金剛石線切割鋸在海管維修中的應(yīng)用

魏行超， 齊兵兵， 王迪祥， 劉玉強， 高峰， 盧偉強

（1.深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東深圳 518067；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

海底管道是指設(shè)置于海底用于輸送原油、天然氣、淡水、污水的管道。隨著海洋油氣資源的不斷開發(fā)，海底管道的規(guī)模不斷擴大，目前已超過8000 km。依有關(guān)資料，目前海管每年出現(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，不僅會污染海洋環(huán)境，而且會造成巨大的經(jīng)濟損失[1-3]。因此需要在最短時間內(nèi)進行修復(fù)。對于受損面積較大或者通過管卡無法完全修復(fù)的海管，維修過程需要對受損段海管進行切割、更換。切割工具是影響水下管線切割作業(yè)效率的最重要因素，其效率高低直接影響到海管維修速度的快慢。選擇合適的水下管線切割工具，不僅要確保切割管線端面滿足施工要求，同時也保證快速地完成切割作業(yè)。

金剛石線切割鋸，又叫鉆石線切割鋸，是一種水下專用管線切割工具。由于其安全、高效的特點，越來越多地受到作業(yè)者的青睞，使用范圍越來越廣。文中結(jié)合恩平23-1海管搶修項目，詳細闡述金剛石線切割鋸構(gòu)成與工作原理，以及具體實施步驟。

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。海管為10"/14"雙層管，內(nèi)管材料X65（SML）,壁厚15.9 mm,外管材料X65（HFW），壁厚12.7 mm。2016年初調(diào)查發(fā)現(xiàn)，因漁船拖拉管頭導(dǎo)致海管端部約500 m海管產(chǎn)生劇烈彎折。根據(jù)施工方案，需要對該段海管進行切割更換。

2 切割鋸設(shè)備

根據(jù)海管特點，該項目選用的海管切割設(shè)備是WACHS生產(chǎn)的型號為WS3012金剛石線切割鋸，海管切割范圍從12"～30"。

2.1 設(shè)備組成

金剛石線切割鋸共包含三部分：控制系統(tǒng)、液壓管線和金剛石線切割鋸本體。

1）控制系統(tǒng)。兼容液壓動力站并通過控制輸出液壓動力來控制金剛石線切割鋸切割海管作業(yè)，包括金剛石線切割鋸夾持海管、驅(qū)動線鋸運轉(zhuǎn)、切割海管等動作?？刂瓢迳系囊簤罕韺崟r監(jiān)控輸出壓力，見圖1。

圖1 切割鋸控制系統(tǒng)

圖2 液壓管線

2）液壓管線。負責(zé)傳輸從控制系統(tǒng)至金剛石線切割鋸的液壓油，提供動力至金剛石線切割鋸。共6條，長度均為200 m。其中直徑為1"管線一條，直徑3/4"管線一條，直徑1/2"管線4條，耐壓達到17.24 MPa。每兩條管線組成一個液壓回路控制鉆石切割鋸一個功能，由滾筒協(xié)助下放，見圖2。

3）金剛石線切割鋸本體主要包含3個系統(tǒng)：金剛石線驅(qū)動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)和夾緊系統(tǒng)。

a.驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動輪通過液壓馬達使切割線繞著切割系統(tǒng)回路轉(zhuǎn)動，由驅(qū)動輪、張緊輪、兩個滾輪以及張緊彈簧等組成，見圖3。

b.進給系統(tǒng)。用于上下驅(qū)動鋸弓和切割系統(tǒng)對管線進行切割，并在切割后將鋸弓收回，包括進給橫梁、進給絲杠及鋸弓等,見圖4。

c.夾持系統(tǒng)。兩個夾持臂通過兩個帶尖形的叉形銷子固定在主框架上。通過調(diào)整叉形銷子的位置來調(diào)節(jié)切割鋸夾持海管時的工作尺寸 ：14”、18”、20”、26”、30”。可通過在夾持板中間墊鋼板等夾持更小尺寸的海管。夾持臂通過安裝在框架上的液壓油缸進行嚙合。當(dāng)油缸被展開時，夾持支軸向內(nèi)去抓管子的下面，并將設(shè)備牢牢地固定在上面,見圖5。

