樊榮興，雷海，郭增伍，楊陽(yáng)，何澤宇,3，王海朋,3

(1.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油(天津)管道工程技術(shù)有限公司，天津 300452；3.天津北海油人力資源咨詢服務(wù)公司，天津 300452)

0 引言

海底管道[1-3]是通過(guò)密閉的管道在海底連續(xù)輸送大量油(氣)的管道，是海上油(氣)田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分，也是最快捷、最安全和經(jīng)濟(jì)可靠的海上油氣運(yùn)輸方式。由于海底管道服役條件[4-5]苛刻，一旦發(fā)生損傷[6]，后續(xù)更換維修作業(yè)將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本。

近期，渤海某海底管道受船舶棄錨外力拖拽偏離原路由，進(jìn)而導(dǎo)致局部凹陷受損。已知管道設(shè)計(jì)內(nèi)徑為330.2 mm，凹陷后最小內(nèi)徑為240 mm，凹陷深度達(dá)到26.2% OD，超出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6996—2014要求，需要對(duì)管道變形段進(jìn)行更換維修作業(yè)。本文對(duì)該海底管道的更換維修作業(yè)提出設(shè)計(jì)思路與施工方案，旨在為后續(xù)類似海底管道的更換維修作業(yè)提供技術(shù)參考。

1 作業(yè)方案設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)路線

本次更換維修作業(yè)的技術(shù)路線：(1)對(duì)事故管線探摸、勘察，確定管線凹陷及棄錨、錨鏈位置；(2)制定事故管線修復(fù)方案；(3)海管備管、檢驗(yàn)；(4)根據(jù)修復(fù)方案，進(jìn)行事故管線修復(fù)施工；(5)管線回接完成后，管線試壓；(6)管線排水復(fù)產(chǎn)；(7)新安裝管線懸空處理、安裝法蘭保護(hù)器；(8)海管維修段地貌恢復(fù)。

事故管線的維修方案確定應(yīng)以前期管線探摸與勘察結(jié)果為依據(jù)，當(dāng)確定需要更換維修后，應(yīng)嚴(yán)格控制備管的質(zhì)量，按照標(biāo)準(zhǔn)DNV OSF101—2012對(duì)鋼管及涂層進(jìn)行檢驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)嚴(yán)格按照工作程序與技術(shù)要求執(zhí)行。

1.2 探摸與勘察

事故管線的探摸與勘察工作按照下面工作程序執(zhí)行。(1)對(duì)事故管線開(kāi)展側(cè)掃數(shù)據(jù)聲納地貌勘察，重點(diǎn)關(guān)注指定區(qū)域內(nèi)的錨痕總長(zhǎng)、錨痕寬度、錨痕起點(diǎn)及終點(diǎn)、錨鏈拖痕等；(2)對(duì)錨痕與管溝交叉點(diǎn)的定點(diǎn)掃描聲吶圖像進(jìn)行分析，重點(diǎn)關(guān)注錨痕深度及附近有無(wú)障礙物等；(3)通過(guò)實(shí)時(shí)三維掃描聲吶對(duì)錨痕與管溝的交叉點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行地貌勘察；(4)潛水探摸與吹泥勘察，確認(rèn)障礙物、錨痕與管溝交叉點(diǎn)的情況(如：錨尖、錨冠距溝底距離)；(5)得出調(diào)查結(jié)論，并根據(jù)局部凹陷受損情況，按照SY/T 6996—2014標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，若超出標(biāo)準(zhǔn)要求，深度大于6%管道直徑的凹陷，即開(kāi)展管線更換維修方案制定。

1.3 管道更換維修方案

本次修復(fù)方案采用換管維修，更換維修示意圖如圖1所示，即為在設(shè)計(jì)切割點(diǎn)位置進(jìn)行水下切割，將棄錨及廢管回收，然后安裝機(jī)械連接器，水下測(cè)量后甲板預(yù)制直管段，水下直管段連接，試壓合格后排水復(fù)產(chǎn)，安裝法蘭保護(hù)器。施工流程如下：

