埕島油田海底管道修復(fù)施工技術(shù)探討

(勝利油田分公司 海洋采油廠，山東 東營 257237)

埕島油田經(jīng)過近20年建設(shè)，已具備較為完善的海底管網(wǎng)設(shè)施，截至2013年底，建成了海底輸油輸氣管線超過300 km，這些錯(cuò)綜復(fù)雜的綜合海底管網(wǎng)成為埕島油田的動(dòng)脈，在油田開發(fā)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。隨著時(shí)間的推移，一些海底管道的運(yùn)營壽命已接近后期，由于自然因素和人為因素的影響，近幾年海底管道故障出現(xiàn)的頻率在逐年增加[1-2]。不同的損傷機(jī)理造成海底管道損傷的形式可以分為管道變形、穿孔泄露和破損斷裂三種形式。針對(duì)這三種形式研究制定的海底管道修復(fù)技術(shù)，主要分為水上修復(fù)法、水下修復(fù)法、斷裂或變形處打卡等方法。多年來，在埕島油田所處灘淺海的海工工程施工中，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，探索創(chuàng)新，創(chuàng)造和完善了一整套海底輸油、注水、輸氣管線全過程的施工工藝。

1 水上修復(fù)法施工技術(shù)

水上修復(fù)法就是將管線的損傷位置用浮吊吊出水面[3]，在水面上將損傷部分管段切除掉，再重新安裝焊接新的管段的方法，水上修復(fù)法主要適用于所處水域深度在20 m以下的新建管線。

1.1 施工前準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備主要包括：施工船舶的改造、施工工藝措施的編制、焊接工藝評(píng)定的準(zhǔn)備、機(jī)具材料的準(zhǔn)備以及管線現(xiàn)場勘察。

1)施工船舶改造。在浮吊上增裝抱桿、絞車等必要裝置。

2)管線現(xiàn)場勘察。施工前采用GPS及旁掃聲吶對(duì)管線軌跡(橫向60 m，縱向160 m)處海底泥面、水深狀況進(jìn)行勘察，采用淺剖對(duì)管線在位狀態(tài)進(jìn)行勘察，將管線目前實(shí)際位置情況進(jìn)行詳細(xì)分析調(diào)查。

1.2 清淤

清淤主要是將覆蓋在海底管線上的淤泥進(jìn)行清除，便于管線吊起。清淤船在就位于管線漏點(diǎn)處，沿管線軌跡從漏點(diǎn)處向兩邊各延伸80 m進(jìn)行清淤作業(yè)，累計(jì)清淤160 m，橫向清淤60 m。

1.3 液氮置換

為防止在施工中動(dòng)火引起管線內(nèi)殘余油漆燃燒，在管線停產(chǎn)后，動(dòng)火施工前，對(duì)管線沖氮?dú)馀菽?，在整個(gè)管線施工過程中管線內(nèi)充滿氮?dú)馀菽?/p>

1.4 浮吊就位撈管

浮吊在輔助船只的協(xié)助下就位于海底管線損傷位置。

1)吊點(diǎn)設(shè)置。潛水員將尼龍吊帶纏繞至管線與抱桿相對(duì)應(yīng)的位置。施工人員使用卡環(huán)將尼龍吊帶與抱桿施放的鋼纜相連接。

2)管線起吊。收緊絞車?yán)|繩，潛水員下水探摸清淤確認(rèn)起吊部分管線已經(jīng)完全松動(dòng)并達(dá)到起吊條件時(shí)，啟動(dòng)絞車管線開始起吊，起吊到一定程度時(shí)，停止絞車，潛水員繼續(xù)探摸清淤，確認(rèn)部分管線已經(jīng)完全松動(dòng)達(dá)到起吊條件時(shí)，啟動(dòng)絞車?yán)^續(xù)吊起管線，如此反復(fù)直至將管線起吊到船舷位置，并將管線固定于船舷。

1.5 損傷處管段更換

1)管線切割。管線固定在船舷邊后，采用火焰切割將損傷處部分管段切割下來，套管切割長度控制在800 mm左右，芯管切割長度在600 mm左右。在套管切割完畢后為防止內(nèi)管與套管夾層內(nèi)的油氣燃燒，對(duì)套、芯管環(huán)型空間充泡沫，并用石棉繩涂抹黃油后塞入環(huán)形空間阻止套、芯管環(huán)型空間內(nèi)油氣向漏點(diǎn)處回流。

2)管線修復(fù)。切割完畢后，將新的管段組對(duì)焊接到海底管線上，將海底管線連通。并對(duì)對(duì)焊縫進(jìn)行100%超聲波檢測。見圖1。

