建立海底管線應急維修預案的探索

鄭虎斌

中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057

建立海底管線應急維修預案的探索

鄭虎斌

中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057

本文研究了海底管線損傷及泄露原因，通過對比分析目前常用的幾種海底管線維修方案的優缺點及各自適用范圍，提出了建立長效海底管線泄漏應急處置預案的具體措施，從而將海底管線發生泄漏造成油田停產損失及環保風險降到最低。

海底管線；應急預案；機械管卡；球形法蘭；旋轉法蘭；PII技術

0 引言

海底管線按照輸送介質可以分為：原油輸送管線、天然氣輸送管線、注水管線、生產水輸送管線等；按照管線的結構形式可以分為單層管、雙層保溫管、水泥配重管等；按照管線路徑可以分為平臺間管線、平臺到外輸單點間管線、平臺到陸岸終端管線等。目前隨著我國海上石油開采工業的不斷發展，已在渤海、南海、東海等海域鋪設了數十條海底管線，總長度已超過2 000km。海底管線被喻為海上油氣田的生命線，海底管線安全可靠運行是海上油氣田正常生產的根本保證。但是由于海底管線地理位置的特殊性和復雜性,海底管線的泄漏是無法完全避免。雖然我國海上石油開采作業起步比較晚，但也已經有近30年的歷史，很多海上油氣田都已經進入到中后期，海底管線由于腐蝕、疲勞、船舶起拋錨、拖網捕魚或其他因素造成泄漏的事件已經逐步顯現出來，并且也引起了相關部門的高度重視。因此認真分析海底管線產生泄漏的原因、研究安全高效的海底管線修復技術、制定必要的海底管線修復應急預案，力爭將泄漏造成的損失降到最低已經成為海上石油開采面臨的重要的課題之一。

1 造成海底管線泄漏的主要原因分析

導致海底管線泄漏的原因是多方面的，歸納起來有以下幾種：1）管線疲勞腐蝕造成泄漏。海底管線通常的設計壽命在10年～30年左右，由于海底管線的輸送介質都不同程度含有腐蝕性物質，因此到了設計壽命的后期會因為腐蝕穿孔造成泄漏。特別是在油氣田開采的中后期，地質情況和預計情況會有一定的出入，導致海底管線的實際運行工況（溫度、壓力、含水率、流量等）和設計工況有較大出入，從而進一步加大海管泄漏的幾率；2）突發機械外力損傷造成泄漏。很多海底管線的路由都處于航道下方，可能會因為船舶的拋錨或其他的一些海上作業，造成海底管線機械外力損傷引起泄漏；3）管線周圍泥土長期受到涌流沖刷，造成管線懸空，從而產生較大應力對管線造成破壞導致泄漏；4）管線設計不合理、管線本身的材質缺陷和管線施工中造成的損傷未能及時被發現；5）由于操作不當或安全系統操作失靈等因素導致海管憋壓泄漏；6）自然災害如地震、海嘯等不可抗因素造成管線破壞導致泄漏。

2 海底管線泄漏帶來的嚴重后果

由于海底管線在海上石油開采中的重要作用和其特殊的地理位置，因此海底管線出現泄漏所造成的影響和后果都是非常巨大。主要體現在兩個方面：1）引起油氣田停產或減產帶來巨大的經濟損失。海底管線建造時為了確保其在設計壽命期間具有很高的可靠性，從設計到選材都采用十分嚴格的標準和規范，海底管線的材質一般都采用API5LX52ERW以上的鋼管，這種材料以前大部分都需要依賴進口，目前國內也只有少數企業才能夠生產。另外海底管線鋪設的難度和風險都遠高于陸地管線，上述因素直接導致了海底管線高昂的建造成本。為降低建造成本，一般海底管線設計時都沒有備用管線。所以海底管線作為海上油氣田開采的運輸通道，一旦出現泄漏，基本上都會造成油田停產或減產；2）造成嚴重的海洋污染和巨大的資源浪費。海底管線由于其特殊的地理位置和輸送介質的特性，一旦出現泄漏不僅會引起嚴重的海洋環境污染，而且也會造成巨大的資源浪費。近年國內外已發生多起由于海底管線泄漏導致的海域污染事件，并且已經引起國際環保組織的高度重視。

3 目前常用海底管線維修方案各自特點及適用范圍

3.1 利用機械管卡進行修復

這種方案適用于管線整體狀況良好，僅在一兩個部位集中出現穿孔泄漏，并且泄漏點附近的管線沒有大的變形。此種方法特別適用單層管線的快速修復。對于雙層管線只要準確定位內管泄漏位置，然后切除內管漏點處一定長度的外管也可以應用。這種維修方案最大的特點和優點就是安裝簡單、效率高、成本相對較低。目前這種維修方案中用到的關鍵維修材料機械管卡，國內完全可以自己加工生產，質量也能夠滿足要求。具體維修過程如下：

