海底管道應(yīng)急回收技術(shù)研究

齊兵兵，王 賀，齊芳芳

深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東深圳 518067

海底管道應(yīng)急回收技術(shù)研究

齊兵兵，王 賀，齊芳芳

深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東深圳 518067

海底管道應(yīng)急維修方法分為水上維修和水下維修。國內(nèi)海底管道主要鋪設(shè)于水深300 m以內(nèi)的淺水區(qū)域，其維修主要采取水上維修方法，因此海底管道應(yīng)急回收技術(shù)是水上維修中的關(guān)鍵步驟，但該技術(shù)在國內(nèi)尚屬薄弱環(huán)節(jié)。以恩平23-1項(xiàng)目為例，介紹了一種新型的海底管道拖拉頭的設(shè)計(jì)及其在水下的安裝步驟，在此基礎(chǔ)上闡述了使用上述設(shè)計(jì)的拖拉頭進(jìn)行海底管道回收的具體步驟等內(nèi)容。工程實(shí)踐表明，該技術(shù)不僅可用于海底管道切割后提吊回收至甲板，也適用于廢棄海底管道的水下拖動(dòng)、移位等作業(yè)；該技術(shù)適用于水深較淺、且海底管道狀態(tài)良好的情況。若海底管道服役年限過長，回收前需要安裝浮袋以降低海底管道所受應(yīng)力，對(duì)于水深300 m以上的深水區(qū)域，需由ROV進(jìn)行操作，并配備專業(yè)ROV開孔工具，施工難度較大。

海底管道；應(yīng)急回收；拖拉頭；水上維修

隨著海洋油氣資源的不斷開發(fā)，海底管道的規(guī)模不斷擴(kuò)大，全世界海底管道總長度已超過8 000 km。據(jù)有關(guān)資料介紹，目前海底管道每年出現(xiàn)損傷和泄漏的概率為2%左右。隨著海底管道的增多和使用年限的增長，海底管道發(fā)生事故的概率亦隨之增加。海底管道一旦發(fā)生損壞，不僅會(huì)污染海洋環(huán)境，而且會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。海底管道應(yīng)急維修得到了各國海洋工程界廣泛的關(guān)注和研究[1-8]。海底管道應(yīng)急維修可分為水下維修和水上維修。水下維修即將損壞的海底管道在水下清理、切割，而后安裝相應(yīng)的維修工具、設(shè)備或者水下干式艙進(jìn)行干式修復(fù)，整個(gè)修復(fù)過程均在水面以下進(jìn)行。水上維修即將海底管道損壞段切割后，提拉至甲板進(jìn)行焊接修復(fù)，完成后再放入海底，主要修復(fù)過程在水面進(jìn)行。

國內(nèi)海底管道主要以淺水區(qū)為主，實(shí)際項(xiàng)目中主要采取水上維修方法。海底管道應(yīng)急回收作為水上維修必要且關(guān)鍵的步驟，在國內(nèi)海底管道維搶修領(lǐng)域尚屬薄弱環(huán)節(jié)。國內(nèi)目前進(jìn)行海底管道應(yīng)急回收是通過安裝PRT（Pipeline Recover Tool） 進(jìn)行的，但是PRT無法由國內(nèi)公司提供，受制于國外技術(shù)壟斷，且進(jìn)口周期在2個(gè)月左右，不能快速動(dòng)員，難以滿足海底管道維搶修的時(shí)效性。

本文結(jié)合恩平23-1海底管道搶修項(xiàng)目，詳細(xì)介紹海底管道維修過程中的新型回收技術(shù)，填補(bǔ)國內(nèi)在海底管道應(yīng)急回收技術(shù)上的空白，以期對(duì)海底管道維修起到借鑒作用。

1 工程概況

恩平23-1油田地處中國南海珠江口西側(cè)，距香港南約200 km，水深90 m。因漁船拖拉管頭導(dǎo)致長約500 m的海底管道端部產(chǎn)生劇烈彎折。綜合考慮事故類型、水域特點(diǎn)、船舶、設(shè)備資源等情況，并對(duì)海底管道進(jìn)行帶水提吊計(jì)算，結(jié)果顯示該海底管道滿足提吊至水面的力學(xué)要求。施工方?jīng)Q定對(duì)損壞段500 m海底管道進(jìn)行水下切割，原海底管道回收至鋪管船上，焊接修復(fù)后，重新鋪設(shè)500 m海底管道。該段海底管道為10 in/14 in（1 in=25.4 mm）雙層管，內(nèi)管材質(zhì)X65（SML），壁厚15.9 mm，外管材質(zhì)X65（HFW），壁厚12.7 mm。

