濕式回收技術在海底管道修復過程中的應用

陽連豐，張曉健

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

濕式回收技術在海底管道修復過程中的應用

陽連豐，張曉健

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

近年來，海底管道損傷事件時有發生，采取安全、高效的海底管道修復方案才能將海底管道受損造成的損失降到最低。以南海某海洋工程項目海底管道修復施工為例，簡要介紹濕式回收技術在海底管道修復過程中的應用及整個修復施工過程，并結合該項目海底管道修復現場施工情況提出海底管道濕式回收過程中的注意事項及建議，為后續類似海底管道受損修復制定施工方案提供一定的經驗借鑒。

海底管道修復；濕式回收；海底管道回收工具；鉆石線切割機

0 引 言

近年來，隨著海洋油氣資源的開發不斷升溫，我國海底管道鋪設量不斷攀升，分布范圍遍及中國各個海域，部分海底管道路由位于漁業捕撈區，尤其是對于非埋設的海底管道，受漁業影響而損傷的風險較大，海底管道受損事件時有發生[1]。一旦海底管道發生損傷，將帶來嚴重的直接影響和難以估量的間接影響。當海底管道發生濕式屈曲或受損進水時，必須將海底管道安全有效地回收至鋪管船作業線內進行修復。回收方式分為干式回收和濕式回收[2]。在海底管道回收至作業線之前往往需要使用空壓機推動阻水球的方式將管道內海水排出，之后鋪管船使用海底管道回收工具(PRT)對海底管道進行回收，即稱為海底管道干式回收[3]。海底管道濕式回收是指當海底管道濕式屈曲或受損進水時，在水下切除海底管道受損部分后，直接使用PRT連接A/R纜利用回收張力將海底管道回收至鋪管船作業線內。濕式回收的優點主要有效率高、工期短，海上施工成本低，施工準備時間短，設備對船舶甲板占用面積小；缺點則在于回收張力較大，風險較高。與濕式回收相比，干式回收的優點在于回收張力小，風險較低；缺點則主要包括排水工作增加海上施工成本，排水設備體積較大可能導致甲板空間不足，設備選型不合適將造成排水困難，軟管水下連接風險高，延長工期。在海底管道受損應急修復過程中，應優先考慮濕式回收。本文以南海某工程項目海底管道修復施工為例，對海底管道濕式回收技術方案進行詳細介紹。

1 項目背景

該油田位于香港東南方向195 km，所處位置平均工作水深為90～95 m。油田布置如圖1所示。該項目新建的兩條海管已經于2015年7月底完成平管部分鋪設。海底管道詳細參數如表1所示。新建的EP23-1DPP平臺與EP18-1DPP平臺于2016年上半年完成海上安裝。

圖1 油田布置圖Fig.1 Oil field layout

序號海管路由海管管徑/英寸壁厚/mm錨固件間距/m鋪設長度/km1EP23-1DPP至HYSY118FPSO12(內管),18(外管)17.5(內管),14.3(外管)50014.02EP24-2DPP至EP18-1DPP10(內管),14(外管)15.9(內管),12.7(外管)36610.6

注：1英寸≈2.54 cm。

該項目新鋪設兩條雙層混輸海底管道受漁業捕撈影響均發生較為嚴重的損壞，見圖2。其中12英寸/18英寸海底管道在距離EP23-1平臺側90 m處發生90°彎折，另一條10英寸/14英寸海底管道在距離EP24-2平臺側142 m處發生海底管道發生彎折“打結”。根據調查資料，結合兩條海底管道錨固件間距，經技術人員評估核算，10英寸/14英寸海底管道修復長度為732 m，12英寸/18英寸海底管道修復長度為524 m。

為保證油田按期投產并且不影響導管架、組塊安裝，減少損失，盡快完成海底管道修復迫在眉睫。

圖2 海底管道受損照片Fig.2 Damaged pipeline

2 海底管道修復施工方案

根據海底管道修復施工方案，結合整體資源計劃安排，確定由海洋石油289深水多功能安裝船使用鉆石線切割機完成受損海底管道的水下切割工作。由海洋石油201深水鋪管船作為主作業船使用PRT完成海底管道作業線回收及重新鋪設工作。這兩條船均為動力定位船，可以避免在海洋石油118浮式生產儲卸裝置(FPSO)附近作業所需的限位工作。動力定位船具有良好的機動性能和船舶穩定性，可以有效降低在南海惡劣海況作業的待機率，提高施工效率。

