李旸，許光偉，劉巖(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

隨著我國能源產(chǎn)業(yè)增儲上產(chǎn)“七年行動計劃”戰(zhàn)略的實(shí)施，海上油氣田對海底管道需求逐年增加。在海底管道服役過程中，存在因腐蝕、外力作用、環(huán)境變化等原因出現(xiàn)損傷和泄漏的可能性。這對于油氣田正常生產(chǎn)和海洋環(huán)境保護(hù)造成了很大隱患和不利影響，因此，常態(tài)化修復(fù)海底管道的突發(fā)故障，及時予以修復(fù)成為了保障海上油氣田穩(wěn)定運(yùn)營的關(guān)鍵。常見的海底管道維修方法為外部封堵卡具和更換受損管線，本文介紹了采用法蘭機(jī)械連接器在海底管道維修中的應(yīng)用，并對工程實(shí)施進(jìn)行了分析。

1 法蘭機(jī)械連接器簡介

法蘭機(jī)械連接器作為海底管道維修的手段之一，在國外已有成熟的產(chǎn)品和應(yīng)用。相對于臨時管卡，法蘭機(jī)械連接器可以提供符合原管道設(shè)計壓力、強(qiáng)度的能力，可滿足修復(fù)后長期運(yùn)行的需求。同時法蘭機(jī)械連接器在施工過程中，不需要將受損管道出水更換，在很大程度上節(jié)省資源投入。

典型的法蘭機(jī)械連接器為Griplock Mechanical End Connector，即夾鎖式機(jī)械端部連接器。結(jié)構(gòu)形式包括楔形結(jié)構(gòu)加持鎖緊裝置和內(nèi)置密封圈，依靠裝置外部螺栓的預(yù)緊提供密封驅(qū)動力，外置鎖緊裝置的楔形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生徑向收縮，卡住管道外壁，同時密封圈壓縮變形，緊密貼合管線外表面，從而產(chǎn)生可靠密封。螺栓緊固后進(jìn)行機(jī)械連接器自密封試驗，以檢驗密封可靠性。

Griplock Mechanical End Connector法蘭機(jī)械連接器的構(gòu)造及外觀形式如圖1和圖2所示。

2 應(yīng)用工程概況

某海上油田高壓注水管線發(fā)生泄漏，該海底管線為單層保溫配重管，管道尺寸直徑323.9 mm，壁厚12.7 mm，材質(zhì) API 5L X65直縫高頻電阻焊鋼管。管線設(shè)計壓力13.8 MPa，設(shè)計溫度86 ℃。該管線為單層保溫配重管，采用FBE防腐+聚氨酯泡沫保溫+高密度聚乙烯夾克+混凝土配重的形式，海區(qū)水深28 m[1]。

圖 1法蘭機(jī)械連接器結(jié)構(gòu)形式

圖2 法蘭機(jī)械連接器實(shí)物

3 實(shí)施方案

經(jīng)檢查確認(rèn)，泄漏位置在近井口平臺一側(cè)，位于膨脹彎與平管連接的法蘭面處，兩側(cè)法蘭分別為球法蘭和旋轉(zhuǎn)法蘭。

3.1 修復(fù)方案比選

3.1.1 臨時抱卡形式

常用的海底管線外部封堵卡具為貼合管線外壁的抱卡形式，適用于管線直管段的點(diǎn)狀穿孔或泄漏。對于法蘭面泄漏的情況，經(jīng)與相關(guān)廠家調(diào)研，需要根據(jù)法蘭外形尺寸特制卡具，歷時較長，而且僅作為臨時措施，不能從根本上解決問題。

3.1.2 更換受損法蘭

因位置處于平管與膨脹彎連接處，如更換受損法蘭，需將平管段和膨脹彎分別吊裝出水，切割原法蘭，再將新的法蘭與海管焊接后，重新連接平管與膨脹彎。此方案一方面需采辦同型號法蘭，而法蘭的供貨期一般為24周左右；同時海上施工需大型浮吊配合，選取有利季節(jié)施工。經(jīng)分析，上述情況不利于緊急修復(fù)，因此無法采用該種方法[2]。

3.1.3 安裝法蘭機(jī)械連接器

經(jīng)與相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商聯(lián)系，采用法蘭機(jī)械連接器可達(dá)到原管線的壓力和強(qiáng)度要求，供貨期可以縮短在6周。且整個安裝過程均為潛水作業(yè)，僅有首節(jié)膨脹彎和連接短節(jié)需要吊裝配合，作業(yè)實(shí)施風(fēng)險相對較小，對于維修實(shí)施的整體周期、風(fēng)險和費(fèi)用比較可控，因此選用此方案。

