法蘭機械連接器在海洋石油單層保溫管維修中的應用

李旸，許光偉，劉巖(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

隨著我國能源產業增儲上產“七年行動計劃”戰略的實施，海上油氣田對海底管道需求逐年增加。在海底管道服役過程中，存在因腐蝕、外力作用、環境變化等原因出現損傷和泄漏的可能性。這對于油氣田正常生產和海洋環境保護造成了很大隱患和不利影響，因此，常態化修復海底管道的突發故障，及時予以修復成為了保障海上油氣田穩定運營的關鍵。常見的海底管道維修方法為外部封堵卡具和更換受損管線，本文介紹了采用法蘭機械連接器在海底管道維修中的應用，并對工程實施進行了分析。

1 法蘭機械連接器簡介

法蘭機械連接器作為海底管道維修的手段之一，在國外已有成熟的產品和應用。相對于臨時管卡，法蘭機械連接器可以提供符合原管道設計壓力、強度的能力，可滿足修復后長期運行的需求。同時法蘭機械連接器在施工過程中，不需要將受損管道出水更換，在很大程度上節省資源投入。

典型的法蘭機械連接器為Griplock Mechanical End Connector，即夾鎖式機械端部連接器。結構形式包括楔形結構加持鎖緊裝置和內置密封圈，依靠裝置外部螺栓的預緊提供密封驅動力，外置鎖緊裝置的楔形結構產生徑向收縮，卡住管道外壁，同時密封圈壓縮變形，緊密貼合管線外表面，從而產生可靠密封。螺栓緊固后進行機械連接器自密封試驗，以檢驗密封可靠性。

Griplock Mechanical End Connector法蘭機械連接器的構造及外觀形式如圖1和圖2所示。

2 應用工程概況

某海上油田高壓注水管線發生泄漏，該海底管線為單層保溫配重管，管道尺寸直徑323.9 mm，壁厚12.7 mm，材質 API 5L X65直縫高頻電阻焊鋼管。管線設計壓力13.8 MPa，設計溫度86 ℃。該管線為單層保溫配重管，采用FBE防腐+聚氨酯泡沫保溫+高密度聚乙烯夾克+混凝土配重的形式，海區水深28 m[1]。

圖 1法蘭機械連接器結構形式

圖2 法蘭機械連接器實物

3 實施方案

經檢查確認，泄漏位置在近井口平臺一側，位于膨脹彎與平管連接的法蘭面處，兩側法蘭分別為球法蘭和旋轉法蘭。

3.1 修復方案比選

3.1.1 臨時抱卡形式

常用的海底管線外部封堵卡具為貼合管線外壁的抱卡形式，適用于管線直管段的點狀穿孔或泄漏。對于法蘭面泄漏的情況，經與相關廠家調研，需要根據法蘭外形尺寸特制卡具，歷時較長，而且僅作為臨時措施，不能從根本上解決問題。

3.1.2 更換受損法蘭

因位置處于平管與膨脹彎連接處，如更換受損法蘭，需將平管段和膨脹彎分別吊裝出水，切割原法蘭，再將新的法蘭與海管焊接后，重新連接平管與膨脹彎。此方案一方面需采辦同型號法蘭，而法蘭的供貨期一般為24周左右；同時海上施工需大型浮吊配合，選取有利季節施工。經分析，上述情況不利于緊急修復，因此無法采用該種方法[2]。

3.1.3 安裝法蘭機械連接器

經與相關設備供應商聯系，采用法蘭機械連接器可達到原管線的壓力和強度要求，供貨期可以縮短在6周。且整個安裝過程均為潛水作業，僅有首節膨脹彎和連接短節需要吊裝配合，作業實施風險相對較小，對于維修實施的整體周期、風險和費用比較可控，因此選用此方案。

3.2 法蘭機械連接器方案實施步驟

3.2.1 作業區域清理并切除受損法蘭

首先移除海管上覆蓋的水泥壓塊，使用水下吹泥設備開挖作業坑，作業坑尺寸為：長以法蘭為中心兩側各3 m、寬以管線為中心兩側各1 m、坑底深度距管底1 m。然后采用水下冷切割工具，分別將平管端和膨脹彎端的受損法蘭切除并回收。

3.2.2 安裝法蘭機械連接器及連接短節

首先利用高壓水設備清理管端的水泥配重層、保溫層及防腐層，直至露出鋼管表面，清理長度約2 m。然后根據安裝程序的標準化實施要求，水下安裝法蘭機械連接器。將機械連接器平穩下放至海管側部，確認內部無雜物，再裝至海管端部。使用液壓拉伸器對螺栓進行拉伸緊固后，對機械連接器進行自密封試驗，試驗合格后，水下測量兩個法蘭連接器之間的間距，確定連接短節的長度并回裝。

3.2.3 試壓及恢復注水

法蘭機械連接器、連接短節及膨脹彎連接完成后，首先進行清管通球，然后根據海管試壓方案進行試壓，穩壓時間及壓降均滿足要求，并經工程方、作業方及第三方見證，達到海管恢復注水生產的條件。隨后在作業坑處填放沙袋處理懸空，在海管上方放置水泥壓塊進行后保護[3]。

4 實施分析

本次法蘭機械連接器在海洋石油單層保溫管維修工程中的應用施工正處于春季季風季節，現場統計的風力情況為：6級及6級以上風力天氣占70%，對于作業效率影響較大。

采取的措施有：(1)浮吊盡可能在油田現場抗風，減少起拋錨和航行耽誤的時間；(2)通過調整船艏朝向、錨纜等措施，保持最佳船位，減少涌浪對潛水作業的影響，在6～7級風時仍有機會堅持潛水作業；(3)實際統計的船舶天氣待機率為33.7%，遠低于大風天氣比例。

主要工作包括拆除膨脹彎、檢查法蘭面、安裝機械連接器、安裝連接短節、回裝膨脹彎、試壓、壓塊恢復及海床處理，各工序時間分布如圖3所示：海管表面處理用時最長，主要原因為水下處理海管水泥配重、聚氨酯泡沫保溫和FBE防腐層均由潛水員完成，期間主要是受天氣影響較大；而機械連接器和連接短節安裝僅用時7 d，施工效率較高。各施工工序時間分布統計如圖3所示[4]。

圖3 各施工工序時間分布統計

對于潛水作業的效率，也進行了統計分析，基本情況為：(1)受天氣影響，大風待機期間無法實施潛水作業；(2)在平潮時段不持續的條件下，流向流速變化大，降低了潛水效率；(3)氣候窗與平潮吻合的情況下，潛水效率充分，有利于實施作業。因此為了充分利用該時間段，當時加強協調力度，調集周邊潛水員資源，保證了連續作業，使得海管維修整體進度得到保障，順利完成。

5 結語

綜上所述，此次法蘭機械連接器在渤海單層保溫配重海管維修的應用和實踐，實施過程安全可靠，實施效果達到要求，資源投入和成本可控，此次維修同時也積累了相關工程經驗。法蘭機械連接器形式與封堵卡具和更換海管的維修方式相比，在條件適宜的情況下，具備可實施性和可操作性，總體風險、費用及工期可控，可以作為近海海底管道應急維修方案的選項之一，對于此后海底管道維修提供借鑒參考。