鐘建軍

（交通運(yùn)輸部上海打撈局 上海 200090）

平湖海管修復(fù)

鐘建軍

（交通運(yùn)輸部上海打撈局 上海 200090）

介紹平湖海管修復(fù)的過程，研究實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)的主要技術(shù)手段，為日后可能出現(xiàn)的同類型工程提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

海管；修復(fù)；膨脹彎；機(jī)械連接器

引言

平湖海管維修是上海打撈局第一次承接海管修復(fù)類別的工程施工，隨著中國海洋石油事業(yè)的迅猛發(fā)展，近海的海底管道越來越多，海底管道發(fā)生損壞的風(fēng)險(xiǎn)也越來越高，全面掌握海底管道的維修技術(shù)對于保證中國海洋石油的生產(chǎn)安全有著重要意義。

1 技術(shù)背景及設(shè)計(jì)思路

1.1 工程背景

東海平湖油氣田位于上海東南方向約400km的大陸架上，在油田的中心位置設(shè)立生產(chǎn)綜合平臺(tái)一座，其位置為29°04′49″N，124°54'47"E。由平臺(tái)到浙江岱山島的原油中轉(zhuǎn)站的輸油管道部分長約304km。

1.2 海管損壞及應(yīng)急處理情況

2014年10月，平湖海底輸油管道在KP53附近位置發(fā)生斷。根據(jù)潛水員探摸及挖溝機(jī)聲吶探測結(jié)果顯示，管線埋深約4.5m，斷點(diǎn)位于焊縫邊緣，斷口整齊，端口未見明顯變形。

1.3 維修方案選擇

由于淺層氣、地質(zhì)沉降等因素的影響，原路由因地質(zhì)原因?qū)９茉斐蓳p傷的風(fēng)險(xiǎn)較高。為修復(fù)管線損傷段并降低海管再次損傷風(fēng)險(xiǎn)，可以采取兩種海管修復(fù)方法：①采用膨脹彎穿越沉降區(qū)，利用膨脹彎的可變形性降低地質(zhì)原因?qū)９艿挠绊?；②選擇地質(zhì)條件較好的路由以避開沉降區(qū)等原因造成的影響。綜合考慮各方面因素，最終確定采用膨脹彎穿越沉降區(qū)的維修方案。

2 海管修復(fù)過程

2.1 接入點(diǎn)挖溝暴露

由于海管斷點(diǎn)距離法蘭四較近，并且法蘭四埋深較深，如果繼續(xù)選擇法蘭四為改線接入點(diǎn)，則改線風(fēng)險(xiǎn)較高。為降低風(fēng)險(xiǎn)，選擇遠(yuǎn)離法蘭四埋深較淺的位置作為改線接入點(diǎn)。根據(jù)埋深調(diào)查情況，最終選定距離法蘭四24m的位置為接入點(diǎn)。利用挖溝機(jī)對選擇的接入點(diǎn)進(jìn)行挖溝暴露。接入點(diǎn)切割前需要挖溝暴露出長10約米，寬約4m，管線懸空約1m的作業(yè)坑，以方便切割設(shè)備及水泥涂層清理設(shè)備的安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 水泥涂層清理

在挖溝機(jī)進(jìn)行挖溝作業(yè)時(shí)，甲板上同時(shí)進(jìn)行夾持設(shè)備配合高壓水槍進(jìn)行管線涂層清理的試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)備的可靠性。本次作業(yè)中使用高壓水槍夾持設(shè)備是第一代高壓水射流輔助夾持機(jī)具的改進(jìn)型，搭載高壓水涂層清理設(shè)備噴頭，對海底管道配重層和3PE防腐層進(jìn)行剝離，與第一代設(shè)備相比：抱臂式加緊機(jī)構(gòu)使得同心定位更加準(zhǔn)確，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使高壓水噴頭能實(shí)現(xiàn)360°全旋轉(zhuǎn)，新一代設(shè)備還能搭載立式銑刀，實(shí)現(xiàn)對海底管道的冷切割斷管作業(yè)。