圖1 損傷處管段修復(fù)示意

3)管段防腐保溫。管段的防腐保溫分為芯管和套管防腐保溫。芯管防腐保溫是對(duì)管線修復(fù)表面進(jìn)行除銹后，對(duì)管線修復(fù)部位涂刷環(huán)氧煤瀝青底漆和環(huán)氧煤瀝青面漆各1道，再纏1層冷膠帶。保溫用PEF保溫材料。最后纏1層石棉隔熱層。套管防腐保溫是對(duì)管線修復(fù)表面進(jìn)行除銹后，在管線修復(fù)部位涂刷2道環(huán)氧富鋅底漆，最后在管線修復(fù)部位纏繞熱收縮帶。

1.6 管線就位

浮吊上的4臺(tái)絞車同時(shí)啟動(dòng)，管線勻速地被施放于海底泥面。

1.7 管線試壓投產(chǎn)

主要是上水試壓、檢測，達(dá)到要求后放壓、投產(chǎn)。

1.8 挖溝埋管

將清淤出的160 m管線使用駁載挖溝裝置重新挖溝。挖溝深度為1.5 m(自管線頂?shù)侥嗨纸缇€距離)。

2 水下修復(fù)法施工技術(shù)

水下修復(fù)法就是制做一個(gè)有足夠強(qiáng)度和足夠空間的干式裝置，用干式裝置將海底管線在水下與海水隔斷。人進(jìn)入干式裝置內(nèi)，對(duì)損傷處進(jìn)行封堵盲板修復(fù)，將管線損傷處修復(fù)好。埕島油田的水下施工法主要適用于建造使用時(shí)間較長的海底管線，且水深不能超過3 m。

2.1 施工前準(zhǔn)備

主要包括施工船舶、機(jī)具的準(zhǔn)備、施工工藝措施的編制、焊接工藝評(píng)定的準(zhǔn)備,力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備以及干式裝置的制作。

2.2 干式裝置安裝

2.2.1 船舶就位

浮吊就位于管線損傷處位置，拋設(shè)4個(gè)定位錨。錨點(diǎn)拋設(shè)依據(jù)GPS定位系統(tǒng)，防止損傷附近海域海底管線與海底電纜。

2.2.2 干式裝置安裝

首先在管線漏點(diǎn)處沖出長7 m、寬5 m、深管道以下1.5 m的坑，再用浮吊將干式裝置吊放于管道之上。關(guān)閉干式裝置底部鎖定裝置，使用潛水泵將干式裝置內(nèi)海水抽出，清理干凈干式裝置內(nèi)淤泥，安置鼓風(fēng)機(jī)等通風(fēng)設(shè)施，并安裝好防爆照明燈。

圖2 干式裝置安裝示意

2.3 液氮置換

主要是對(duì)管線內(nèi)原油進(jìn)行液態(tài)氮置換，以滿足管線安全動(dòng)火施工需要。

2.4 外管開孔

對(duì)現(xiàn)場可燃?xì)怏w檢測確認(rèn)操作環(huán)境安全后，對(duì)套管進(jìn)行擴(kuò)孔，開孔采用機(jī)械開孔。

2.5 環(huán)行空間封堵

為方便內(nèi)管修補(bǔ)施工，并防止內(nèi)管與套管夾層內(nèi)的油氣燃燒，將石棉繩涂抹黃油后塞入環(huán)形空間，使油氣混合物不能進(jìn)入作業(yè)空間。

2.6 芯管修復(fù)

芯管動(dòng)火前用可燃?xì)怏w檢測確認(rèn)操作環(huán)境安全后方可施工。在內(nèi)管孔洞處切割圓孔，并切割出30°坡口。在與海底管線母材相同的管段上切割一塊圓板，并切割出30°坡口。將原板安裝到海底管線漏點(diǎn)處切割的孔洞上，焊接并無損檢測，防腐保溫。見圖3。

圖3 海底管線芯管封堵示意

2.7 套管修復(fù)

根據(jù)套管孔洞大小，在與海底管線母材規(guī)格相同的管段上切割封堵板材。板材邊緣開30°坡口。將板材安裝到套管孔洞上，焊接并無損檢測，防腐。

2.8 干式裝置拆除

管線修復(fù)完畢，將干式裝置拆除。

2.9 試壓投產(chǎn)

上水試壓、檢測，達(dá)到要求后放壓、投產(chǎn)。

3 水下高壓卡具封堵技術(shù)

CB12A-中心一號(hào)(CB12A端)海底輸油管線在前期海管立管調(diào)查項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)如下問題：距立彎約4 m處的水平彎位置海管外管完全斷開，外管斷開的間距最大約350 mm，斷裂處兩端外管已不同軸，而且海管懸空總長度約45 m,最大懸空深度為2 m。針對(duì)這種情況決定在不停產(chǎn)的前提下采取對(duì)管線損傷處加固封堵及海管懸空部分進(jìn)行拋砂治理的施工方案。

