海底登陸管道穿越航道改造技術(shù)

杜永軍

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

0 引言

錦州港位于遼東灣的西北部，是遼西地區(qū)唯一的對(duì)外開(kāi)放口岸，其航道走向?yàn)槟媳狈较?。錦州港現(xiàn)有的航道已經(jīng)不能適應(yīng)到港船舶大型化的發(fā)展趨勢(shì)，為滿足錦州港發(fā)展及船舶安全進(jìn)出的要求，錦州港擬對(duì)近港主航道進(jìn)行擴(kuò)建。為滿足錦州港擴(kuò)建工程，需對(duì)穿越錦州港航道的錦州20-2凝析氣田登陸管道進(jìn)行改造。錦州20-2海底登陸管道改造工程包含海底管道清洗、海底管道改造、海底管道投產(chǎn)3個(gè)階段。

1 海底管道復(fù)合清洗

錦州20-2凝析氣田位于遼東灣，其登陸海管直徑為323.9mm（12.75 in），總長(zhǎng)51 km，已投產(chǎn)運(yùn)行近15年。海管輸送介質(zhì)為凝析天然氣，凝析液輸送量達(dá)300～400m3/d，其中黑油含量較高。海管內(nèi)壁受到一定程度的腐蝕，且附著有一定量的沉積物（垢），并黏附有黑油和凝析油。為對(duì)管壁進(jìn)行徹底清洗，消除對(duì)海洋的污染隱患，在海管切割改造前采用復(fù)合清洗技術(shù)對(duì)海管進(jìn)行清洗。

復(fù)合清洗過(guò)程由5個(gè)清管器組成的化學(xué)清洗列車完成，化學(xué)清洗列車的5個(gè)清管器間隔形成4個(gè)車廂，如圖1所示。1號(hào)和2號(hào)清管器采用帶鋼絲刷的直板清管器，3號(hào)、4號(hào)和5號(hào)清管器為雙向直板清管器。化學(xué)清洗列車由添加緩蝕劑的過(guò)濾海水推動(dòng)，自海上平臺(tái)向陸地終端運(yùn)動(dòng)。

圖1 復(fù)合清洗列車組成示意

清洗結(jié)果表明，該清洗工藝具有較好的清洗效果，滿足了清洗要求，所用清洗液量較少。

2 海底管道改造

錦州20-2登陸管道與航道交叉穿越區(qū)域平均水深13.5m，在平行于原管道處鋪設(shè)新管道，與航道相交的新鋪管道埋設(shè)深度為原海底泥面以下9.5m。管道路由見(jiàn)圖2。

圖2 海管改造路由

2.1 管道路由預(yù)挖溝

海底管道鋪設(shè)前進(jìn)行預(yù)挖溝，保證新鋪設(shè)的海底管道與擬建航道交叉部分埋深達(dá)到9.5m的設(shè)計(jì)要求。根據(jù)新鋪管道的路由長(zhǎng)度、位置及管道埋設(shè)深度，采用爬吸式挖泥船進(jìn)行海底管道路由預(yù)挖溝作業(yè)。新鋪管道路由與擬建航道交叉部分挖溝深度為10m，兩側(cè)挖溝深度逐漸過(guò)渡到2 m，挖溝長(zhǎng)度為1 600 m、寬度為5 m，如圖3所示。

挖溝作業(yè)結(jié)束后采用DGPS定位系統(tǒng)、多波束水深探測(cè)儀、旁掃聲納系統(tǒng)等設(shè)備對(duì)挖溝情況進(jìn)行后調(diào)查，確保管道預(yù)挖溝滿足工程要求。

圖3 路由挖溝示意

2.2 海底管道鋪設(shè)

新鋪海底管道平行于原管道，新管道長(zhǎng)1 600 m，采用單層管結(jié)構(gòu)，外層為混凝土配重層，厚度為50 mm，鋼管材質(zhì)為API5LX52，管道結(jié)構(gòu)如圖4所示。采用BH106起重鋪管船進(jìn)行海底管道的鋪設(shè)作業(yè)。管道起始端焊接法蘭，連接起始封頭，采用起始錨法進(jìn)行海管的起始鋪設(shè)作業(yè)。作業(yè)線內(nèi)各站分別進(jìn)行管口組對(duì)、焊接、檢驗(yàn)和防腐處理，各作業(yè)站完工后通知中控向前移船。管道鋪設(shè)完畢后，在管端焊接法蘭，連接棄管封頭，進(jìn)行棄管作業(yè)。在管道鋪設(shè)作業(yè)的整個(gè)過(guò)程中，采用屈曲探測(cè)器對(duì)海管接口處焊瘤及海管變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，潛水員定時(shí)對(duì)管道進(jìn)行水下外觀檢查，確保管道正常鋪設(shè)。