2 海底管道回收技術(shù)

海底管道回收是指將切割后的海底管道端頭提吊回收至鋪管船上的過程。在應(yīng)急維修過程中海底管道在水下完成切割后，端面非常平整，見圖1。

圖1 切割后的海底管道端面示意

在海底管道端頭附近提供合適的受力點(diǎn)是海底管道回收技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過設(shè)計(jì)一種插入海底管道內(nèi)部的拖拉頭，可解決海底管道端部受力點(diǎn)的問題。

2.1 拖拉頭設(shè)計(jì)

（1）拖拉頭設(shè)計(jì)形式。在海底管道端頭附近打孔，打通海底管道左右兩側(cè)后，安裝高強(qiáng)度螺栓，內(nèi)部通過銷軸連接高強(qiáng)度吊耳，繼而通過安裝足夠噸位的卸扣提供海底管道提吊時(shí)的著力點(diǎn)，見圖2。

圖2 拖拉頭設(shè)計(jì)示意

（2）開孔位置。開孔位置距端面既不能太近也不能太遠(yuǎn)。太近，則海底管道提拉過程中受力集中而撕裂海底管道；太遠(yuǎn)，則內(nèi)部銷軸伸入管道太長，安裝困難。見圖3。

圖3 開孔附近管壁受力分析/MPa

（3）開孔直徑?？讖皆酱?，則需要的螺栓直徑越大，不利于潛水員水下進(jìn)行安裝；孔徑越小，螺栓抗剪強(qiáng)度不足，在提拉過程中易發(fā)生彎曲斷裂。在設(shè)計(jì)開孔位置及孔徑大小時(shí)，要綜合考慮海底管道材料、壁厚、所受應(yīng)力、水下安裝等因素，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮一定的安全系數(shù)。

（4）銷軸設(shè)計(jì)。插入海底管道部分的直徑應(yīng)參考海底管道的內(nèi)徑，略小于內(nèi)徑即可。長度越短越好，便于安裝。銷軸端部吊耳強(qiáng)度要充分考慮海底管道提吊過程中的受力情況，并根據(jù)DNV規(guī)范考慮足夠的安全系數(shù)，見圖4。

圖4 銷軸受力分析/MPa

結(jié)合恩平項(xiàng)目雙層管實(shí)際情況，經(jīng)過詳細(xì)設(shè)計(jì)，確定開孔位置距管端面100 mm，開孔直徑80 mm，螺栓直徑76 mm，長500 mm，銷軸總長750 mm，插入管道內(nèi)部400 mm，末端吊耳開孔直徑76 mm。

