某已铺设海底管道维修方案研究及成功实践

郎一鸣，贾宏伟，许文兵，孙　焱中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海　200335



某已铺设海底管道维修方案研究及成功实践

郎一鸣，贾宏伟，许文兵，孙焱
中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海200335

摘要：某已铺设海底管道于2006年完成挖沟、下管、清管、试压、并封存有含防腐剂海水，一直处于备用状态，至2013年准备启用。进行相关路由预调查时发现，最后终止头一段约236 m管道呈现77°弯曲状，管头最大偏离处距离原管头位置约237 m。经过相关变形和强度分析证明：该段管道已处于塑性变形，不满足设计强度要求，需要更换。在结合项目已有的相关资源基础上，充分论证了铺管船法和膨胀弯法的优缺点和相关风险，最终采用风险和费用较小的膨胀弯法抢修方案并顺利实施，一次性试压成功，为以后海上类似项目的实施提供相关技术和项目管理经验参考。

关键词：海底管道；强度核算；铺管船；膨胀弯；机械连接器

1　项目背景

东海某闲置老海底管道（简称海管）于2005 年11月由韩国现代重工HD423铺管船铺设完成，2006年5月以过滤且加药处理过的海水为封存液加压封存。2006年6月完成挖沟、自然回填后一直处于备用状态，决定2013年将该海管投入使用。为进一步掌握该海管的埋深状态，2013年4月项目组对该老海管进行了物探调查，发现的问题如图1所示，该管道在距某导管架中心280 m处向东弯曲，海管管头已偏离完工位置约237 m，弯曲段管道与原设计路由大致呈77°角，弯曲段长约236 m，拐点距设计管头位置约为232 m，管头距原设计管道路由约为202 m。为了探明海管的具体受损状态和原因，又对其做了进一步调查，发现偏离段1个位置混凝土层损坏，4个位置有渔网（见图2（a）），2个位置有钢缆存在（见图2（b）），初步判断可能被不明渔船损坏。

2　管道偏离后强度校核

为保证后续海上施工快速顺利实施，项目组对受损海管进行强度校核，从变形后的管道模拟得到弯曲半径为50 m，从而计算出管道及混凝土的最大应力和应变如表1所示。

弯曲段在各个操作工况下的校核结果见表2，其UC值都大于1.0，强度校核不满足DNV- 0S- F101规范［1］要求，需要立即更换。

3　管道维修方案研究

海底管道出现损伤之后，一般需进行管道缺陷检测、损伤的评价及定位，然后据此进行维修方法的选择及工程评价［2］，而海底管道的维抢修方案一般有：封堵修复方案、水下更换修复方案、提升法修复方案。其中封堵修复方案一般用于管道的临时性紧急抢修，而水下更换和提升法修复方案主要用于保证管道的长期安全生产［3- 4］。为此根据本项目特点主要采用需要水下更换的“膨胀弯法”和海管提升的“铺管船法”进行研究。

图1　老海管偏离后状态

图2　打捞上来的终止法兰

表1　受损管段管道应力及混凝土开裂校核结果

表2　各操作工况下的UC校核结果

2013年7月，项目组组织DNV、BV和海洋工程相关专家召开该海管维修方案（“铺管船法”和“膨胀弯法”）论证会。结合当时施工现场的船舶资源、工程风险、采办进度和费用等因素，详细分析了两种方案的优缺点，见表3。

通过对以上两种方案的优缺点分析，考虑到HYSY202铺管船当时已经复员，“深潜号”船就在周边安装膨胀弯，需要用到的法兰有备用件，且该规格的QCS机械连机器的厂家有现货，结合工程风险（浸泡7年的管道配重层非常松软，如果使用张紧器容易滑脱），最后决定采用膨胀弯法对该偏离原铺设位置的老管道进行维修。

