湿式回收技术在海底管道修复过程中的应用

阳连丰，张晓健

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

湿式回收技术在海底管道修复过程中的应用

阳连丰，张晓健

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

近年来，海底管道损伤事件时有发生，采取安全、高效的海底管道修复方案才能将海底管道受损造成的损失降到最低。以南海某海洋工程项目海底管道修复施工为例，简要介绍湿式回收技术在海底管道修复过程中的应用及整个修复施工过程，并结合该项目海底管道修复现场施工情况提出海底管道湿式回收过程中的注意事项及建议，为后续类似海底管道受损修复制定施工方案提供一定的经验借鉴。

海底管道修复；湿式回收；海底管道回收工具；钻石线切割机

0 引 言

近年来，随着海洋油气资源的开发不断升温，我国海底管道铺设量不断攀升，分布范围遍及中国各个海域，部分海底管道路由位于渔业捕捞区，尤其是对于非埋设的海底管道，受渔业影响而损伤的风险较大，海底管道受损事件时有发生[1]。一旦海底管道发生损伤，将带来严重的直接影响和难以估量的间接影响。当海底管道发生湿式屈曲或受损进水时，必须将海底管道安全有效地回收至铺管船作业线内进行修复。回收方式分为干式回收和湿式回收[2]。在海底管道回收至作业线之前往往需要使用空压机推动阻水球的方式将管道内海水排出，之后铺管船使用海底管道回收工具(PRT)对海底管道进行回收，即称为海底管道干式回收[3]。海底管道湿式回收是指当海底管道湿式屈曲或受损进水时，在水下切除海底管道受损部分后，直接使用PRT连接A/R缆利用回收张力将海底管道回收至铺管船作业线内。湿式回收的优点主要有效率高、工期短，海上施工成本低，施工准备时间短，设备对船舶甲板占用面积小；缺点则在于回收张力较大，风险较高。与湿式回收相比，干式回收的优点在于回收张力小，风险较低；缺点则主要包括排水工作增加海上施工成本，排水设备体积较大可能导致甲板空间不足，设备选型不合适将造成排水困难，软管水下连接风险高，延长工期。在海底管道受损应急修复过程中，应优先考虑湿式回收。本文以南海某工程项目海底管道修复施工为例，对海底管道湿式回收技术方案进行详细介绍。

1 项目背景

该油田位于香港东南方向195 km，所处位置平均工作水深为90～95 m。油田布置如图1所示。该项目新建的两条海管已经于2015年7月底完成平管部分铺设。海底管道详细参数如表1所示。新建的EP23-1DPP平台与EP18-1DPP平台于2016年上半年完成海上安装。

图1 油田布置图Fig.1 Oil field layout

序号海管路由海管管径/英寸壁厚/mm锚固件间距/m铺设长度/km1EP23-1DPP至HYSY118FPSO12(内管),18(外管)17.5(内管),14.3(外管)50014.02EP24-2DPP至EP18-1DPP10(内管),14(外管)15.9(内管),12.7(外管)36610.6

注：1英寸≈2.54 cm。

该项目新铺设两条双层混输海底管道受渔业捕捞影响均发生较为严重的损坏，见图2。其中12英寸/18英寸海底管道在距离EP23-1平台侧90 m处发生90°弯折，另一条10英寸/14英寸海底管道在距离EP24-2平台侧142 m处发生海底管道发生弯折“打结”。根据调查资料，结合两条海底管道锚固件间距，经技术人员评估核算，10英寸/14英寸海底管道修复长度为732 m，12英寸/18英寸海底管道修复长度为524 m。

为保证油田按期投产并且不影响导管架、组块安装，减少损失，尽快完成海底管道修复迫在眉睫。

图2 海底管道受损照片Fig.2 Damaged pipeline

2 海底管道修复施工方案

根据海底管道修复施工方案，结合整体资源计划安排，确定由海洋石油289深水多功能安装船使用钻石线切割机完成受损海底管道的水下切割工作。由海洋石油201深水铺管船作为主作业船使用PRT完成海底管道作业线回收及重新铺设工作。这两条船均为动力定位船，可以避免在海洋石油118浮式生产储卸装置(FPSO)附近作业所需的限位工作。动力定位船具有良好的机动性能和船舶稳定性，可以有效降低在南海恶劣海况作业的待机率，提高施工效率。