性能參數(shù)：

（1）適用管徑：8″-14″、16″-24″（PLC控制），以上尺寸均不含水泥涂層。

（2）最大清理水泥涂層厚度：100mm。

（3）最大清理長度：一次裝卡可清除長度1200mm（全圓周）。

（4）驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)。

（5）操作控制：水下安裝、水上遠(yuǎn)程控制（如圖1）。

圖1 高壓水槍及夾持設(shè)備清理管線涂層

然而在實(shí)際施工中，由于夾持設(shè)備的持久性不夠，在水下長時(shí)間的工作中夾持設(shè)備的液壓系統(tǒng)發(fā)生故障，夾持設(shè)備無法繼續(xù)使用，改由潛水員使用手持液壓沖擊和打磨設(shè)備進(jìn)行管線涂層的清理，最終達(dá)到安裝機(jī)械連接器的要求。

2.3 管線切割

在管線涂層清理完成后，使用鉆石線切割機(jī)對管線進(jìn)行切割，鉆石線切割機(jī)是一套能夠切割不同管徑的鋼管及帶有鋼筋混凝土層管道的多功能切割作業(yè)系統(tǒng)。具有便于安裝、可控性好、作業(yè)時(shí)間短、作業(yè)時(shí)沖擊低、對操作者和環(huán)境不產(chǎn)生任何有害影響等優(yōu)點(diǎn)。

性能參數(shù)：

（1）適用管徑：4″-16″、12″-30″。

（2）驅(qū)動(dòng)方式：液壓自動(dòng)夾持和液壓自動(dòng)進(jìn)給。

（3）切割介質(zhì)：碳鋼、合金鋼、不銹鋼等各種金屬材質(zhì)的單層管、雙層管和樁腿，能夠同時(shí)切割配重層和防腐層，基本不受切割介質(zhì)形狀限制。

（4）操作控制：水下安裝、水上遠(yuǎn)程控制（如圖2）。

2.4 機(jī)械連接器安裝

管線切割完成后，回收切割下來的一段廢管，潛水員確認(rèn)水下空間足夠安裝機(jī)械連接器，剩余的光管長度滿足機(jī)械連接器安裝最小要求。

機(jī)械連接器用來連接管線，其一端采用機(jī)械式的壓緊密封與管線連接，另一端的法蘭面與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法蘭或其他設(shè)備連接，這樣避免了焊接。機(jī)械連接器能夠滿足管線的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)載荷（如圖3）。

2.4.1 機(jī)械連接器安裝準(zhǔn)備工作

機(jī)械連接器安裝前需將切割點(diǎn)到原斷點(diǎn)之間海管回收或部分回收，以避免影響機(jī)械連接器的安裝。

圖2 鉆石線切割機(jī)工作示意圖

圖3 機(jī)械連接器實(shí)物圖

管線表面處理：利用高壓水設(shè)備將管線表面處理達(dá)到機(jī)械連接器安裝光潔度的要求；

管線直度橢圓度測量：使用10寸橢圓度測量儀對切口到標(biāo)記長度處的裸管進(jìn)行測量，判斷是否滿足機(jī)械連接器安裝的要求：使用長48寸（約1.2m）的水平直尺，過切口測量時(shí)鐘方向間隔均勻的四個(gè)點(diǎn)（比如12、3、6、9點(diǎn)），檢查海管的曲率?；《炔粦?yīng)該超過直尺的1/16寸（0.15cm）。

2.4.2 機(jī)械連接器就位

機(jī)械連接器上已經(jīng)布有吊點(diǎn)，合理起吊機(jī)械連接器，保證至少用到兩個(gè)吊點(diǎn)；起吊機(jī)械連接器將其移到船側(cè)水面以上；在潛水員的指引下，開始下放機(jī)械連接器。不要直接將連接器下放到管線上；避免機(jī)械連接指接觸到海床；在機(jī)械連接器接近安裝位置時(shí)，檢查確認(rèn)機(jī)械連接器上組件是否在位，是否有雜物進(jìn)入連接器內(nèi)部。如果有上述意外發(fā)生，連接器須吊裝出水經(jīng)過清理及檢查后再次入水。

將連接器緩緩套進(jìn)清理好的管道內(nèi)，直到無法繼續(xù)推進(jìn)（管道端部與連接器內(nèi)部臺(tái)階接觸），測量連接器套簡法蘭端面與之前裸管上的標(biāo)記之間的距離。

