海底油氣管道水下維修技術綜述

王宏安

摘 要：海底管道是海上油氣田的重要基礎設施，由于各種原因海底管道會出現損傷造成事故，需要及時修復，盡可能減少海底管道停輸帶來的各種損失，文章對海底管道維修水下技術和深水海底管道系統進行了介紹和分析，并對海底管道安全運行與維修提出了建議。

關鍵詞：海底管道；水下濕式維修；海底管道維修系統

隨著海洋油氣資源的不斷開發，海底管道是海洋油氣資源開發的重要基礎設施之一，海底管網的規模不斷增大，目前已超8000km。海底管道的安全對海上油氣田正常運行至關重要，相對于陸地油氣輸送管道，海底管道長期暴露與惡劣的海洋環境，承受復雜的工作載荷、環境載荷及意外風險，具有極大的失效概率。研究表明第三方破壞、腐蝕、波流沖刷、海床運動、臺風、材料焊接/結構缺陷、設計安裝不當、操作失誤等因素都可能造成海底管道失效[1-2]。對于海底管道一旦發生失效，就會造成巨大的油田停產、輸送中斷等方面經濟損失，同時也會造成極大的海洋環境破壞，對被供應方造成影響。因此，在海底管道發生失效時，需及時進行修復，盡可能地減少因海底管道失效造成的各種損失。

發現海底管道發生失效和損壞一般是突發性的，由于每一條海底管線自身的工作狀態、所處海洋地理環境都有所不同，采取維修的方法和手段也有所差異。目前，對于海底管道維修主要水上維修和水下維修。對于水上維修通常是將管道切斷拖吊出水面，焊接修復后再放回海底，這種維修方法只適應于狀態較好的海底管道，對海域工況有較為嚴格的限制，適應水深較淺。對于水下維修又區分為水下干式維修和水下濕式維修，水下維修技術相對于水上維修具有更大的適應能力，因此文章主要討論水下維修技術。

1 海底管道水下干式維修

對于水深較淺的海底管道且具備一定條件的海底管道常采用水下干式維修，主要維修步驟為：通過多波束剖面聲吶、磁探測儀及各種潛水檢測結合的方法，確定海底管道泄漏位置，引導作業船舶就位，利用開挖設備對水下作業區域進行開挖，滿足水下干式維修裝備的就位與空間需求，并對管線泄漏點進行開孔封堵；干式維修裝備就位與管線上部，U型口合攏，管道密封，將內部海水排出，形成一個干式作業環境，利用切割機具切開破損管道，然后管道組對、管道焊接、焊縫NDT檢驗，管道試壓合格后，干式維修裝備回收；作業區域海床進行回填掩埋。

水下干式維修效果可以保證原有管道整體性能不改變，但是該項技術焊接系統復雜，同時維修過程需要配置大量配套特種裝備，如水下切割機具、大型起重船舶、焊接輔助機具等，對水深和作業海況都有一定的限制。國內研發過水下干式管道維修系統，曾在JZ20-2油田海底管道改線工程、CFD11油田海底電纜檢測維修及復位工程、PL19-3油田WHPB平臺靠船件拆除、潿洲11-4油田等依托工程中應用[3]。國外目前采用該種方式的維修應用較少。

2 海底管道水下濕式維修

對于海底管道水下濕式維修又可區分為不停產開孔維修、停產維修。不停產開孔維修主要針對管道出現腐蝕泄漏但未發生變形，維修步驟為：在管道安裝水下機械三通和開孔機，在不停產的情況下對管道開孔，安裝封堵機和旁路三通，利用封堵機堵住需更換的管道，油氣介質從旁路通過，冷切割切除需更換的管段，安裝連接法蘭、球形法蘭及管段，打開封堵，旁路泄壓，拆除封堵機，管道恢復，海床復原。

停產維修主要包括機械連接器維修與外卡維修。機械連接維修主要包括一系列管段固定和機械密封的構件，長度可以調節，并可與各種法蘭配套，適應于各類海域、水深和作業要求，具有維修時間短費用低等特點。外卡維修主要用于破損較小（裂紋、腐蝕穿孔）的管道，管道外卡應在精度允許范圍內，適應于管道壓力等級和安全等級較低管道[4]。主要步驟為：管道破損處海床清理，切割機具切除管道破損管段（外卡維修不用切除但須清理受損管道表面），管道修復短節（或卡具）就位，安裝更換，管道恢復，海床復原。根據作業水深的不同，修復過程使用潛水員或水下機器人配合機具就位和水下作業。