1）找到管線準確的泄漏位置，如果是雙層管需要找到內管泄漏點，并將泄漏點處的外管切除一部分，外管切除的長度要滿足下一步安裝機械管卡的長度要求；

2）對于填埋管線，要用吹泥設備在管段泄漏點四周吹出一定尺寸的安裝坑道，制造出管卡的安裝空間；

3）根據管卡的安裝尺寸要求對泄漏點附近的管線表面進行清理打磨；

4）在浮筒或施工船吊車配合下安裝機械管卡并上緊到設計扭力；

5）按照實際生產要求對整條管線進行試壓。

機械管卡結構示意圖

機械管卡安裝示意圖

機械管卡安裝示意圖

3.2 利用機械連接器、球形法蘭和旋轉法蘭進行修復

這種方案適用于海底管線出現較長管段的損壞或變形引起泄漏的情況，尤其是當利用機械管卡沒法進行有效修復時，這種方法會體現出其優越性。但是這種方案本身具有施工難度大、技術含量高、成本高的缺點。目前這種方案中使用的機械連接器、球形法蘭和旋轉法蘭主要依靠進口。具體維修過程如下：

1）根據管線的損壞程度，確定損壞管線的切割長度；

2）利用吹泥設備在計劃更換管段周圍吹出一定尺寸的作業坑道，制造下一步切割和安裝的空間；

3）利用液壓自爬式切割機切除損壞的管段，如果是雙層管，還要根據機械連接器的安裝尺寸要求，在左右切口處將外管切除一定長度；

4）利用施工船起重設備將切除管段吊開；

5）對兩邊切口的管線表面進行清理打磨；

6）在左右管線頭處安裝機械連接器；

7）將預制好的兩端裝有球形（旋轉）法蘭的管線吊裝就位；

8）進行機械連接器和球形（旋轉）法蘭的調整和連接螺栓緊固；

9）按照實際生產要求對整條管線進行試壓。

損壞管段修復示意圖

3.3 水上焊接和水下干式艙修復方法

除了上述兩種修復方法外，還可以先在水下把管道切斷或切除破損段,然后把兩邊管頭吊出水面,進行水上焊接修復。目前較先進的修復方案是一種稱為水下干式艙的修復方法，我國自行研制的擁有自主知識產權的“十五”863計劃項目“水下干式管道維修技術”已經在渤海進行過試用并已經取得成功。水下干式高壓焊接維修步驟為切除破損管段，在水下安裝焊接工作艙。向工作艙內注入與檢修海域水深相同壓力的高壓氣體，形成干式環境后，即可進行修復海管管端，安裝短節，實施水下干式焊接等作業。這種修復方法的成本高、技術含量高，但由于在干式艙內提供的海管修復環境幾乎和陸地相當，因此更能夠保證修復的質量。

3.4 檢修注意事項及露點查找方法

需要說明的是，無論采用哪一種方案，在進行海底油氣管線維修前都要嚴格按照規范進行置換清洗，否則可能在整個維修中造成二次環境污染。同時如何快速準確的定位漏點，是保證快速修復的關鍵環節。在進行漏點定位時，對單層管可以采用向管線內注氣查找漏點，這種情況相對簡單。但對雙層管漏點的定位就相對困難些，因為外管漏點和內管的漏點位置不一定重疊，實踐證明內管漏點和外管漏點可能相差幾十甚至上百米遠。對于雙層管漏點查找，可以通過在外管開觀察孔或切環向切口，然后向管內注氣，通過比較觀察孔處氣體泄漏的大小和方向，逐步縮小內管漏點范圍，直至最終鎖定內管漏點位置。

4 建立海底管線應急預案的具體措施

隨著海洋石油開采力度的不斷加大，海底管線的數量日益增多，并且很多在用的海底管線都已經接近甚至超過設計壽命，因此海底管線泄漏的隱患也日益嚴重。為了有效的預防海底管線泄漏帶來的經濟損失和環保風險，海底管線所有單位制定系統的海底管線應急維修預案顯得日益迫切，具體包括如下內容：

1）認真做好海底管線基礎資料的整理和管理工作。對每條海底管線建立各自的檔案，詳細記錄海底管線的相關參數如：管線起始/止點坐標、管線長度、管線路由情況、管線的填埋情況、設計壓力、設計溫度、設計流量、管線材質及壁厚、管線內外表面的防腐材料及厚度、犧牲陽極的布置等；

2）利用目前先進的PII（管線完整性檢測）技術對海底管線制定出詳細的檢測計劃，對海底管線的腐蝕狀況、填埋狀況等進行定期檢測。根據每條海底管線的檢測結果，制定出相應的維護計劃，對發現的隱患及時進行整改，力爭將隱患消除在萌芽狀態。對檢測結果顯示管線的腐蝕速率異常情況，要進行深入調查，找出原因并制定整改措施，使海管的壽命得到最大限度的延長；

3）結合海底管線的尺寸參數、使用壽命和路由情況，有針對性的儲備一定型號和數量的管卡及備用管線。目前國內生產制造的管卡已經能夠完全滿足要求，并且價格也比較便宜，對比海管泄漏帶來的損失和風險，這樣的投資還是十分必要的；

4）由海管所屬單位相關職能部門牽頭，建立專門的海管管理及應急搶修隊伍（避免兼職），配備專業人員負責海管日常的檢測維護、應急維修材料備件的管理、維修資料記錄及新海管建造的全程跟蹤，將海管的管理落到實處。

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1674-6708（2011）57-0050-02