圖3 驅(qū)動系統(tǒng)部件

圖4 進給系統(tǒng)部件

圖5 切割鋸夾持系統(tǒng)部件

2.2 工作原理

工作時，首先調(diào)節(jié)叉形銷軸的位置，使切割鋸的夾持尺寸與海管相符；其次將金剛石線切割鋸安裝至海管上，使其垂直于海管，控制液壓油缸的延伸來完成對海管的夾持；確認夾持牢固后，通過控制面板驅(qū)動金剛石線高速運轉(zhuǎn)，同時開啟進給系統(tǒng)；金剛石線高速旋轉(zhuǎn)緩慢前進，金剛石線上的人造鉆石（金剛石）顆粒對海管進行高速摩損，利用鉆石比海管材料硬度高的特性，從而達到“切割”海管的目的，見圖6。

3 具體施工步驟

圖6 海管切割

利用金剛石線進行海管切割具體施工步驟如下：1）船舶甲板確認金剛石線切割鋸夾持尺寸與目標海管尺寸相符，將金剛石線切割鋸連接液壓管線進行調(diào)試，確保其夾持、進給、切割等功能正常使用；2）吊機下放金剛石線切割鋸入水，同時絞車下放液壓管道入水；3）吊機入水10 m后，緩慢靠近船舷邊，施工人員將液壓管線綁扎固定在吊機鋼絲繩上。每5 m綁扎一次，綁扎好以后，吊機下放5 m，共綁扎18次,見圖7；4）甲板各方保持充分溝通，液壓管線下放速度與吊機下放速度保持一致。金剛石線從甲板下放至海底指定位置。ROV在水下監(jiān)控整個下放過程，見圖8；5）吊機下放切割鋸距海床10 m左右，吊機旋轉(zhuǎn)將金剛石線切割鋸下放至海管附近位置；6）下放潛鐘至海底，潛水員出鐘,ROV回收待命；7）潛水員引導(dǎo)吊機將金剛石線切割鋸下放至海管切割位置；8）設(shè)備工程師根據(jù)潛水員視頻監(jiān)控，指導(dǎo)潛水員進行金剛石線切割鋸安裝,見圖9；9）切割鋸垂直安裝至海管上方，工程師操作甲板控制面板，控制切割鋸油缸緩慢夾緊海管,見圖10；10）潛水員檢查液壓管線有無泄漏及確認切割鋸是否夾緊海管；11）切割鋸夾緊海管后，工程師開始操作金剛石線切割鋸進刀；12）潛水員確認金剛石線高速運轉(zhuǎn)，進給系統(tǒng)正常工作，潛水員離開3 m左右安全距離，監(jiān)控海管切割過程；13）根據(jù)海管材料及半徑，金剛石線切割鋸調(diào)整合適切割速度，切割速度設(shè)定為8 mm/min,見圖9；14）海管切割完成后，工程師控制油缸回收，潛水員協(xié)助將金剛石線切割鋸拆除；15）吊機將金剛石線切割鋸回收甲板。

圖7 液壓管綁扎至吊機鋼絲繩

4 施工注意事項

圖8 金剛石線切割鋸下放示意圖

圖9 金剛石線切割鋸安裝示意圖

圖10 設(shè)備工程師操作切割鋸

1）潛水員監(jiān)控時應(yīng)站在彎曲海管內(nèi)側(cè)，防止海管在切斷后回彈造成安全隱患；2）切割過程中，吊機與切割鋸始終保持掛鉤狀態(tài)，液壓管及吊機鋼絲繩需保留一定的余量，避免由于風(fēng)浪影響而對海管及切割鋸造成損壞；3）切割過程中，金剛石線會有磨損，切割效率會越來越低。為提高水下施工效率，通常每條金剛石線用于切割海管次數(shù)為1～2次；即每切兩道口，需更換一次金剛石線；4）彎曲海管切割時需考慮到海管所受的扭力，防止在切割完成95%左右時，海管端面發(fā)生錯位，卡死金剛石線，造成切割中斷。

5 結(jié)語

金剛石線切割鋸不僅適用于海底石油管道切割，也適用于天然氣管道切割；不僅可用于單層管，也可用于雙層管切割。因其操作簡單、切割效率高、且切口端面平整，故得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)水深超過200 m后，金剛石線切割鋸由ROV直接在水下提供動力，不再由甲板下放液壓管線。其金剛石線價格不菲，且需頻繁更換，若項目中切割工作量過大，則需重新評估其經(jīng)濟性。因此需要根據(jù)水下管線切割項目的特點，選擇合適的水下切割工具。

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