國外目前以水下濕式維修為主，主要為國家幾家海洋工程公司所掌握，其海底管道修復連接器能適應各種類型的海底管道，具有代表性的主要有墨西哥的Oeeaneering公司、美國T.D. Williamson、美國的Hydratight公司以及QCS公司，這些公司都具有成熟技術與產品，且都有成功的工程實際應用[5]。國內水下濕式維修技術處于發展階段，基本通過與國外公司合作的方式進行。如渤西油田直徑天然氣海底管道的不停產雙封雙堵維修[4]、東海平湖油田輸氣管維修、南海西江24-3油田海管維修等。

3 深水海底管道維修系統

上世紀70年代國外開始了深水油氣田勘探開發，特別是墨西哥灣和北海，主要的深水管道也集中于此，經營此油氣田的大型公司，為了防備颶風或者發生其他不可預料的情況導致管道失效而中斷輸送時，系統和設備能夠快速運至現場并進行搶修，降低各類損失，由Sonsub、Oceaneering、Oil States、Statoil等公司設計和制造了深水海底管線維修系統（Deepwater Pipeline Repair System，簡稱DPRS）及其所需的主要設備和工具[6]。2005年在Katrina颶風影響中，Mars油田TLP的主要出油管線和輸油管線損壞后，使用DPRS搶修得到快速復產，證明了DPRS的重要性和必要性。

一套完整的DPRS主要包括夾具、法蘭、跨接管膨脹彎、提管設備、吹泥泵、管線切割設備、管線終端修理工具、管線回收工具、混凝土加重層或FBE涂層清除工具、焊縫清除工具、連接器、龍門托架、焊接設備、管線終端測量系統等。完成深水海底管線維修還需要ROV作業、飽和潛水作業、DP支持船等的支持；此外，還需要使用索具、進出塢吊、隔離液壓動力模塊、管線脫水裝置、海上動力站等輔助設備[7]。

1987年，美國 Mohr 工程公司發起組建了淺水海底管道維修聯盟，為成員多為油公司和油氣輸送商，聯盟為成員出現管道損壞的緊急情況下提供所需設備，從而降低管道停產、停輸的損失。這為深水海底管道運營商提供了參考，更多公司組成聯盟共同擁有DPRS。2004年，Stress Subsea工程咨詢公司組建深水海底管道緊急維修響應系統聯盟，擁有系列堵漏夾具、膨脹彎和連接器，可以應對1000ft-10000ft水深范圍內4"-24"的深水海底管道的維修，存儲于墨西哥灣，供聯盟內成員使用，從而解決了深水管道維修停產、停輸時間長的問題。

國內海底管線以淺水為主，深水管線較少，對于DPRS相關研究和應用還處于起步階段，但對海底管道維修系統的需求還是迫切，如南海A3油田海管搶修由于維修技術、工具和設備的儲備不足，導致原本計劃1個月的搶修工作歷時近3個月才完成，且對部分漏點只實現了臨時性修復，損失巨大[7]。隨著我國深水油氣田的開發和深水海底管道發展，也需加強DPRS相關裝備研制，盡早形成自有的海底管道維修聯盟，實現資源共享，提高設備利用率。

4 結束語

海底管道是一個系統工程，為保證管道安全運行，應從海底管道設計、制造、運行、檢測、評估、維修等各個階段進行綜合管理，形成海底管道完整系統。另外，應加強定期對海底管道進行檢測，及時發現管道存在的各種幾何缺陷、腐蝕、變形、外力損傷、懸空、沖刷等，進行評估及時發現海底管道潛在的問題并進行相關治理與修復。在海底管道維修系統和聯盟未形成前，應根據管線運行狀態和檢測數據，結合損傷出現的頻率，制定不同的維修預案，對重要的海底管道建立對應的維修備件庫，當發生海底管道損傷時，可及時提供相應的維修配件，縮短整個維修周期，有利于降低由于海底管道事故帶來的損失，減少海洋環境污染。

參考文獻

[1]張秀林，謝麗婉，陳國明.海底管道完整性管理技術[J].石油礦場機械，2011，12：10-15.

[2]方娜，陳國明，朱紅衛，等.海底管道泄漏事故統計分析[J].油氣儲運，2014，1：99-103.

[3]房曉明.海底管線干式維修技術[J].哈爾濱工程大學學報，2008，7：651-657.

[4]劉春厚，潘東民，吳誼山.海底管道維修方法綜述[J].中國海上油氣，2004，1：61-64.

[5]劉永.海底管道修復連接器的研究[D].哈爾濱工程大學，2011.

[6]王常文.深水海底管道維修系統工程應用研究[D].天津大學，2010.

[7]梁富浩，李愛華，張永祥，等.深水海底管線維修系統研究進展及有關問題探討[J].中國海上油氣，2009，5：352-357.