圖1 管道更換維修示意圖

修復(fù)方案設(shè)計(jì)—法蘭、管線等物料驗(yàn)收—陸地預(yù)制及設(shè)備調(diào)試—設(shè)備裝船動(dòng)員—拋錨就位—錨鏈和障礙物回收—棄錨點(diǎn)兩側(cè)及切割點(diǎn)挖溝暴露、涂層清理—管線停產(chǎn)、海管切割—棄錨及廢管回收—機(jī)械連接器安裝—預(yù)制直管段、自試壓—管線排水復(fù)產(chǎn)—法蘭保護(hù)器安裝—船舶、設(shè)備及人員復(fù)產(chǎn)—倒駁、卸駁。

1.3.1 船舶就位

設(shè)備人員動(dòng)員至現(xiàn)場(chǎng)，船舶拋錨就位。定位工程師根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況在陸地繪制施工船拋錨就位圖，船舶航行至施工區(qū)域后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)無(wú)誤后通過(guò)定位系統(tǒng)指引拋錨船為主作業(yè)船拋錨就位。

1.3.2 錨鏈及障礙物回收

潛水員找到錨鏈與錨冠位置，利用電氧切割設(shè)備將距離錨冠5 m遠(yuǎn)處錨鏈環(huán)切斷，切割前對(duì)要切割的錨鏈環(huán)與前面連接的錨鏈環(huán)做好絕緣處理，施工現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際錨鏈狀態(tài)評(píng)估采用分段打撈或整體打撈回收。如存在其他障礙物，例如漁網(wǎng)，潛水員應(yīng)前往裸漏漁網(wǎng)位置切割回收漁網(wǎng)。

1.3.3 修復(fù)管段挖溝暴露

為方便切割設(shè)備及水泥涂層清理設(shè)備的安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)，利用挖溝機(jī)對(duì)棄錨兩側(cè)的管段進(jìn)行挖溝暴露，挖溝暴露作業(yè)坑長(zhǎng)約10 m，寬約4 m，管線懸空約1 m。

1.3.4 水泥層及涂層清理

管線挖溝暴露作業(yè)結(jié)束后，使用高壓水設(shè)備清理水泥涂層和防腐層，露出金屬管道，滿足安裝機(jī)械連接器的空間要求，涂層清理尺寸示意圖如圖2所示。

圖2 涂層清理尺寸示意圖

1.3.5 管線切入點(diǎn)切割

停產(chǎn)清洗完成后，現(xiàn)場(chǎng)使用金剛石繩鋸機(jī)對(duì)選好的切割點(diǎn)進(jìn)行冷切割。水下最終切割位置要滿足法蘭安裝的要求，即切割后的光管長(zhǎng)度至少為70 cm，海管切斷后使用機(jī)械管堵進(jìn)行臨時(shí)封堵。

1.3.6 棄錨回收及廢棄管線回收

棄錨回收：對(duì)棄錨的位置進(jìn)行吹坑暴露，潛水員下水捆綁吊帶，利用吊機(jī)吊裝棄錨(含5 m錨鏈)出水。

棄管回收：對(duì)水下廢棄管線進(jìn)行吊裝回收至船舶甲板。

1.3.7 安裝機(jī)械連接器

機(jī)械連接器需滿足管線的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)載荷，機(jī)械連接器用來(lái)連接管線，其一端采用機(jī)械式的壓緊密封與管線連接，另一端與標(biāo)準(zhǔn)法蘭面連接，避免水下焊接。

1.3.8 更換短節(jié)預(yù)制

使用水下測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)晒芏朔ㄌm平面之間的距離和角度，若海管的兩個(gè)法蘭端面不在一條直線時(shí)，需要使用施工船浮吊或卷?yè)P(yáng)機(jī)將焊有法蘭的兩端調(diào)整到一條直線上；根據(jù)測(cè)量結(jié)果甲板預(yù)制更換短節(jié)，短節(jié)兩端焊接旋轉(zhuǎn)法蘭；為保護(hù)管線不受腐蝕，需在一節(jié)短節(jié)上焊接陽(yáng)極；短節(jié)預(yù)制完成后，在甲板對(duì)短節(jié)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試壓壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.15倍，穩(wěn)壓時(shí)間6 h。

