海底油氣管道水下維修技術(shù)綜述

王宏安

摘 要：海底管道是海上油氣田的重要基礎(chǔ)設(shè)施，由于各種原因海底管道會(huì)出現(xiàn)損傷造成事故，需要及時(shí)修復(fù)，盡可能減少海底管道停輸帶來(lái)的各種損失，文章對(duì)海底管道維修水下技術(shù)和深水海底管道系統(tǒng)進(jìn)行了介紹和分析，并對(duì)海底管道安全運(yùn)行與維修提出了建議。

關(guān)鍵詞：海底管道；水下濕式維修；海底管道維修系統(tǒng)

隨著海洋油氣資源的不斷開(kāi)發(fā)，海底管道是海洋油氣資源開(kāi)發(fā)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，海底管網(wǎng)的規(guī)模不斷增大，目前已超8000km。海底管道的安全對(duì)海上油氣田正常運(yùn)行至關(guān)重要，相對(duì)于陸地油氣輸送管道，海底管道長(zhǎng)期暴露與惡劣的海洋環(huán)境，承受復(fù)雜的工作載荷、環(huán)境載荷及意外風(fēng)險(xiǎn)，具有極大的失效概率。研究表明第三方破壞、腐蝕、波流沖刷、海床運(yùn)動(dòng)、臺(tái)風(fēng)、材料焊接/結(jié)構(gòu)缺陷、設(shè)計(jì)安裝不當(dāng)、操作失誤等因素都可能造成海底管道失效[1-2]。對(duì)于海底管道一旦發(fā)生失效，就會(huì)造成巨大的油田停產(chǎn)、輸送中斷等方面經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也會(huì)造成極大的海洋環(huán)境破壞，對(duì)被供應(yīng)方造成影響。因此，在海底管道發(fā)生失效時(shí)，需及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，盡可能地減少因海底管道失效造成的各種損失。

發(fā)現(xiàn)海底管道發(fā)生失效和損壞一般是突發(fā)性的，由于每一條海底管線自身的工作狀態(tài)、所處海洋地理環(huán)境都有所不同，采取維修的方法和手段也有所差異。目前，對(duì)于海底管道維修主要水上維修和水下維修。對(duì)于水上維修通常是將管道切斷拖吊出水面，焊接修復(fù)后再放回海底，這種維修方法只適應(yīng)于狀態(tài)較好的海底管道，對(duì)海域工況有較為嚴(yán)格的限制，適應(yīng)水深較淺。對(duì)于水下維修又區(qū)分為水下干式維修和水下濕式維修，水下維修技術(shù)相對(duì)于水上維修具有更大的適應(yīng)能力，因此文章主要討論水下維修技術(shù)。

1 海底管道水下干式維修

對(duì)于水深較淺的海底管道且具備一定條件的海底管道常采用水下干式維修，主要維修步驟為：通過(guò)多波束剖面聲吶、磁探測(cè)儀及各種潛水檢測(cè)結(jié)合的方法，確定海底管道泄漏位置，引導(dǎo)作業(yè)船舶就位，利用開(kāi)挖設(shè)備對(duì)水下作業(yè)區(qū)域進(jìn)行開(kāi)挖，滿足水下干式維修裝備的就位與空間需求，并對(duì)管線泄漏點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)孔封堵；干式維修裝備就位與管線上部，U型口合攏，管道密封，將內(nèi)部海水排出，形成一個(gè)干式作業(yè)環(huán)境，利用切割機(jī)具切開(kāi)破損管道，然后管道組對(duì)、管道焊接、焊縫NDT檢驗(yàn)，管道試壓合格后，干式維修裝備回收；作業(yè)區(qū)域海床進(jìn)行回填掩埋。