3.1 陸地預(yù)制高壓卡具

在高壓卡具制作之前，先對(duì)海管的外管斷裂處進(jìn)行海生物清理、打磨及制作海管斷裂處的形狀模型，程序如下。

1)水下清理及打磨。潛水員下水使用打磨工具對(duì)預(yù)安裝管卡部位進(jìn)行清理，要求將該部位的海生物、漁網(wǎng)等雜物清理干凈，直到清理露出海管保護(hù)涂層為止。

2)根據(jù)調(diào)查資料，由潛水員制作能夠反映海管斷裂部位現(xiàn)狀的模具，并將模具交付于高壓卡具制作方制作卡具并確定水下管卡的安裝位置及高壓卡具尺寸。

3.2 浮吊就位后，海上安裝高壓卡具

1)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及管線長度確定海管斷裂處不需沖泥。

2)在海管斷裂處拴系定位浮漂。

3)高壓卡具拴系鋼纜，起吊。

4)根據(jù)定位浮漂位置，利用浮吊將高壓卡具吊到水下預(yù)安裝位置。

5)潛水員下水到預(yù)安裝位置，密切注視放到水下的卡具。當(dāng)卡具快到安裝位置時(shí)，潛水員通知水面人員，指揮浮吊將管卡合攏在海管上，調(diào)整卡具位置及角度。

6)初步找正后，由潛水員預(yù)緊螺栓，直至卡具不能活動(dòng)為止。

7)上緊螺栓，安裝完成。

8)高壓卡具試壓，試驗(yàn)壓力應(yīng)該逐步增加到1.0 MPa(表壓)，并且穩(wěn)壓4 h不發(fā)生變化。

3.3 平臺(tái)近端海底管線投砂防護(hù)

投砂時(shí)砂袋在海底管線兩側(cè)均勻堆放，砂袋頂應(yīng)超過管線上端50 cm，砂袋頂面寬度根據(jù)管線懸空高度而變化，砂袋底面根據(jù)管線懸空高度應(yīng)適當(dāng)增寬，保證砂袋的穩(wěn)定性，砂袋之間應(yīng)盡量增大接觸面積，不得留有較大空隙，防止水流沖刷。

4 存在問題及建議

海上的氣象因素是制約施工的最大難題。水上修復(fù)施工和水下采用干式裝置修復(fù)施工與海上水平口施工次序基本一致，可以把管道修復(fù)控制在干環(huán)境下進(jìn)行。但這種方法對(duì)天氣較為敏感，由于施工需要5 d以上的好氣象才能一次性完成修復(fù)施工，氣象是不可人為更改的，因此應(yīng)從技術(shù)和管理方面入手，提高技術(shù)，加強(qiáng)管理，繼續(xù)研究國內(nèi)外先進(jìn)案例，學(xué)習(xí)先進(jìn)的施工技術(shù)，縮短施工工期。除此之外還需注意管道修復(fù)中的突發(fā)事件，比如船舶走錨、舷吊或絞車失控等都容易對(duì)管線造成新的傷害。

對(duì)達(dá)到檢驗(yàn)?zāi)晗薜暮５坠芫€進(jìn)行評(píng)估，對(duì)海上所有海底管線進(jìn)行定期檢查及防護(hù)。海底輸油輸氣管道是海上油田安全清潔生產(chǎn)的命脈，埕島海域處于災(zāi)害性地質(zhì)多發(fā)海域，近年來發(fā)生的海底管線斷裂事故，嚴(yán)重制約了海上生產(chǎn)，存在巨大的環(huán)保隱患。從目前情況來看，必須嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)法律規(guī)定，對(duì)海底管線、包括芯管生產(chǎn)狀況進(jìn)行全面勘測，對(duì)處于災(zāi)害性地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的海底管線，應(yīng)該加密勘察頻率。

對(duì)埕島海域區(qū)域海洋工程地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，進(jìn)行災(zāi)害性地質(zhì)因素研究，為海上安全清潔生產(chǎn)提供有針對(duì)性的指導(dǎo)性意見。埕島油田位于黃河三角洲前緣、渤海灣南岸的極淺海海域，海況特征、淺層地質(zhì)條件以及海底松軟沉積物變形情況都十分復(fù)雜。油田所在海域內(nèi)易發(fā)育多種災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)工程設(shè)施的安全穩(wěn)定構(gòu)成威脅。建議由油田相關(guān)部門組織對(duì)埕島海域淺層地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)基礎(chǔ)每隔2年就重新進(jìn)行區(qū)域海洋工程地質(zhì)調(diào)查，研究災(zāi)害性地質(zhì)因素。

[1] 國家海洋局第一研究所. 埕島油田災(zāi)害地質(zhì)研究成果報(bào)告[R].青島:國家海洋局第一研究所,2006.

[2] 中國海洋大學(xué). 海底管線安全防護(hù)對(duì)策研究報(bào)告[R].青島:中國海洋大學(xué),2007.

[3] 侯 濤,安國亭.海底管道損傷處的修復(fù)方法[J].中國造船,2002,43:207-208.