1.3.9 短節(jié)水下安裝

短節(jié)預(yù)制完成后，甲板配扣，調(diào)平短節(jié)，浮吊船吊機(jī)將短節(jié)吊裝下水；潛水員拆除管堵并指揮吊機(jī)完成短節(jié)對(duì)接；潛水員穿上所有法蘭螺栓后，先使用棘輪扳手緊固螺栓，然后使用液壓拉伸器按照液壓拉伸程序?qū)β菟ㄟM(jìn)行對(duì)稱、均勻加力。

1.3.10 海管驗(yàn)收復(fù)產(chǎn)和保護(hù)

每個(gè)法蘭安裝完成后，在法蘭連接處使用自試壓墊圈，試壓壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.15倍，穩(wěn)壓時(shí)間15 min；平臺(tái)側(cè)向管線內(nèi)放入直板排水球，注天然氣升壓排水，升壓至正常壓力后，潛水員觀測(cè)法蘭無(wú)泄漏，管線復(fù)產(chǎn)；法蘭位置安裝法蘭保護(hù)器。

2 地貌勘察及修復(fù)

凹陷海管維修完畢后需要對(duì)該區(qū)域地貌進(jìn)行修復(fù)，采取相應(yīng)防護(hù)手段保證海管能夠抵御海流沖刷和通航船舶的錨刮、錨擊，主要工作包括以下3項(xiàng)：(1)根據(jù)管線參數(shù)、修復(fù)區(qū)域海底海流流速、海床地質(zhì)條件和通航評(píng)估等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)維修后地貌修復(fù)方案；(2)根據(jù)設(shè)計(jì)方案編制具體地貌修復(fù)施工方案；(3)組織現(xiàn)場(chǎng)施工。

本次海管修復(fù)過(guò)程中，管道凹陷位置區(qū)域存在一處較大坑區(qū)，該處坑長(zhǎng)約為85 m，寬度為10～15 m，最大坑深約2.5 m。維修后海管處于懸空狀態(tài)，需對(duì)開(kāi)挖的溝槽進(jìn)行回填修復(fù)，傳統(tǒng)的砂袋回填需要人工潛水搬運(yùn)，考慮溝槽空間狹窄且海流沖刷嚴(yán)重人工潛水作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，故采用拋石回填恢復(fù)地貌。此外，本段管道距錨地僅2 km，船舶落錨、拖錨頻率較高，已發(fā)生錨掛造成海管凹陷事故，屬于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，勘察結(jié)果顯示該區(qū)域海流沖刷嚴(yán)重，存在大范圍埋深不足情況，單純回填覆蓋不足以形成有效防護(hù)。因此，采用拋石回填和鋪設(shè)柔性防護(hù)墊相結(jié)合的方式進(jìn)行恢復(fù)治理，此種方案既可以消除管線的懸空隱患，又可以有效防止第三方對(duì)管道的破壞。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)海洋油氣資源豐富，隨著“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的實(shí)施，圍繞海洋油氣開(kāi)采的相關(guān)儀器設(shè)備國(guó)產(chǎn)化替代以及相關(guān)設(shè)備的維修維護(hù)技術(shù)開(kāi)發(fā)將會(huì)愈發(fā)重要。海底管道完整性事關(guān)油氣開(kāi)采連續(xù)化生產(chǎn)，第三方破壞的維修工更換作屬于應(yīng)急處理范疇，一旦事故發(fā)生后，需要立即組織資料開(kāi)展維修工作。海底管道維修前需根據(jù)管道的損壞程度、維修能力及作業(yè)支持船舶的綜合能力等因素選擇合適的維修方法[7]。本文針對(duì)局部凹陷受損的事故管線如何開(kāi)展應(yīng)急維修，提出了參考性的作業(yè)方案設(shè)計(jì)思路，旨在為后續(xù)類似海底管道的更換維修作業(yè)提出技術(shù)參考，具有重要意義。力爭(zhēng)海底管道維修技術(shù)向程序化、科學(xué)化、定量化評(píng)估方向發(fā)展。