水下干式維修效果可以保證原有管道整體性能不改變，但是該項(xiàng)技術(shù)焊接系統(tǒng)復(fù)雜，同時(shí)維修過(guò)程需要配置大量配套特種裝備，如水下切割機(jī)具、大型起重船舶、焊接輔助機(jī)具等，對(duì)水深和作業(yè)海況都有一定的限制。國(guó)內(nèi)研發(fā)過(guò)水下干式管道維修系統(tǒng)，曾在JZ20-2油田海底管道改線工程、CFD11油田海底電纜檢測(cè)維修及復(fù)位工程、PL19-3油田WHPB平臺(tái)靠船件拆除、潿洲11-4油田等依托工程中應(yīng)用[3]。國(guó)外目前采用該種方式的維修應(yīng)用較少。

2 海底管道水下濕式維修

對(duì)于海底管道水下濕式維修又可區(qū)分為不停產(chǎn)開(kāi)孔維修、停產(chǎn)維修。不停產(chǎn)開(kāi)孔維修主要針對(duì)管道出現(xiàn)腐蝕泄漏但未發(fā)生變形，維修步驟為：在管道安裝水下機(jī)械三通和開(kāi)孔機(jī)，在不停產(chǎn)的情況下對(duì)管道開(kāi)孔，安裝封堵機(jī)和旁路三通，利用封堵機(jī)堵住需更換的管道，油氣介質(zhì)從旁路通過(guò)，冷切割切除需更換的管段，安裝連接法蘭、球形法蘭及管段，打開(kāi)封堵，旁路泄壓，拆除封堵機(jī)，管道恢復(fù)，海床復(fù)原。

停產(chǎn)維修主要包括機(jī)械連接器維修與外卡維修。機(jī)械連接維修主要包括一系列管段固定和機(jī)械密封的構(gòu)件，長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)，并可與各種法蘭配套，適應(yīng)于各類海域、水深和作業(yè)要求，具有維修時(shí)間短費(fèi)用低等特點(diǎn)。外卡維修主要用于破損較?。鸭y、腐蝕穿孔）的管道，管道外卡應(yīng)在精度允許范圍內(nèi)，適應(yīng)于管道壓力等級(jí)和安全等級(jí)較低管道[4]。主要步驟為：管道破損處海床清理，切割機(jī)具切除管道破損管段（外卡維修不用切除但須清理受損管道表面），管道修復(fù)短節(jié)（或卡具）就位，安裝更換，管道恢復(fù)，海床復(fù)原。根據(jù)作業(yè)水深的不同，修復(fù)過(guò)程使用潛水員或水下機(jī)器人配合機(jī)具就位和水下作業(yè)。

國(guó)外目前以水下濕式維修為主，主要為國(guó)家?guī)准液Ｑ蠊こ坦舅莆眨浜５坠艿佬迯?fù)連接器能適應(yīng)各種類型的海底管道，具有代表性的主要有墨西哥的Oeeaneering公司、美國(guó)T.D. Williamson、美國(guó)的Hydratight公司以及QCS公司，這些公司都具有成熟技術(shù)與產(chǎn)品，且都有成功的工程實(shí)際應(yīng)用[5]。國(guó)內(nèi)水下濕式維修技術(shù)處于發(fā)展階段，基本通過(guò)與國(guó)外公司合作的方式進(jìn)行。如渤西油田直徑天然氣海底管道的不停產(chǎn)雙封雙堵維修[4]、東海平湖油田輸氣管維修、南海西江24-3油田海管維修等。

3 深水海底管道維修系統(tǒng)

上世紀(jì)70年代國(guó)外開(kāi)始了深水油氣田勘探開(kāi)發(fā)，特別是墨西哥灣和北海，主要的深水管道也集中于此，經(jīng)營(yíng)此油氣田的大型公司，為了防備颶風(fēng)或者發(fā)生其他不可預(yù)料的情況導(dǎo)致管道失效而中斷輸送時(shí)，系統(tǒng)和設(shè)備能夠快速運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行搶修，降低各類損失，由Sonsub、Oceaneering、Oil States、Statoil等公司設(shè)計(jì)和制造了深水海底管線維修系統(tǒng)（Deepwater Pipeline Repair System，簡(jiǎn)稱DPRS）及其所需的主要設(shè)備和工具[6]。2005年在Katrina颶風(fēng)影響中，Mars油田TLP的主要出油管線和輸油管線損壞后，使用DPRS搶修得到快速?gòu)?fù)產(chǎn)，證明了DPRS的重要性和必要性。