2.2 拖拉頭安裝

拖拉頭具體安裝步驟如下：

（1）主作業(yè)船舶以DP模式在海底管道端頭位置上方就位。

（2）潛水員入水，在海底管道端頭附近進(jìn)行標(biāo)記，確定鉆孔位置。

（3）下放水下開孔設(shè)備及液壓管道至海底管道端頭位置。開孔設(shè)備見圖5。

圖5 海底管道開孔設(shè)備

（4）潛水員將開孔設(shè)備安裝至海底管道端頭附近位置，鉆頭對(duì)準(zhǔn)開孔位置。

（5）確認(rèn)無誤后，啟動(dòng)甲板液壓動(dòng)力站，開始鉆孔。見圖6。

圖6 海底管道開孔示意

（6）鉆孔完成后，潛水員檢查是否滿足要求，而后回收開孔設(shè)備至甲板。

（7）下放高強(qiáng)度銷軸至海底管道端頭，潛水員將銷軸穿入海底管道內(nèi)部，并安裝螺栓。見圖7。

2.3 海底管道回收

海底管道提吊回收至甲板的具體步驟如下：

（1）鋪管船HYSY202在海底管道端頭位置上方就位。

圖7 拖拉頭安裝后示意

（2）從船尾托管架位置下放A/R絞車勾頭。

（3）ROV入水協(xié)助監(jiān)察，將勾頭連接至海底管道端頭卸扣上，見圖8。

圖8 卸扣與絞車連接示意

（4）甲板回收絞車勾頭，使海底管道通過托管架回收至甲板，ROV監(jiān)控海底管道回收過程，見圖9。

圖9 海底管道回收至托管架示意

（5）海底管道回收至甲板工作站，船尾使用專用夾具夾緊，見圖10。

圖10 海底管道回收至甲板示意

（6）海底管道在甲板固定完成后，即完成了海底管道的回收工作，為甲板焊接修復(fù)做好準(zhǔn)備。

3 結(jié)束語

（1）該技術(shù)不僅可用于海底管道切割后提吊回收甲板，也適用于廢棄海底管道水下拖動(dòng)、移位等作業(yè)。拖拉頭設(shè)計(jì)形式可適用于不同尺寸的海底管道回收作業(yè)，應(yīng)用范圍非常廣泛。

（2）與租用國外的PRT進(jìn)行海底管道回收技術(shù)相比，利用拖拉頭進(jìn)行海底管道回收的所有設(shè)計(jì)、建造、海上施工均可在國內(nèi)獨(dú)立完成，滿足海底管道應(yīng)急搶修的時(shí)效性。

（3） 打破了海底管道應(yīng)急回收必須租用國外PRT設(shè)備的技術(shù)壟斷，填補(bǔ)國內(nèi)在海底管道應(yīng)急回收技術(shù)上的空白，為其他項(xiàng)目提供指導(dǎo)和幫助。

（4）本技術(shù)由潛水員進(jìn)行水下操作施工，適用于水深較淺且海底管道狀態(tài)良好的情況。若海底管道服役年限過長，回收前需要安裝浮袋以降低海底管道所受應(yīng)力。對(duì)于水深300 m以上的深水區(qū)域，需由ROV進(jìn)行操作，并配備專業(yè)ROV開孔工具，施工難度較大。

（5）該技術(shù)在工程實(shí)踐中得到非常成功的應(yīng)用，為國內(nèi)海洋工程技術(shù)發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其他類似項(xiàng)目也有借鑒意義。

[1]宋春娜，林守強(qiáng)，齊兵兵.TSS440在海管檢測(cè)中的應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014（11）：15-17.

[2]王宏安.海底油氣管道水下維修技術(shù)綜述 [J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（8）：143-144.

[3]董志偉，王敏.海管檢測(cè)、維修技術(shù)和新設(shè)備的研究[C]//第五屆中國國際救撈論壇論文集.北京：海洋出版社，2008.

[4]張仕民，譚桂斌，朱霄霄，等.油氣管道維搶修技術(shù)進(jìn)展[J].石油機(jī)械，2011，39（10）：174-178.

[5]房曉明.海底管線干式維修技術(shù)[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，29（7）：651-657．

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[7]張劍波.水下檢測(cè)與維修技術(shù)的發(fā)展綜述[J].中國海洋平臺(tái)，2004，19（3）：45-48．

[8]陳家慶，焦向東，周燦豐，等.水下破損管道維修技術(shù)及其相關(guān)問題[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2004，33（1）：33-37．

Research on subsea pipeline emergency recovery technique

QIBingbing，WAHG He，QIFangfang

COOEC Shenzhen Subsea Technology Co.，Ltd.，Shenzhen 518067，China

Subsea pipeline emergency repair methods are divided into overwater repair and subsea repair.The domestic subsea pipelines mainly exist in shallow water areas with water depth less than 300 m，and adopt mainly the overwater repair method.Emergency recovery technology of subsea pipeline is one of key steps in overwater repair and still is weak spot in domestic subsea pipeline emergency repair.In order to solve the technical problem in subsea pipeline emergency recovery，this paper，taking Enping 23-1 project for instance，designs the pipeline pulling head and its subsea installation method，as well as its concrete application steps.The engineering practice shows that this techn ique can be applied not only in lifting the cut subsea pipeline section to platform，but also in subsea towing and shifting of abandoned pipeline.The technique is suitable for pipelines in shallow water with good state.If pipeline service life has been too long，it is needed to install floating bag to reduce the pipeline load.For the area with water depth over 300 m，it is needed to equip ROV and particular hole boring device，therefore having more construction difficulty.

subsea pipeline；emergency recovery；pulling head；overwater repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.01.008

齊兵兵（1984-），男，河南洛陽人，工程師，2010年畢業(yè)于大連理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)，機(jī)械、英語雙學(xué)位，主要從事水下生產(chǎn)系統(tǒng)安裝、維修、拆除方面的研究工作。

2016-05-11；

2016-11-11

Email：qibb@mail.cooec.com.cn