2.4.3 螺栓緊固

使用液壓拉伸器對螺栓進(jìn)行液壓拉伸緊固，操作步驟如下：

安裝50%拉伸頭到法蘭上（即間隔安裝拉伸頭），加壓到指定壓力的50%，測試系統(tǒng)是否有泄漏。如無泄漏，將壓力打到指定壓力的100%，此步驟中因法蘭行程明顯，因此要求油泵壓力不能過大。

之后根據(jù)拉伸器廠家提供的加力程序，對剩余螺栓進(jìn)行加力上緊。最終確保所有螺栓己被加力到指定預(yù)緊力。

2.4.4 自封閉試驗(yàn)

螺栓加力完成后對機(jī)械連接器進(jìn)行自密封試驗(yàn)，以檢驗(yàn)機(jī)械連接器與海管之間密封的有效性。步驟如下：

將試壓軟管連接到機(jī)械連接器試壓口上，泵入少量水以清除系統(tǒng)內(nèi)殘留的空氣。

加壓到指定壓力，并在壓力穩(wěn)定后保壓30min。壓力試驗(yàn)合格后泄壓，移除試壓軟管，另用絲堵將試壓口堵上。

2.4.5 防腐處理

將高壓黃油槍連接到機(jī)械連接器的高壓黃油接頭。注入黃油從夾頭部位將水?dāng)D出。多余的黃油會(huì)從夾頭法蘭縫隙或者在夾頭部件安裝后從位于管件外徑的夾頭法蘭面溢出。注入油脂的目的是進(jìn)行機(jī)械連接器的內(nèi)部防腐處理。

管道密封性試驗(yàn)完成后，使用貝爾佐納材料對機(jī)械連接器尾部的裸露光管段進(jìn)行水下防腐處理。

2.5 膨脹彎安裝

本次修復(fù)采用兩段鵝頭、一節(jié)直管段及兩節(jié)膨脹彎進(jìn)行連接。四號膨脹彎最后安裝，根據(jù)法蘭測量儀測量結(jié)果確定；甲板預(yù)制膨脹彎及直管段，并做焊接檢驗(yàn)、防腐處理和水泥配重。

本次施工按照圖4所示順序進(jìn)行膨脹彎安裝，在1、2、3號膨脹彎安裝完成后，4號膨脹彎安裝開始前，使用法蘭測量儀進(jìn)行水下測量，測量兩個(gè)海管法蘭間的距離和角度，根據(jù)膨脹彎實(shí)際測量結(jié)果調(diào)整膨脹彎尺寸。

圖4 膨脹彎安裝順序圖

2.6 法蘭保護(hù)及海管吹埋

膨脹彎連接完成后，使用沙袋對管線法蘭懸空部位使用沙袋進(jìn)行保護(hù)。

利用挖溝機(jī)對更換海管的直管段進(jìn)行吹埋，使海管處于泥面以下，以保證海管在海床上的穩(wěn)定性。

2.7 管道密封性試驗(yàn)后投產(chǎn)

管道修復(fù)完成后，通知SPC，平臺(tái)開井，按照試壓規(guī)范，參照SPC提供的以往《平湖原油管線臨時(shí)修復(fù)工程修復(fù)方案》，將管道壓力到1.8MPa，保持壓力6h，觀察管道壓力有無異常，無問題后，管道投入正常生產(chǎn)。

3 結(jié)束語

平湖海管修復(fù)項(xiàng)目中使用了大量新式設(shè)備，主要包括高壓水槍夾持設(shè)備，鉆石線管線切割機(jī)，機(jī)械連接器等，這些設(shè)備與技術(shù)均是最近幾年才開始應(yīng)用于國內(nèi)的海工作業(yè)，這些新設(shè)備的使用大大提高了施工效率，雖然像高壓水槍夾持設(shè)備這種國內(nèi)廠家吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)后自行研發(fā)的海工設(shè)備還不夠成熟，持久性上存在很大問題，但是這掩蓋不了新設(shè)備對施工效率的巨大提高。

隨著我國近海油氣的大力開發(fā)，及近海其他海洋活動(dòng)的日益頻繁，海上油漆管道發(fā)生損壞的概率相較于以往大了很多，了解并熟悉這些新設(shè)備的性能，使用范圍，并能熟練應(yīng)用于實(shí)際施工，對于我們海洋石油輸運(yùn)的保障具有重要意義。

U656.2

A

1004-7344（2016）05-0166-02

2016-2-1

鐘建軍（1983-），男，工程師，碩士，主要從事打撈及海洋工程工作。