一套完整的DPRS主要包括夾具、法蘭、跨接管膨脹彎、提管設(shè)備、吹泥泵、管線切割設(shè)備、管線終端修理工具、管線回收工具、混凝土加重層或FBE涂層清除工具、焊縫清除工具、連接器、龍門托架、焊接設(shè)備、管線終端測(cè)量系統(tǒng)等。完成深水海底管線維修還需要ROV作業(yè)、飽和潛水作業(yè)、DP支持船等的支持；此外，還需要使用索具、進(jìn)出塢吊、隔離液壓動(dòng)力模塊、管線脫水裝置、海上動(dòng)力站等輔助設(shè)備[7]。

1987年，美國(guó) Mohr 工程公司發(fā)起組建了淺水海底管道維修聯(lián)盟，為成員多為油公司和油氣輸送商，聯(lián)盟為成員出現(xiàn)管道損壞的緊急情況下提供所需設(shè)備，從而降低管道停產(chǎn)、停輸?shù)膿p失。這為深水海底管道運(yùn)營(yíng)商提供了參考，更多公司組成聯(lián)盟共同擁有DPRS。2004年，Stress Subsea工程咨詢公司組建深水海底管道緊急維修響應(yīng)系統(tǒng)聯(lián)盟，擁有系列堵漏夾具、膨脹彎和連接器，可以應(yīng)對(duì)1000ft-10000ft水深范圍內(nèi)4"-24"的深水海底管道的維修，存儲(chǔ)于墨西哥灣，供聯(lián)盟內(nèi)成員使用，從而解決了深水管道維修停產(chǎn)、停輸時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)海底管線以淺水為主，深水管線較少，對(duì)于DPRS相關(guān)研究和應(yīng)用還處于起步階段，但對(duì)海底管道維修系統(tǒng)的需求還是迫切，如南海A3油田海管搶修由于維修技術(shù)、工具和設(shè)備的儲(chǔ)備不足，導(dǎo)致原本計(jì)劃1個(gè)月的搶修工作歷時(shí)近3個(gè)月才完成，且對(duì)部分漏點(diǎn)只實(shí)現(xiàn)了臨時(shí)性修復(fù)，損失巨大[7]。隨著我國(guó)深水油氣田的開(kāi)發(fā)和深水海底管道發(fā)展，也需加強(qiáng)DPRS相關(guān)裝備研制，盡早形成自有的海底管道維修聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)資源共享，提高設(shè)備利用率。

4 結(jié)束語(yǔ)

海底管道是一個(gè)系統(tǒng)工程，為保證管道安全運(yùn)行，應(yīng)從海底管道設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、檢測(cè)、評(píng)估、維修等各個(gè)階段進(jìn)行綜合管理，形成海底管道完整系統(tǒng)。另外，應(yīng)加強(qiáng)定期對(duì)海底管道進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道存在的各種幾何缺陷、腐蝕、變形、外力損傷、懸空、沖刷等，進(jìn)行評(píng)估及時(shí)發(fā)現(xiàn)海底管道潛在的問(wèn)題并進(jìn)行相關(guān)治理與修復(fù)。在海底管道維修系統(tǒng)和聯(lián)盟未形成前，應(yīng)根據(jù)管線運(yùn)行狀態(tài)和檢測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合損傷出現(xiàn)的頻率，制定不同的維修預(yù)案，對(duì)重要的海底管道建立對(duì)應(yīng)的維修備件庫(kù)，當(dāng)發(fā)生海底管道損傷時(shí)，可及時(shí)提供相應(yīng)的維修配件，縮短整個(gè)維修周期，有利于降低由于海底管道事故帶來(lái)的損失，減少海洋環(huán)境污染。

參考文獻(xiàn)

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