圖4 海管結(jié)構(gòu)

2.3 海底管道切割

根據(jù)管道改造設(shè)計(jì)路由，對(duì)原管道與新管道連接點(diǎn)A和B（如圖2所示）后200m范圍內(nèi)進(jìn)行吹泥作業(yè)，

使原海底管道露出泥面。海管清洗作業(yè)結(jié)束后，潛水員水下安裝液壓冷切割機(jī)具，對(duì)原海底管道進(jìn)行切割，切除管段如圖2所示。

2.4 海底管道連接

通過(guò)兩套帶法蘭的膨脹彎連接新鋪設(shè)管道與原管道（如圖2所示）。

（1）利用弦吊將原海管起吊至船舷，對(duì)切割管口進(jìn)行打磨處理，焊接法蘭。法蘭焊口檢驗(yàn)合格后將管道放至海底。

（2）潛水員水下測(cè)量原海管焊接法蘭與新鋪海管端法蘭的相對(duì)空間位置。

（3）設(shè)計(jì)膨脹彎，并在船甲板預(yù)制膨脹彎。

（4）進(jìn)行膨脹彎的水下連接，通過(guò)帶旋轉(zhuǎn)法蘭的膨脹彎連接新舊管道。

3 海底管道投產(chǎn)

3.1 清管、試壓

管道切割、連接完成后，對(duì)整條海底登陸管道進(jìn)行清管、試壓作業(yè)。清管過(guò)程由陸地終端向海洋平臺(tái)進(jìn)行。陸地終端安裝空氣壓縮機(jī)，以空氣為動(dòng)力推動(dòng)雙向直板型清管器將海管內(nèi)海水及泥沙排出管外。然后由平臺(tái)向管內(nèi)注入添加緩蝕劑和殺菌劑的海水，海管注水后進(jìn)行管道壓力試驗(yàn)，壓力試驗(yàn)遵循DNV-OS-F101規(guī)范要求。

3.2 排水、惰化

管道試壓合格后進(jìn)行排水、惰化作業(yè)。排水作業(yè)分為脫鹽除水和掃水兩個(gè)階段，由排水列車完成。排水列車由多個(gè)清管器組成，排水列車的多個(gè)清管器間隔形成段塞。錦州20-2海管排水作業(yè)過(guò)程將脫鹽除水和掃水合并進(jìn)行：排水列車總共采用5個(gè)清管器組成4個(gè)車廂，由壓縮干空氣推動(dòng)排水列車自陸地終端向海上平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，排水列車如圖5所示。

圖5 排水列車示意

海管排水完成后，進(jìn)行氮?dú)舛杌?。采用空氣加熱汽化器氣化高純度液氮，將氣化后的氮?dú)庥申懙亟K端注入海管完成惰化處理。氮?dú)舛杌に囈笤谄脚_(tái)海管發(fā)球筒處檢測(cè)含氧量低于2%，以免在油氣引入海管的投產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)。檢測(cè)合格后封閉海管。

3.3 海底管道干燥投產(chǎn)

改造后海底登陸管道投產(chǎn)時(shí)采用乙二醇對(duì)管道進(jìn)行徹底干燥，除去管道中的游離水和絕大部分水蒸氣。海管投產(chǎn)與乙二醇干燥同步進(jìn)行：采用3個(gè)雙向直板型清管器組成乙二醇干燥列車，設(shè)置2個(gè)乙二醇干燥劑車廂，凝析天然氣直接推動(dòng)乙二醇干燥清管列車完成投產(chǎn)，如圖6所示。

圖6 乙二醇干燥列車示意

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）根據(jù)錦州20-2海底登陸管道運(yùn)行情況制訂了最佳的海底管道清洗工藝方案，對(duì)海底管道進(jìn)行清管器清洗+化學(xué)清洗的復(fù)合清洗，保證海底管道切割安全，防止投產(chǎn)前的清管試壓排出水中含油污染海洋。

（2）采用BH106起重鋪管船鋪設(shè)平行于舊管道的海底管道，通過(guò)膨脹彎實(shí)現(xiàn)新舊管道的水下連接，完成了海底管道改造作業(yè)。

（3）海底管道試壓合格后采用脫鹽排水列車，實(shí)現(xiàn)了海底管道的脫鹽排水作業(yè)。

（4）采用天然氣推動(dòng)乙二醇干燥劑列車對(duì)海底管道進(jìn)行干燥，并實(shí)現(xiàn)了海底管道的安全快速投產(chǎn)。

（5）錦州20-2海底登陸管道改造工程是國(guó)內(nèi)首次對(duì)穿越航道海底管道進(jìn)行的改造，整個(gè)工程的圓滿成功為類似的海底管道工程提供了解決方案和寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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