肯·曼寧(Duncan Manning)指出:「我們的平台重達30萬噸,和紐約帝國大廈(Empire State Building)是一個量級。」

曼寧分析道,在退役進程中,首當其衝的是一項非常稀鬆平常的工作:封堵油井。他指出:「為實現封堵,首先要銑削掉鑽井平台油井管中的鋼質護筒,再建構出一個岩石結構的屏障,水泥一硬化,就不會有絲毫油氣從中洩漏出來。」

而如果某口油井產量不盡如人意,其鑽井平台轉移到了產量更佳的另一油井處,造成該油井上方現在沒有鑽井平台,那怎麼辦?我們可以採用一種被稱為「自升式鑽井船」的移動式鑽井平台,將其停靠在此油井上方,完成封井工作。不過,這種做法頗為昂貴:出動一艘「自升式鑽井船」的花費是封堵油井的兩倍。

Image caption 鑽井平台的大部分裝置都深埋水下,拆解工程因此困難重重。(圖片來源:Getty Images)

然後,在移除重量級的上部模塊的過程中,主要有三種方法可供選擇。第一種方法被業內戲稱為「大事化小」。運用這種方法時,鑽井平台用自帶的起重機摘除、拆分上部模塊,將由此產生的廢棄金屬碎片卸載到一艘駁船上,再由這艘駁船將它們運送到岸上回收中心。

「第二種方法叫做『先裝的後拆』/『拆裝倒序』,」曼寧說道——顧名思義,這種方法就是按照鑽井平台建造步驟的倒序來進行拆解。「與其每次拆掉幾小塊,不如一口氣將那些較大的模塊拆卸下來。為此,你需要調用一台非常大的水上起重機,將它停靠在鑽井平台旁邊作業。然後,再將這些完整的模塊裝載到一艘碩大無比的駁船上進行回收。」

第三種方法的作業現場應該相當壯觀:開動一艘巨型雙體船,並在其兩個船頭之間的位置停放一系列專門定制的起重機,再讓這些起重機通過單次作業將整個重達2.4萬噸的上部模塊吊起並移除。實際上,這艘巨型雙體船是由兩艘油輪焊接在一起得到的,這樣兩個船頭就可以各靠在鑽井平台的一側(詳見此處視頻)。一旦鑽井平台處於兩個船頭之間的空隙處,起重機的吊臂就滑動到上部模塊的下方,一把將它抓舉起來。至少,理論上是這樣實現的。殼牌就將會在拆解布倫特三角洲平台時採用這種方法。

現名為「先鋒精神」號(Pioneering Spirit)的巨型船舶建於韓國,東家是荷蘭的近海船舶運營商Allseas集團,船身的重量將近一百萬噸,長度差不多有半公里。更名前,船東曾以一名納粹戰犯的名字命名該船,將其稱為「彼得·舍爾特」號(Pieter Schelte)。現今,這艘巨輪能夠拆除鑽井平台約97%的上部模塊,並將其進行回收利用。曼寧表示:「這就不得不掂量一下這種方法和出動一台巨型起重機到底哪個更划算。」

一旦這艘「海上巨無霸」將鑽井平台的上部模塊拆除完畢,接下來需要移除的就是它的重力基座平台和/或整個金屬導管架。目前的情形似乎是,油氣公司正獲准將超重型混凝土建造物留在海底,同時需要拆解掉海牀之上的大部分金屬製品,起碼保證船隻過往不受影響。

英國石油公司(BP)在西北哈頓油田的拆除工程便是如此。尼爾森指出:「一旦英國石油公司完成了平台上部模塊拆除作業,它們便摧毀導管架,將其削減到法規允許的與海底混凝土樁平齊的水位。」殼牌公司也希望其在布倫特油田的三個重力基座平台能享受到這種待遇。

在水下環境中,許多水下切割技術有了用武之地。磨料射流、液壓剪板機和金剛石鋸可以派上用場,它們可連接到機器人潛水艇中,也可附著於遙控潛水器(ROVs)上。

單片金剛石鋸中含有一段覆蓋超硬工業金剛石晶體的金屬絲,它就在一系列線軸之間運行。尼爾森表示:「金剛石鋸與弓鋸非常相似,但是前者可以用來切出非常巨大的開口」。金剛石鋸也可用於切割與上部模塊相連的鋼鐵支架。但這樣做的話,它需要在一個雉堞狀的剖面中進行切割,一如古堡城垛上那般。如此一來,上部模塊在切割已經完成、但還沒被起重機舉起的時候,不會側向滑落。

Image caption 終有一天,風力發電場也同樣要被拆除。(圖片來源:Getty Images)

如果想還北海海域以清澈潔淨,那麼未來我們還需要用到更好、更快的技術。尼爾森在阿伯丁大學的團隊正攜手來自本土企業深洋有限公司(Deep Ocean Limited)的彼得·格萊德希爾(Peter Gledhill),努力改進針對水下裝置的激光切割技術,使其更快速、更高效。

他們的創意之一便是啟用纖維激光器——借此將多條傳輸激光的光導纖維聚集到一起,以達到理想的切割功率。尼爾森指出:「它具備一些超越其它技術的巨大優勢。單靠一條0.2毫米寬的光纖,你就可以獲得三到四千瓦的功率。以這樣的功率,你可以進行非常多的切割作業。」

尼爾森補充道,與其它所有切割方式截然不同的是,激光器絕對沒它們那麼笨重,而且體積更小、更輕便、耗電更少。但就目前來看,這還只是一個研究構想。曼寧表示,殼牌公司已將激光切割納入考慮範圍之內。

有朝一日北海鑽井平台成為歷史,這些用於拆解它們的工具或將找到新的著力對象:海上風力發電場。《奧斯陸-巴黎公約》對所有「可能損害」北海海洋環境的「人類行為」都具有約束力。這麼看來,那些海上風力發電場有朝一日也要退役,也需要回收利用。

尼爾森指出:「任何投入大海里的東西,都得如數從中取走。必須有人對此加以考量。」

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