海底管道應急回收技術研究

齊兵兵，王 賀，齊芳芳

深圳海油工程水下技術有限公司，廣東深圳 518067

海底管道應急回收技術研究

齊兵兵，王 賀，齊芳芳

深圳海油工程水下技術有限公司，廣東深圳 518067

海底管道應急維修方法分為水上維修和水下維修。國內海底管道主要鋪設于水深300 m以內的淺水區域，其維修主要采取水上維修方法，因此海底管道應急回收技術是水上維修中的關鍵步驟，但該技術在國內尚屬薄弱環節。以恩平23-1項目為例，介紹了一種新型的海底管道拖拉頭的設計及其在水下的安裝步驟，在此基礎上闡述了使用上述設計的拖拉頭進行海底管道回收的具體步驟等內容。工程實踐表明，該技術不僅可用于海底管道切割后提吊回收至甲板，也適用于廢棄海底管道的水下拖動、移位等作業；該技術適用于水深較淺、且海底管道狀態良好的情況。若海底管道服役年限過長，回收前需要安裝浮袋以降低海底管道所受應力，對于水深300 m以上的深水區域，需由ROV進行操作，并配備專業ROV開孔工具，施工難度較大。

海底管道；應急回收；拖拉頭；水上維修

隨著海洋油氣資源的不斷開發，海底管道的規模不斷擴大，全世界海底管道總長度已超過8 000 km。據有關資料介紹，目前海底管道每年出現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的增長，海底管道發生事故的概率亦隨之增加。海底管道一旦發生損壞，不僅會污染海洋環境，而且會造成巨大的經濟損失。海底管道應急維修得到了各國海洋工程界廣泛的關注和研究[1-8]。海底管道應急維修可分為水下維修和水上維修。水下維修即將損壞的海底管道在水下清理、切割，而后安裝相應的維修工具、設備或者水下干式艙進行干式修復，整個修復過程均在水面以下進行。水上維修即將海底管道損壞段切割后，提拉至甲板進行焊接修復，完成后再放入海底，主要修復過程在水面進行。

國內海底管道主要以淺水區為主，實際項目中主要采取水上維修方法。海底管道應急回收作為水上維修必要且關鍵的步驟，在國內海底管道維搶修領域尚屬薄弱環節。國內目前進行海底管道應急回收是通過安裝PRT（Pipeline Recover Tool） 進行的，但是PRT無法由國內公司提供，受制于國外技術壟斷，且進口周期在2個月左右，不能快速動員，難以滿足海底管道維搶修的時效性。

本文結合恩平23-1海底管道搶修項目，詳細介紹海底管道維修過程中的新型回收技術，填補國內在海底管道應急回收技術上的空白，以期對海底管道維修起到借鑒作用。

1 工程概況

恩平23-1油田地處中國南海珠江口西側，距香港南約200 km，水深90 m。因漁船拖拉管頭導致長約500 m的海底管道端部產生劇烈彎折。綜合考慮事故類型、水域特點、船舶、設備資源等情況，并對海底管道進行帶水提吊計算，結果顯示該海底管道滿足提吊至水面的力學要求。施工方決定對損壞段500 m海底管道進行水下切割，原海底管道回收至鋪管船上，焊接修復后，重新鋪設500 m海底管道。該段海底管道為10 in/14 in（1 in=25.4 mm）雙層管，內管材質X65（SML），壁厚15.9 mm，外管材質X65（HFW），壁厚12.7 mm。

2 海底管道回收技術

海底管道回收是指將切割后的海底管道端頭提吊回收至鋪管船上的過程。在應急維修過程中海底管道在水下完成切割后，端面非常平整，見圖1。

圖1 切割后的海底管道端面示意

在海底管道端頭附近提供合適的受力點是海底管道回收技術的重點和難點。通過設計一種插入海底管道內部的拖拉頭，可解決海底管道端部受力點的問題。

2.1 拖拉頭設計

（1）拖拉頭設計形式。在海底管道端頭附近打孔，打通海底管道左右兩側后，安裝高強度螺栓，內部通過銷軸連接高強度吊耳，繼而通過安裝足夠噸位的卸扣提供海底管道提吊時的著力點，見圖2。

圖2 拖拉頭設計示意

（2）開孔位置。開孔位置距端面既不能太近也不能太遠。太近，則海底管道提拉過程中受力集中而撕裂海底管道；太遠，則內部銷軸伸入管道太長，安裝困難。見圖3。

圖3 開孔附近管壁受力分析/MPa

（3）開孔直徑?？讖皆酱?，則需要的螺栓直徑越大，不利于潛水員水下進行安裝；孔徑越小，螺栓抗剪強度不足，在提拉過程中易發生彎曲斷裂。在設計開孔位置及孔徑大小時，要綜合考慮海底管道材料、壁厚、所受應力、水下安裝等因素，設計時需考慮一定的安全系數。

