渤海某海底管道凹陷損傷部位更換維修作業方案設計

樊榮興，雷海，郭增伍，楊陽，何澤宇,3，王海朋,3

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油(天津)管道工程技術有限公司，天津 300452；3.天津北海油人力資源咨詢服務公司，天津 300452)

0 引言

海底管道[1-3]是通過密閉的管道在海底連續輸送大量油(氣)的管道，是海上油(氣)田開發生產系統的主要組成部分，也是最快捷、最安全和經濟可靠的海上油氣運輸方式。由于海底管道服役條件[4-5]苛刻，一旦發生損傷[6]，后續更換維修作業將會產生巨大的經濟和時間成本。

近期，渤海某海底管道受船舶棄錨外力拖拽偏離原路由，進而導致局部凹陷受損。已知管道設計內徑為330.2 mm，凹陷后最小內徑為240 mm，凹陷深度達到26.2% OD，超出行業標準SY/T 6996—2014要求，需要對管道變形段進行更換維修作業。本文對該海底管道的更換維修作業提出設計思路與施工方案，旨在為后續類似海底管道的更換維修作業提供技術參考。

1 作業方案設計

1.1 技術路線

本次更換維修作業的技術路線：(1)對事故管線探摸、勘察，確定管線凹陷及棄錨、錨鏈位置；(2)制定事故管線修復方案；(3)海管備管、檢驗；(4)根據修復方案，進行事故管線修復施工；(5)管線回接完成后，管線試壓；(6)管線排水復產；(7)新安裝管線懸空處理、安裝法蘭保護器；(8)海管維修段地貌恢復。

事故管線的維修方案確定應以前期管線探摸與勘察結果為依據，當確定需要更換維修后，應嚴格控制備管的質量，按照標準DNV OSF101—2012對鋼管及涂層進行檢驗，現場施工應嚴格按照工作程序與技術要求執行。

1.2 探摸與勘察

事故管線的探摸與勘察工作按照下面工作程序執行。(1)對事故管線開展側掃數據聲納地貌勘察，重點關注指定區域內的錨痕總長、錨痕寬度、錨痕起點及終點、錨鏈拖痕等；(2)對錨痕與管溝交叉點的定點掃描聲吶圖像進行分析，重點關注錨痕深度及附近有無障礙物等；(3)通過實時三維掃描聲吶對錨痕與管溝的交叉點區域進行地貌勘察；(4)潛水探摸與吹泥勘察，確認障礙物、錨痕與管溝交叉點的情況(如：錨尖、錨冠距溝底距離)；(5)得出調查結論，并根據局部凹陷受損情況，按照SY/T 6996—2014標準進行評估，若超出標準要求，深度大于6%管道直徑的凹陷，即開展管線更換維修方案制定。

1.3 管道更換維修方案

本次修復方案采用換管維修，更換維修示意圖如圖1所示，即為在設計切割點位置進行水下切割，將棄錨及廢管回收，然后安裝機械連接器，水下測量后甲板預制直管段，水下直管段連接，試壓合格后排水復產，安裝法蘭保護器。施工流程如下：

圖1 管道更換維修示意圖

修復方案設計—法蘭、管線等物料驗收—陸地預制及設備調試—設備裝船動員—拋錨就位—錨鏈和障礙物回收—棄錨點兩側及切割點挖溝暴露、涂層清理—管線停產、海管切割—棄錨及廢管回收—機械連接器安裝—預制直管段、自試壓—管線排水復產—法蘭保護器安裝—船舶、設備及人員復產—倒駁、卸駁。

1.3.1 船舶就位

設備人員動員至現場，船舶拋錨就位。定位工程師根據現場實際情況在陸地繪制施工船拋錨就位圖，船舶航行至施工區域后經現場核實無誤后通過定位系統指引拋錨船為主作業船拋錨就位。

1.3.2 錨鏈及障礙物回收

潛水員找到錨鏈與錨冠位置，利用電氧切割設備將距離錨冠5 m遠處錨鏈環切斷，切割前對要切割的錨鏈環與前面連接的錨鏈環做好絕緣處理，施工現場可根據實際錨鏈狀態評估采用分段打撈或整體打撈回收。如存在其他障礙物，例如漁網，潛水員應前往裸漏漁網位置切割回收漁網。

