南海深水水下清管技術的研究與應用

王 軍，奉 虎，鄭松賢，李友行

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

1 工程概況

番禺34-1 至荔灣3-1 平臺間海底輸氣管線（14 寸/約33 km）所處海域水深190 m，管線完成鋪設之后水下平管段需要實施水下清管作業。

番禺34-1/35-1/35-2 氣田位于我國南海，其中番禺34-1中心平臺距番禺30-1 平臺40 km，距荔灣3-1 平臺33 km，平均水深190 m。番禺34-1 中心平臺至荔灣3-1 中心平臺海底輸氣管道（14 寸，約46.6 cm）將番禺氣田所產天然氣輸送至荔灣3-1 中心平臺進行處理。該海底管線全長33.1 km，管段Φ355.6×15.9 X65 單層3PE 鋼管，包括水下平管段、水下膨脹彎段、立管段、水上工藝管線段。由于在LW3-1 側水下膨脹彎處存在PELT（PipeLine End Termination，管道終端）及SSIV（SubSea Isolation Valve，水下隔離閥系統）閥，SSIV 閥不能通過帶鋼刷的清管器。因此，水平管段鋪設完成后，需對平管段進行水下清管作業。

2 水下清管技術介紹

目前，我國自行實施的深水水下清管案例較少。隨著南海深水油氣資源開發力度的加大，深水水下清管將成為必然趨勢。南海文昌項目中的一條海管進行了水下清管，該項目采取水下發球、水上收球的方式，利用水下插桿式多球發球筒，一次可實現3 個清管球的發球作業（圖1）。

圖1 文昌項目使用的水下插桿式多球發球筒

根據番禺34-1 至荔灣3-1 海底管線特點及其他工程項目經驗，項目采取水下發球、水下收球的方式（圖2），通過動力定位船甲板的清管泵向水下旋鈕式多球發球筒供水，泵與發球筒之間用10 m/根、8 MPa 的高壓注水軟管，軟管之間由10 000磅/平方英寸（68.95 MPa）的由壬連接，軟管端部安裝加力卡子及鐵鏈進行固定，鐵鏈由絞車控制收放，確保軟管安全、快速收放，同時利用水下旋鈕式多球收發球筒（圖3），一次可實現4 個清管球的發球作業，水下收球采用多球收球筒（圖4），一次性接收4 個清管球。

圖2 番禺項目水下多球發球技術流程

圖3 項目使用的水下旋鈕式多球發球筒

3 注水軟管的設計與布置

圖4 項目使用的水下多球收球筒

項目選用的軟管為帶鋼絲內襯的軟管（圖5），將軟管等效成鋼管，計算整體注水軟管的受力情況。模擬管外徑136 mm，壁厚17 mm，密度3147 kg/m3。

圖5 模擬管線各點的細節

使用AutoPipe 軟件進行計算機模擬，建立250 m 鋼管模型（表1），其中200 m 鋼管在水中，50 m 鋼管在水上，將250 m鋼管分節，每節單元長度2.5 m，共100 個節點，設計頂部承受5 t張力，使用Incline 模擬連接點的作用力，施加的外力載荷：重力，浮力，洋流（按+年-遇的最大流速）和波浪（按一年一遇的最大浪高）。

表1 水下各節點處支撐反力情況

經過計算機模擬，水下部分最大支撐反力在A79 附近，在高壓軟管可控的受力范圍內（表1）[2]。其中，A01 為接近海床點，A81 為水面附近點。

4 現場應用效果分析

海管平管清管發球端按照設計流程圖，將現場清管泵、高壓軟管及水下多球發球筒連接起來（圖6）。清管過程中，高壓軟管整體受力均勻，絞車拉力顯示最大為6 t，拉力在可承受的范圍內。飽和潛水員依次打開水下多球發球筒上的球閥，清管球順序依次發出，經過30 h 收球端成功接收到4 個清管器（圖7），清管器取出后無明顯損傷，水下清管作業得以成功實施。

圖6 高壓軟管現場連接

圖7 清管器到達水下多球收球筒

5 結論

（1）番禺項目水下清管技術的成功實施，驗證了旋鈕式水下多球發球筒及高壓軟管連接方式在南海深水作業時的穩定性，為今后類似項目提供了可借鑒的經驗。

（2）高壓軟管的選用及連接方式，采用AutoPipe 軟件進行了受力分析，確保施工過程中高壓軟管在水中的穩定性。

（3）水下旋鈕式多球發球筒及多球收球筒，有效減少潛水員水下工作量，大大縮短水下清管的作業時間，降低施工成本。