3.2 法蘭機(jī)械連接器方案實(shí)施步驟

3.2.1 作業(yè)區(qū)域清理并切除受損法蘭

首先移除海管上覆蓋的水泥壓塊，使用水下吹泥設(shè)備開挖作業(yè)坑，作業(yè)坑尺寸為：長以法蘭為中心兩側(cè)各3 m、寬以管線為中心兩側(cè)各1 m、坑底深度距管底1 m。然后采用水下冷切割工具，分別將平管端和膨脹彎端的受損法蘭切除并回收。

3.2.2 安裝法蘭機(jī)械連接器及連接短節(jié)

首先利用高壓水設(shè)備清理管端的水泥配重層、保溫層及防腐層，直至露出鋼管表面，清理長度約2 m。然后根據(jù)安裝程序的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施要求，水下安裝法蘭機(jī)械連接器。將機(jī)械連接器平穩(wěn)下放至海管側(cè)部，確認(rèn)內(nèi)部無雜物，再裝至海管端部。使用液壓拉伸器對螺栓進(jìn)行拉伸緊固后，對機(jī)械連接器進(jìn)行自密封試驗，試驗合格后，水下測量兩個法蘭連接器之間的間距，確定連接短節(jié)的長度并回裝。

3.2.3 試壓及恢復(fù)注水

法蘭機(jī)械連接器、連接短節(jié)及膨脹彎連接完成后，首先進(jìn)行清管通球，然后根據(jù)海管試壓方案進(jìn)行試壓，穩(wěn)壓時間及壓降均滿足要求，并經(jīng)工程方、作業(yè)方及第三方見證，達(dá)到海管恢復(fù)注水生產(chǎn)的條件。隨后在作業(yè)坑處填放沙袋處理懸空，在海管上方放置水泥壓塊進(jìn)行后保護(hù)[3]。

4 實(shí)施分析

本次法蘭機(jī)械連接器在海洋石油單層保溫管維修工程中的應(yīng)用施工正處于春季季風(fēng)季節(jié)，現(xiàn)場統(tǒng)計的風(fēng)力情況為：6級及6級以上風(fēng)力天氣占70%，對于作業(yè)效率影響較大。

采取的措施有：(1)浮吊盡可能在油田現(xiàn)場抗風(fēng)，減少起拋錨和航行耽誤的時間；(2)通過調(diào)整船艏朝向、錨纜等措施，保持最佳船位，減少涌浪對潛水作業(yè)的影響，在6～7級風(fēng)時仍有機(jī)會堅持潛水作業(yè)；(3)實(shí)際統(tǒng)計的船舶天氣待機(jī)率為33.7%，遠(yuǎn)低于大風(fēng)天氣比例。

主要工作包括拆除膨脹彎、檢查法蘭面、安裝機(jī)械連接器、安裝連接短節(jié)、回裝膨脹彎、試壓、壓塊恢復(fù)及海床處理，各工序時間分布如圖3所示：海管表面處理用時最長，主要原因為水下處理海管水泥配重、聚氨酯泡沫保溫和FBE防腐層均由潛水員完成，期間主要是受天氣影響較大；而機(jī)械連接器和連接短節(jié)安裝僅用時7 d，施工效率較高。各施工工序時間分布統(tǒng)計如圖3所示[4]。

圖3 各施工工序時間分布統(tǒng)計

對于潛水作業(yè)的效率，也進(jìn)行了統(tǒng)計分析，基本情況為：(1)受天氣影響，大風(fēng)待機(jī)期間無法實(shí)施潛水作業(yè)；(2)在平潮時段不持續(xù)的條件下，流向流速變化大，降低了潛水效率；(3)氣候窗與平潮吻合的情況下，潛水效率充分，有利于實(shí)施作業(yè)。因此為了充分利用該時間段，當(dāng)時加強(qiáng)協(xié)調(diào)力度，調(diào)集周邊潛水員資源，保證了連續(xù)作業(yè)，使得海管維修整體進(jìn)度得到保障，順利完成。

5 結(jié)語

綜上所述，此次法蘭機(jī)械連接器在渤海單層保溫配重海管維修的應(yīng)用和實(shí)踐，實(shí)施過程安全可靠，實(shí)施效果達(dá)到要求，資源投入和成本可控，此次維修同時也積累了相關(guān)工程經(jīng)驗。法蘭機(jī)械連接器形式與封堵卡具和更換海管的維修方式相比，在條件適宜的情況下，具備可實(shí)施性和可操作性，總體風(fēng)險、費(fèi)用及工期可控，可以作為近海海底管道應(yīng)急維修方案的選項之一，對于此后海底管道維修提供借鑒參考。