1.3.3 修復管段挖溝暴露

為方便切割設備及水泥涂層清理設備的安裝及運轉，利用挖溝機對棄錨兩側的管段進行挖溝暴露，挖溝暴露作業坑長約10 m，寬約4 m，管線懸空約1 m。

1.3.4 水泥層及涂層清理

管線挖溝暴露作業結束后，使用高壓水設備清理水泥涂層和防腐層，露出金屬管道，滿足安裝機械連接器的空間要求，涂層清理尺寸示意圖如圖2所示。

圖2 涂層清理尺寸示意圖

1.3.5 管線切入點切割

停產清洗完成后，現場使用金剛石繩鋸機對選好的切割點進行冷切割。水下最終切割位置要滿足法蘭安裝的要求，即切割后的光管長度至少為70 cm，海管切斷后使用機械管堵進行臨時封堵。

1.3.6 棄錨回收及廢棄管線回收

棄錨回收：對棄錨的位置進行吹坑暴露，潛水員下水捆綁吊帶，利用吊機吊裝棄錨(含5 m錨鏈)出水。

棄管回收：對水下廢棄管線進行吊裝回收至船舶甲板。

1.3.7 安裝機械連接器

機械連接器需滿足管線的設計及試驗載荷，機械連接器用來連接管線，其一端采用機械式的壓緊密封與管線連接，另一端與標準法蘭面連接，避免水下焊接。

1.3.8 更換短節預制

使用水下測量儀測量兩管端法蘭平面之間的距離和角度，若海管的兩個法蘭端面不在一條直線時，需要使用施工船浮吊或卷揚機將焊有法蘭的兩端調整到一條直線上；根據測量結果甲板預制更換短節，短節兩端焊接旋轉法蘭；為保護管線不受腐蝕，需在一節短節上焊接陽極；短節預制完成后，在甲板對短節進行水壓試驗，試壓壓力為設計壓力的1.15倍，穩壓時間6 h。

1.3.9 短節水下安裝

短節預制完成后，甲板配扣，調平短節，浮吊船吊機將短節吊裝下水；潛水員拆除管堵并指揮吊機完成短節對接；潛水員穿上所有法蘭螺栓后，先使用棘輪扳手緊固螺栓，然后使用液壓拉伸器按照液壓拉伸程序對螺栓進行對稱、均勻加力。

1.3.10 海管驗收復產和保護

每個法蘭安裝完成后，在法蘭連接處使用自試壓墊圈，試壓壓力為設計壓力的1.15倍，穩壓時間15 min；平臺側向管線內放入直板排水球，注天然氣升壓排水，升壓至正常壓力后，潛水員觀測法蘭無泄漏，管線復產；法蘭位置安裝法蘭保護器。

2 地貌勘察及修復

凹陷海管維修完畢后需要對該區域地貌進行修復，采取相應防護手段保證海管能夠抵御海流沖刷和通航船舶的錨刮、錨擊，主要工作包括以下3項：(1)根據管線參數、修復區域海底海流流速、海床地質條件和通航評估等數據進行計算，設計維修后地貌修復方案；(2)根據設計方案編制具體地貌修復施工方案；(3)組織現場施工。

本次海管修復過程中，管道凹陷位置區域存在一處較大坑區，該處坑長約為85 m，寬度為10～15 m，最大坑深約2.5 m。維修后海管處于懸空狀態，需對開挖的溝槽進行回填修復，傳統的砂袋回填需要人工潛水搬運，考慮溝槽空間狹窄且海流沖刷嚴重人工潛水作業風險高，故采用拋石回填恢復地貌。此外，本段管道距錨地僅2 km，船舶落錨、拖錨頻率較高，已發生錨掛造成海管凹陷事故，屬于高風險區域，勘察結果顯示該區域海流沖刷嚴重，存在大范圍埋深不足情況，單純回填覆蓋不足以形成有效防護。因此，采用拋石回填和鋪設柔性防護墊相結合的方式進行恢復治理，此種方案既可以消除管線的懸空隱患，又可以有效防止第三方對管道的破壞。

3 結語

我國海洋油氣資源豐富，隨著“海洋強國”戰略的實施，圍繞海洋油氣開采的相關儀器設備國產化替代以及相關設備的維修維護技術開發將會愈發重要。海底管道完整性事關油氣開采連續化生產，第三方破壞的維修工更換作屬于應急處理范疇，一旦事故發生后，需要立即組織資料開展維修工作。海底管道維修前需根據管道的損壞程度、維修能力及作業支持船舶的綜合能力等因素選擇合適的維修方法[7]。本文針對局部凹陷受損的事故管線如何開展應急維修，提出了參考性的作業方案設計思路，旨在為后續類似海底管道的更換維修作業提出技術參考，具有重要意義。力爭海底管道維修技術向程序化、科學化、定量化評估方向發展。