下面以12英寸/18英寸海底管道修復為例對修復方案進行詳細介紹。

2.1 海底管道水下切割

本次海底管道修復作業，是國內首次使用鉆石線切割機在百米水深級進行海底管道水下切割作業，主要施工工序如下。

(1) 打開海底管道起始封頭和終止封頭上預裝的閥門，使管道自由注滿水，保證管道內外壓力平衡。

(3) 在船舶甲板完成鉆石線切割機調試和參數設定后，將鉆石線切割機安裝在預定切割點管道上(切割速度8 mm/min)，切割完成后將已切除的受損部分海底管道拖拉移位，避免影響后續施工。

圖3 吸泥范圍示意圖Fig.3 Scope of mud suction

2.2 PRT設備安裝

PRT作為一種新型海底管道回收工具近年來已被國外公司成功應用于各類海管回收過程中，此次海底管道修復施工是國內首次采用PRT設備進行海底管道回收，主要施工工序如下。

(1) 在甲板完成PRT設備組裝、連接吊索具及調試，使PRT設備承力鋼珠與軸套處于分離狀態。

(2) 為便于PRT安裝，需要對切割后的管段使用沙袋墊高，使海底管道端部抬起與海床形成一定夾角，如圖4所示。

圖4 PRT安裝前管端預處理Fig.4 Pretreatment before PRT installation

(3)下放PRT，通過控制吊機及船位，使PRT設備完全進入管道內部。在水下機器人(ROV)的協助下使PRT承力鋼珠處于閉合狀態，用承力鋼珠與管道內壁牢固結合產生的摩擦力來提供海底管道回收時的張力。

2.3 連接A/R纜

鋪管船到達指定位置就位，下放A/R纜，ROV協助將PRT尾端的浮球索具與A/R HOOK完成掛鉤連接，如圖5所示。

2017年第13號臺風“天鴿”引起的潮位高達約8.13m，創南沙潮位歷史新高，已建成的靈山島尖生態景觀超級堤經受考驗，在此次臺風中發揮了重要的防洪效益，為“以寬度換高度、景觀沁堤圍”的超級堤建設理念提供了很好的工程驗證及應用實例支撐。

圖5 A/R纜與PRT設備連接Fig.5 A/R cable connecting with PRT

2.4 海底管道濕式回收

首先進行海底管道濕式回收過程計算分析。

計算校核是海底管道濕式回收技術的一個重要組成部分，本次計算分析使用“OFFPIPE-Offshore Pipelay Analysis System”3.02版軟件。采用國際標準和規范，使用彈性有限元法，對海底管道濕式回收及鋪設過程進行模擬，將海底管道模擬成一系列梁單元，將張緊器、支撐滾輪和海底邊界條件模擬成固定端或鉸支撐，管道在鋪管船與管道著泥點之間的海底管道呈S形曲線，并分成上彎段和下彎段，同時設定管道著泥點處的彎矩為零。OFFPIPE軟件是一個大型的商業化鋪管專業分析軟件，該軟件考慮了多種管線支撐和托管架形式，考慮了管線和鋪管船在規則波和隨機波浪作用下的動力響應。海底管道在濕式回收及鋪設過程中產生的應力、應變均不能超過管材技術規格書要求，否則不具備濕式回收條件。圖6為海底管道濕式回收示意圖。

根據計算結果(見表2)按照設計回收步驟倒船完成雙層海管帶水濕式回收作業，回收張力為588 kN(10英寸/14英寸管道回收張力為490 kN)。

圖6 海底管道濕式回收示意圖Fig.6 Wet recovery pipeline

上述計算結果顯示海底管道在回收過程中下彎段、上彎段、托管架尾部的應變均滿足DNV-OS-F101[4]的規定，該規范要求的海底管道安裝期應變允許的范圍如表3所示。

表3 海底管道回收允許的應力、應變值[4]

海洋石油201船按照海底管道濕式回收程序繼續倒船回收海底管道，將PRT回收至作業線，完成張力轉換后移除PRT(見圖7)。作業線各個工作站按施工程序進行陽極及防腐涂層清理、內管及外管切割等工作，之后按每次倒船24 m進行管道回收。