（4）銷軸設計。插入海底管道部分的直徑應參考海底管道的內徑，略小于內徑即可。長度越短越好，便于安裝。銷軸端部吊耳強度要充分考慮海底管道提吊過程中的受力情況，并根據DNV規范考慮足夠的安全系數，見圖4。

圖4 銷軸受力分析/MPa

結合恩平項目雙層管實際情況，經過詳細設計，確定開孔位置距管端面100 mm，開孔直徑80 mm，螺栓直徑76 mm，長500 mm，銷軸總長750 mm，插入管道內部400 mm，末端吊耳開孔直徑76 mm。

2.2 拖拉頭安裝

拖拉頭具體安裝步驟如下：

（1）主作業船舶以DP模式在海底管道端頭位置上方就位。

（2）潛水員入水，在海底管道端頭附近進行標記，確定鉆孔位置。

（3）下放水下開孔設備及液壓管道至海底管道端頭位置。開孔設備見圖5。

圖5 海底管道開孔設備

（4）潛水員將開孔設備安裝至海底管道端頭附近位置，鉆頭對準開孔位置。

（5）確認無誤后，啟動甲板液壓動力站，開始鉆孔。見圖6。

圖6 海底管道開孔示意

（6）鉆孔完成后，潛水員檢查是否滿足要求，而后回收開孔設備至甲板。

（7）下放高強度銷軸至海底管道端頭，潛水員將銷軸穿入海底管道內部，并安裝螺栓。見圖7。

2.3 海底管道回收

海底管道提吊回收至甲板的具體步驟如下：

（1）鋪管船HYSY202在海底管道端頭位置上方就位。

圖7 拖拉頭安裝后示意

（2）從船尾托管架位置下放A/R絞車勾頭。

（3）ROV入水協助監察，將勾頭連接至海底管道端頭卸扣上，見圖8。

圖8 卸扣與絞車連接示意

（4）甲板回收絞車勾頭，使海底管道通過托管架回收至甲板，ROV監控海底管道回收過程，見圖9。

圖9 海底管道回收至托管架示意

（5）海底管道回收至甲板工作站，船尾使用專用夾具夾緊，見圖10。

圖10 海底管道回收至甲板示意

（6）海底管道在甲板固定完成后，即完成了海底管道的回收工作，為甲板焊接修復做好準備。

3 結束語

（1）該技術不僅可用于海底管道切割后提吊回收甲板，也適用于廢棄海底管道水下拖動、移位等作業。拖拉頭設計形式可適用于不同尺寸的海底管道回收作業，應用范圍非常廣泛。

（2）與租用國外的PRT進行海底管道回收技術相比，利用拖拉頭進行海底管道回收的所有設計、建造、海上施工均可在國內獨立完成，滿足海底管道應急搶修的時效性。

（3） 打破了海底管道應急回收必須租用國外PRT設備的技術壟斷，填補國內在海底管道應急回收技術上的空白，為其他項目提供指導和幫助。

（4）本技術由潛水員進行水下操作施工，適用于水深較淺且海底管道狀態良好的情況。若海底管道服役年限過長，回收前需要安裝浮袋以降低海底管道所受應力。對于水深300 m以上的深水區域，需由ROV進行操作，并配備專業ROV開孔工具，施工難度較大。

（5）該技術在工程實踐中得到非常成功的應用，為國內海洋工程技術發展提供了寶貴的經驗，對其他類似項目也有借鑒意義。

[1]宋春娜，林守強，齊兵兵.TSS440在海管檢測中的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2014（11）：15-17.

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Research on subsea pipeline emergency recovery technique

QIBingbing，WAHG He，QIFangfang

COOEC Shenzhen Subsea Technology Co.，Ltd.，Shenzhen 518067，China

Subsea pipeline emergency repair methods are divided into overwater repair and subsea repair.The domestic subsea pipelines mainly exist in shallow water areas with water depth less than 300 m，and adopt mainly the overwater repair method.Emergency recovery technology of subsea pipeline is one of key steps in overwater repair and still is weak spot in domestic subsea pipeline emergency repair.In order to solve the technical problem in subsea pipeline emergency recovery，this paper，taking Enping 23-1 project for instance，designs the pipeline pulling head and its subsea installation method，as well as its concrete application steps.The engineering practice shows that this techn ique can be applied not only in lifting the cut subsea pipeline section to platform，but also in subsea towing and shifting of abandoned pipeline.The technique is suitable for pipelines in shallow water with good state.If pipeline service life has been too long，it is needed to install floating bag to reduce the pipeline load.For the area with water depth over 300 m，it is needed to equip ROV and particular hole boring device，therefore having more construction difficulty.

subsea pipeline；emergency recovery；pulling head；overwater repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.01.008

齊兵兵（1984-），男，河南洛陽人，工程師，2010年畢業于大連理工大學機械設計制造及自動化專業，機械、英語雙學位，主要從事水下生產系統安裝、維修、拆除方面的研究工作。

2016-05-11；

2016-11-11

Email：qibb@mail.cooec.com.cn