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(yīng)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(shè)中，使用屈曲探測器進(jìn)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(nèi)為例，對本次掉落原因進(jìn)行了分析，并制定解決方案，并成功實(shí)施了屈曲探測器及其附屬物的回收工作，為今后類似應(yīng)急情況積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：百米水深;海底管道;屈曲探測器;應(yīng)急回收

0 引言

在淺水海管鋪設(shè)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(fèi)用低和效果明顯等特點(diǎn)。但是隨著水深的增加，屈曲探測系統(tǒng)更加復(fù)雜，屈曲探測器在使用過程中面臨遺落風(fēng)險(xiǎn)級別提升，已嚴(yán)重影響施工作業(yè)的效率和施工安全。

國內(nèi)海洋工程界對于這種情況的應(yīng)急搶修技術(shù)仍處于技術(shù)理論階段，本文以南海某項(xiàng)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(xiàng)目背景

2015年7月15日，某鋪管船在終止鋪設(shè)時，取出海管中的內(nèi)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(nèi)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(guān)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(shè)放入海管中至鋪設(shè)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(guān)附屬物進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)30m保護(hù)鋼絲繩琵琶頭以及內(nèi)對口器操作桿均有磨損，所以分析認(rèn)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(dǎo)致保險(xiǎn)銷和螺母脫落，從而最終導(dǎo)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(xiǎn)銷的防護(hù)措施，但水深接近100m，著泥點(diǎn)距離作業(yè)線1站位置很遠(yuǎn)，連接屈曲探測器的鋼絲繩長度達(dá)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(zhuǎn)）無法得到有效控制，同時伴隨著應(yīng)力和扭矩集中，其相應(yīng)的疲勞受損和磨損破斷的風(fēng)險(xiǎn)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(nèi)，計(jì)劃使用清管球清管的方式從海管內(nèi)取出，但潛在風(fēng)險(xiǎn)是清管球會與500m鋼絲發(fā)生纏繞，導(dǎo)致清管球和鋼絲繩都無法取出，導(dǎo)致只能使用水下切管或是海管回收的方式修復(fù)，無論哪種方案都是成本極高的方案，且會影響油田的投產(chǎn)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(jìn)行注水清管作業(yè)，根據(jù)計(jì)算結(jié)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(nèi)的泡沫球和清管球進(jìn)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(cè)，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(jié)構(gòu)相似，經(jīng)過分析論證認(rèn)為通過注水清管的方式能夠?qū)⑶綔y器成功取出。為了確保該方案的順利實(shí)施，組織在陸地模擬實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證方案。

模擬試驗(yàn)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(jìn)行注水清管;第三階段反向進(jìn)行上述試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，正向進(jìn)行注水以及通球從管內(nèi)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(shí)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(wǎng)兜用于屈曲探測器及相關(guān)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(shè)備就位;⑤從立管段注水推動清管球;⑥當(dāng)清管球到達(dá)起始端的網(wǎng)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(dāng)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(nèi)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(shí)施

海上施工階段，當(dāng)海管全部鋪設(shè)完畢后，DSV飽和潛水打開一端封頭上的球閥進(jìn)行注水，拆卸封頭和安裝收球網(wǎng)。隨后DSV飽和潛水到另一側(cè)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(dá)收球筒。

經(jīng)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(wǎng)內(nèi)。海管內(nèi)總?cè)莘e約860 m3，現(xiàn)場作業(yè)注水總計(jì)4723 m3，最大流量超過400m3/h，與前期計(jì)算分析以及試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果基本一致。

5 結(jié)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(nèi)的事故也會大大增多，且屈曲探測器掉落海管內(nèi)會引發(fā)很嚴(yán)重的蝴蝶效應(yīng)，本文可以指導(dǎo)事故發(fā)生后應(yīng)急處理方法，但預(yù)防大于應(yīng)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(xiǎn)銷等易損區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)處理;②在海管鋪設(shè)期間，需定期取出屈曲探測器及其連接索具進(jìn)行檢查;③派專人全天監(jiān)控屈曲探測器的拉力測力計(jì)的讀數(shù);④盡量采用其他方式進(jìn)行海管施工屈曲監(jiān)控（例如采用ROV進(jìn)行海管著泥點(diǎn)監(jiān)控）。