圖7 海管回收至作業線Fig.7 Pipeline recovery to operating line

倒船回收、切割海底管道至設計位置后，使用新管材按照施工程序進行海底管道濕式鋪設作業。當海底管道鋪設接近設計Tie-in點時按照施工程序完成海底管道終止鋪設作業。

修復完成后使用ROV對海底管道進行后調查。通過ROV視頻、激光掃查，確認海底管道外管無其他損傷。

對修復后的海底管道進行整體清管測徑，以驗證海底管道內管在修復后無屈曲變形。

經現場統計，采用濕式回收方式，每條海底管道從連接A/R纜與PRT到回收至作業線只需5 h左右。如果采用干式回收，回收前需要進行空壓機調試、排水軟管水下連接、發射阻水球，每條海底管道整個排水過程至少需要24 h。并且受南海惡劣海況影響，作業效率大大折扣，所以干式回收不適用于類似的海底管道緊急修復作業[5]。

3 技術成果應用

此次海底管道受損情況之嚴重，修復施工技術難度之大、風險之高在國內海洋油氣發展史上實屬罕見。所取得的技術成果在國內海洋石油工程界形成多項突破。

(1) 使用動力定位鋪管船在百米水深級海域以濕式回收方式將海底管道回收至鋪管船作業線。

(2) 使用鉆石線切割機完成雙層海底管道水下切割作業，可保證切口的垂直度、平整度，并且切割效率高，很好地支持了PRT設備的使用。

(3) 使用PRT設備在百米水深級海域將海底管道回收至鋪管船作業線。 PRT因使用方便、安全可靠，在國外已得到廣泛應用，而在國內尚未見報道。

4 結 語

海底管道一旦發生損傷，務必采取安全、高效、可靠的修復方案才能將造成的損失降到最低。該項目海底管道修復施工作為典型的成功案例可以為后續類似項目提供一定的經驗借鑒。下面根據該項目海底管道濕式回收及修復施工經驗提出建議供技術人員制定海底管道修復方案時作為參考。

(1) 水深較深的情況下因濕式回收張力較大，需使用PRT設備進行海底管道回收。傳統的打孔、穿銷方式，可能因海底管道發生撕裂導致回收失敗，還可能導致在回收過程中管端處與托管架滾輪發生干涉，造成海底管道回收困難。

(2) 海底管道濕式回收前需先將海底管道另一端封頭上注水閥門打開，一方面是為了保證管道內外壓力平衡，另一方面使管道內部始終保持注滿水的狀態，確保管道安全。

(3) PRT設備安裝前需要通過采取墊沙袋或吸泥的方式使管道端部與海床保持安全距離，一方面方便PRT安裝，另一方面防止泥沙進入影響PRT承力鋼珠與管道內壁的結合力。

(4) PRT安裝前，需要核實ROV接口是否與PRT快速接頭相匹配，否則需要制作轉換接頭來達到使用要求。

(5) 水下切割點盡可能遠離管道明顯變形位置，防止管道殘余應力在回收過程中釋放，否則不但影響施工效率還存在較大的安全隱患。

[1] 魏中格, 齊雅茹, 劉鴻升, 等. 海底管道維修技術[J]. 石油工程建設, 2002, 28(4): 30.

[2] 馬肇援. 海底管道維修技術設備[J]. 油氣田地面工程, 2001, 20(3): 11.

[3] 高原, 桂津, 宋艷磊. 深水海底管道屈曲修復[J]. 中國造船, 2013(A01): 77.

[4] Det Norske Veritas. Offshore pipeline system[S]. 2013.

[5] 王曉飛, 何建波, 孫慶輝，等. 深水海底管道濕式屈曲修復方案綜述[J]. 中國造船, 2015(A01): 174.

ApplicationofWetRecoveryTechnologyintheProcessofSubseaPipelineRepairing

YANG Lian-feng, ZHANG Xiao-jian

(OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.，Tianjin300461,China)

Subsea pipeline damage occurs occasionally in the past few years. A safe and effective subsea pipeline repair program is the key to minimize the loss from pipeline damage. Taking a certain South China Sea subsea pipeline repair project as an example, the application of wet recovery technology and the whole subsea pipeline repair process are detailedly presented. Combined with the practical repair process, we put forward considerations and suggestions in subsea pipeline wet recovery process, which will provide some experience and reference for formulating subsea pipeline repair program in related subsea pipeline repair projects afterwards.

subsea pipeline repair; wet recovery; pipeline recovery tool; diamond wire cutting machine

2016-07-02

陽連豐(1979—)，男，高級工程師，主要從事海洋石油工程項目管理工作。

TE54

A

2095-7297(2016)04-0217-05