下面以12英寸/18英寸海底管道修复为例对修复方案进行详细介绍。

2.1 海底管道水下切割

本次海底管道修复作业，是国内首次使用钻石线切割机在百米水深级进行海底管道水下切割作业，主要施工工序如下。

(1) 打开海底管道起始封头和终止封头上预装的阀门，使管道自由注满水，保证管道内外压力平衡。

(3) 在船舶甲板完成钻石线切割机调试和参数设定后，将钻石线切割机安装在预定切割点管道上(切割速度8 mm/min)，切割完成后将已切除的受损部分海底管道拖拉移位，避免影响后续施工。

图3 吸泥范围示意图Fig.3 Scope of mud suction

2.2 PRT设备安装

PRT作为一种新型海底管道回收工具近年来已被国外公司成功应用于各类海管回收过程中，此次海底管道修复施工是国内首次采用PRT设备进行海底管道回收，主要施工工序如下。

(1) 在甲板完成PRT设备组装、连接吊索具及调试，使PRT设备承力钢珠与轴套处于分离状态。

(2) 为便于PRT安装，需要对切割后的管段使用沙袋垫高，使海底管道端部抬起与海床形成一定夹角，如图4所示。

图4 PRT安装前管端预处理Fig.4 Pretreatment before PRT installation

(3)下放PRT，通过控制吊机及船位，使PRT设备完全进入管道内部。在水下机器人(ROV)的协助下使PRT承力钢珠处于闭合状态，用承力钢珠与管道内壁牢固结合产生的摩擦力来提供海底管道回收时的张力。

2.3 连接A/R缆

铺管船到达指定位置就位，下放A/R缆，ROV协助将PRT尾端的浮球索具与A/R HOOK完成挂钩连接，如图5所示。

2017年第13号台风“天鸽”引起的潮位高达约8.13m，创南沙潮位历史新高，已建成的灵山岛尖生态景观超级堤经受考验，在此次台风中发挥了重要的防洪效益，为“以宽度换高度、景观沁堤围”的超级堤建设理念提供了很好的工程验证及应用实例支撑。

图5 A/R缆与PRT设备连接Fig.5 A/R cable connecting with PRT

2.4 海底管道湿式回收

首先进行海底管道湿式回收过程计算分析。

计算校核是海底管道湿式回收技术的一个重要组成部分，本次计算分析使用“OFFPIPE-Offshore Pipelay Analysis System”3.02版软件。采用国际标准和规范，使用弹性有限元法，对海底管道湿式回收及铺设过程进行模拟，将海底管道模拟成一系列梁单元，将张紧器、支撑滚轮和海底边界条件模拟成固定端或铰支撑，管道在铺管船与管道着泥点之间的海底管道呈S形曲线，并分成上弯段和下弯段，同时设定管道着泥点处的弯矩为零。OFFPIPE软件是一个大型的商业化铺管专业分析软件，该软件考虑了多种管线支撑和托管架形式，考虑了管线和铺管船在规则波和随机波浪作用下的动力响应。海底管道在湿式回收及铺设过程中产生的应力、应变均不能超过管材技术规格书要求，否则不具备湿式回收条件。图6为海底管道湿式回收示意图。

根据计算结果(见表2)按照设计回收步骤倒船完成双层海管带水湿式回收作业，回收张力为588 kN(10英寸/14英寸管道回收张力为490 kN)。

图6 海底管道湿式回收示意图Fig.6 Wet recovery pipeline

上述计算结果显示海底管道在回收过程中下弯段、上弯段、托管架尾部的应变均满足DNV-OS-F101[4]的规定，该规范要求的海底管道安装期应变允许的范围如表3所示。

表3 海底管道回收允许的应力、应变值[4]

海洋石油201船按照海底管道湿式回收程序继续倒船回收海底管道，将PRT回收至作业线，完成张力转换后移除PRT(见图7)。作业线各个工作站按施工程序进行阳极及防腐涂层清理、内管及外管切割等工作，之后按每次倒船24 m进行管道回收。

