百米水深級海底管道中遺落屈曲探測器取出方法研究及應用

范景濤 高慶有 董廣寧 宋艷磊 劉雷坤

摘 要：在百米級水深的海管鋪設中，使用屈曲探測器進行屈曲監(jiān)控是檢測海管是否屈曲的常規(guī)手段之一。本文以屈曲探測器遺落在百米水深級海管內為例，對本次掉落原因進行了分析，并制定解決方案，并成功實施了屈曲探測器及其附屬物的回收工作，為今后類似應急情況積累了寶貴經驗。

關鍵詞：百米水深;海底管道;屈曲探測器;應急回收

0 引言

在淺水海管鋪設中，屈曲探測器監(jiān)控是檢測海管是否屈曲的手段之一，具有費用低和效果明顯等特點。但是隨著水深的增加，屈曲探測系統(tǒng)更加復雜，屈曲探測器在使用過程中面臨遺落風險級別提升，已嚴重影響施工作業(yè)的效率和施工安全。

國內海洋工程界對于這種情況的應急搶修技術仍處于技術理論階段，本文以南海某項目為例，介紹了遺落在海管中的屈曲探測器及其附屬物的取出方案。

1 項目背景

2015年7月15日，某鋪管船在終止鋪設時，取出海管中的內對口器和第1節(jié)30m直徑16mm鋼絲繩后，未發(fā)現(xiàn)的剩余500m鋼絲繩和屈曲探測器。屈曲探測器的連接方式如下：

屈曲探測器和內對口器通過3個6.5t卡環(huán)和兩根直徑為16mm（500m+30m）的鋼絲繩連接，具體詳見下圖：

在發(fā)現(xiàn)屈曲探測器等相關附屬物遺落后，安排ROV檢查海管，海管無異常情況，所以可以證明屈曲探測器的掉落不是海管屈曲造成的。

2 原因分析

屈曲探測器自海管起始鋪設放入海管中至鋪設完畢，均未曾取出，所以無法確定屈曲探測器的具體遺落時間和相對位置。

通過現(xiàn)場對屈曲探測器相關附屬物進行檢查，發(fā)現(xiàn)30m保護鋼絲繩琵琶頭以及內對口器操作桿均有磨損，所以分析認為：脫落位置發(fā)生在500m和30m鋼絲繩連接處的6.5T卸扣，卡環(huán)被磨損導致保險銷和螺母脫落，從而最終導致屈曲探測器以及500m鋼絲繩掉落在海管中。

屈曲探測器安裝過程中，雖然連接卡環(huán)采取了安裝保險銷的防護措施，但水深接近100m，著泥點距離作業(yè)線1站位置很遠，連接屈曲探測器的鋼絲繩長度達到500多米，因此屈曲探測器及鋼絲繩在海管中的摩擦力比較大，牽引鋼絲繩和連接卡環(huán)的受力和狀態(tài)（比如扭轉）無法得到有效控制，同時伴隨著應力和扭矩集中，其相應的疲勞受損和磨損破斷的風險較高。加之屈曲探測器通過錨固件時，鋼絲繩及卡環(huán)會再次磨損，最終卡環(huán)由于安全銷磨損脫落。

3 解決方案

屈曲探測器和500m鋼絲繩遺落到海管內，計劃使用清管球清管的方式從海管內取出，但潛在風險是清管球會與500m鋼絲發(fā)生纏繞，導致清管球和鋼絲繩都無法取出，導致只能使用水下切管或是海管回收的方式修復，無論哪種方案都是成本極高的方案，且會影響油田的投產時間。

初步方案如下：

①在膨脹彎安裝完成后，將清管泵放在平臺上進行注水清管作業(yè)，根據(jù)計算結果采用0.9MPa壓力、流量250m3/h以上的水泵推動清管球即可將屈曲探測器推出，將封頭內的泡沫球和清管球進行通球作業(yè);②如果正向無法將探測器推出，可將清管水泵安裝在另一側，放入清管球反向推動將探測器排除。

由于屈曲探測器與清管球、測量球結構相似，經過分析論證認為通過注水清管的方式能夠將曲探測器成功取出。為了確保該方案的順利實施，組織在陸地模擬實驗以驗證方案。

模擬試驗分為三個階段：第一階段單純注水;第二階段放入清管球后進行注水清管;第三階段反向進行上述試驗。根據(jù)試驗結果顯示，正向進行注水以及通球從管內排出的方案是可行的，但反向注水的方案不可行。

海上作業(yè)實施方案如下：

①飽和潛水員拆除起始端和終止端封頭，管線注水;②安裝網兜用于屈曲探測器及相關附屬物接收;③安裝膨脹彎，將平管和立管連接起來;④平臺上清管設備就位;⑤從立管段注水推動清管球;⑥當清管球到達起始端的網兜后;⑦飽和潛水在水下收集排除的屈曲探測器，鋼絲和清管球等。當通過注水和通清管球仍無法將屈曲探測器及鋼絲繩等附屬物從海管內排出，將采取第2套方案：

①安裝一個帶定位功能的智能電子清管球，打開清管泵注水通球;②采用ROV沿著海管航行監(jiān)控清管球的位置，如果清管球不能順利將屈曲探測器排除，而是清管球位置長時間不再變化，記錄清管球所在位置，表明屈曲探測器就在該位置附近。

根據(jù)屈曲探測器的所在位置，決策是通過切割回收海管的方式把屈曲探測器取出或者在水下將此段海管切斷將探測器取出，然后水下封堵器安裝膨脹彎的方式連接兩端海管。

4 現(xiàn)場實施

海上施工階段，當海管全部鋪設完畢后，DSV飽和潛水打開一端封頭上的球閥進行注水，拆卸封頭和安裝收球網。隨后DSV飽和潛水到另一側封頭將軟管連接發(fā)球筒，打開球閥后向海管注水通球，潛水員水下操作閥門控制發(fā)球，測量注水體積和甲板注水口壓力變化判斷球是否到達收球筒。

經過16.5h的注水，清管泵的壓力明顯降低，隨后飽和潛水員將注水軟管從發(fā)球筒拆除。飽和潛水支持船航行到另外一端，潛水員下水檢查發(fā)現(xiàn)屈曲探測器和500m鋼絲已在收球網內。海管內總容積約860 m3，現(xiàn)場作業(yè)注水總計4723 m3，最大流量超過400m3/h，與前期計算分析以及試驗模擬結果基本一致。

5 結語

在淺水鋪管作業(yè)中，基本都會使用到屈曲探測器用以監(jiān)控海管屈曲情況，但隨著鋪管作業(yè)的增多，屈曲探測器掉落海管內的事故也會大大增多，且屈曲探測器掉落海管內會引發(fā)很嚴重的蝴蝶效應，本文可以指導事故發(fā)生后應急處理方法，但預防大于應急，所以在后續(xù)施工中，建議采取以下措施避免發(fā)生：

①在安裝屈曲探測器時，需對卡環(huán)保險銷等易損區(qū)域進行加強處理;②在海管鋪設期間，需定期取出屈曲探測器及其連接索具進行檢查;③派專人全天監(jiān)控屈曲探測器的拉力測力計的讀數(shù);④盡量采用其他方式進行海管施工屈曲監(jiān)控（例如采用ROV進行海管著泥點監(jiān)控）。