图7 海管回收至作业线Fig.7 Pipeline recovery to operating line

倒船回收、切割海底管道至设计位置后，使用新管材按照施工程序进行海底管道湿式铺设作业。当海底管道铺设接近设计Tie-in点时按照施工程序完成海底管道终止铺设作业。

修复完成后使用ROV对海底管道进行后调查。通过ROV视频、激光扫查，确认海底管道外管无其他损伤。

对修复后的海底管道进行整体清管测径，以验证海底管道内管在修复后无屈曲变形。

经现场统计，采用湿式回收方式，每条海底管道从连接A/R缆与PRT到回收至作业线只需5 h左右。如果采用干式回收，回收前需要进行空压机调试、排水软管水下连接、发射阻水球，每条海底管道整个排水过程至少需要24 h。并且受南海恶劣海况影响，作业效率大大折扣，所以干式回收不适用于类似的海底管道紧急修复作业[5]。

3 技术成果应用

此次海底管道受损情况之严重，修复施工技术难度之大、风险之高在国内海洋油气发展史上实属罕见。所取得的技术成果在国内海洋石油工程界形成多项突破。

(1) 使用动力定位铺管船在百米水深级海域以湿式回收方式将海底管道回收至铺管船作业线。

(2) 使用钻石线切割机完成双层海底管道水下切割作业，可保证切口的垂直度、平整度，并且切割效率高，很好地支持了PRT设备的使用。

(3) 使用PRT设备在百米水深级海域将海底管道回收至铺管船作业线。 PRT因使用方便、安全可靠，在国外已得到广泛应用，而在国内尚未见报道。

4 结 语

海底管道一旦发生损伤，务必采取安全、高效、可靠的修复方案才能将造成的损失降到最低。该项目海底管道修复施工作为典型的成功案例可以为后续类似项目提供一定的经验借鉴。下面根据该项目海底管道湿式回收及修复施工经验提出建议供技术人员制定海底管道修复方案时作为参考。

(1) 水深较深的情况下因湿式回收张力较大，需使用PRT设备进行海底管道回收。传统的打孔、穿销方式，可能因海底管道发生撕裂导致回收失败，还可能导致在回收过程中管端处与托管架滚轮发生干涉，造成海底管道回收困难。

(2) 海底管道湿式回收前需先将海底管道另一端封头上注水阀门打开，一方面是为了保证管道内外压力平衡，另一方面使管道内部始终保持注满水的状态，确保管道安全。

(3) PRT设备安装前需要通过采取垫沙袋或吸泥的方式使管道端部与海床保持安全距离，一方面方便PRT安装，另一方面防止泥沙进入影响PRT承力钢珠与管道内壁的结合力。

(4) PRT安装前，需要核实ROV接口是否与PRT快速接头相匹配，否则需要制作转换接头来达到使用要求。

(5) 水下切割点尽可能远离管道明显变形位置，防止管道残余应力在回收过程中释放，否则不但影响施工效率还存在较大的安全隐患。

[1] 魏中格, 齐雅茹, 刘鸿升, 等. 海底管道维修技术[J]. 石油工程建设, 2002, 28(4): 30.

[2] 马肇援. 海底管道维修技术设备[J]. 油气田地面工程, 2001, 20(3): 11.

[3] 高原, 桂津, 宋艳磊. 深水海底管道屈曲修复[J]. 中国造船, 2013(A01): 77.

[4] Det Norske Veritas. Offshore pipeline system[S]. 2013.

[5] 王晓飞, 何建波, 孙庆辉，等. 深水海底管道湿式屈曲修复方案综述[J]. 中国造船, 2015(A01): 174.

ApplicationofWetRecoveryTechnologyintheProcessofSubseaPipelineRepairing

YANG Lian-feng, ZHANG Xiao-jian

(OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.，Tianjin300461,China)

Subsea pipeline damage occurs occasionally in the past few years. A safe and effective subsea pipeline repair program is the key to minimize the loss from pipeline damage. Taking a certain South China Sea subsea pipeline repair project as an example, the application of wet recovery technology and the whole subsea pipeline repair process are detailedly presented. Combined with the practical repair process, we put forward considerations and suggestions in subsea pipeline wet recovery process, which will provide some experience and reference for formulating subsea pipeline repair program in related subsea pipeline repair projects afterwards.

subsea pipeline repair; wet recovery; pipeline recovery tool; diamond wire cutting machine

2016-07-02

阳连丰(1979—)，男，高级工程师，主要从事海洋石油工程项目管理工作。

TE54

A

2095-7297(2016)04-0217-05