表3　老海管抢修方案优缺点对比

4　“膨胀弯法”抢修方案的实践

本项目老海管的抢修工作由海洋石油工程股份有限公司总包，采用上海打捞局的“深潜号”饱和潜水船实施，历时36.42 d。主要工作包括以下几个方面：

（1）受损海管的切割和打磨。因为机械连接器的安装位置上不允许存在环形焊缝，所以切割位置的选择需要根据前期潜水员的调查情况进行适当的调整，以期避开管段上的环形焊缝，然后潜水员使用液压镐和液压打磨刷去除海管切割位置处约1.8 m长的混凝土配重层及防腐层，受损海管切割位置见图3～4。

图3　受损海管切割位置剖面示意

图4　受损海管切割位置示意

（2）机械连接器的安装。甲板人员在机械连接器上安装配套的吊装索具，并与吊机钩头挂钩，吊机吊起机械连接器，下放入水。机械连接器的结构见图5，结构参数见表4。

图5　机械连接器结构剖面

表4　 GripLock型机械连接器参数

（3）潜水员引导吊机，将机械连接器缓缓下放至沙袋上。不允许将机械连接器直接放在泥面上，以防泥沙等杂物进入，影响密封性。

（4）潜水员在机械连接器与A架之间连接倒链，并通过调整3个倒链的长度将机械连接器带有夹持法兰的一端整体套入海管外壁，如图6所示。

（5）“膨胀弯法”的替代直管连接。依次下放、安装4段替代直管短节，短节与短节之间用法兰连接，并对作业区域悬跨位置用沙袋回填、恢复，替代短节上指定位置处混凝土压块摆放，剩余弯曲海管的分段切割及移位，ROV后调查。具体施工过程如图7～10所示。

图6　机械连接器安装平面示意

图7　GripLock型机械连接器

图8　机械连接器吊装下水

图9　替代直管膨胀弯

图10　替代直管膨胀弯下水

5　结束语

本项目已铺老海管的抢修工作从2013年7月27日开始，9月17日完成，历时36.42 d，其中工作时间17.26 d，台风待机11.81 d，因天气待机3.19 d，设备待机0.68 d，机械连接器延长到货待机3.48 d。在整个项目的执行中，项目组经历了问题的发现、分析和解决过程，总结经验如下：

（1）需要结合海管状态、周边情况以及船舶资源等综合因素，决定采用何种抢修方式。

（2）本项目老海管的抢修方案采用饱和潜水水下切割，并用替代直管段作为膨胀弯进行法兰连接，综合考虑技术安全可行，费用最少。

（3）机械连接器在海管抢修方面有着方便、可靠、便于操作的特点，建议已投产的海上油气田为常用管径的海管备用1个机械连接器，以防不时之需。

（4）该项目的成功实践可为以后类似抢修项目提供技术参考。

参考文献

［1］DNV- OS- F101 2010，海底管线系统规范［S］.

［2］王玉梅.国外油气管道修复技术［J］.油气储运，2005，24（12）：13- 16.

［3］江锦.海底油气管道修复技术［J］.海洋石油，2012，32（4）：96- 100.

［4］许文兵.平湖油气田10寸海底输油管线岱山近岸段临时修复［J］.中国海洋平台，2003，18（2）：37- 40.

Repare Proposal Studyand Successful Implementation of ACertain Subsea Pipeline

LANG Yiming，JIAHongwei，XU Wenbing，SUN Yan
CNOOC China Limited Shanghai Branch，Shanghai200335，China

Abstract：A certain old pipeline was laid in 2006 through trenching，laying，pigging，pressure test then filling sea water containing anticorrosion agent. Till 2013，that pipeline was started to put into operation. In pipeline route investigation，it was found that the pipeline end section of about 236 m bent in 77°and the pipeline end deviated 237 m from the original end position. The deformation and strength analyses proved that the pipeline section was in the state of plastic deformation and did not satisfy the design requirement，it needed replacing immediately. Based on the existing information and resources，the relative merits and risks of two repair methods are compared，which are the pipelaying vessel method for pipeline section retrieving，cutting and repairing，and the expansion loop method for underwater cutting and connecting with substitutional straight pipes. Finally，the second method was adopted and was successfully implemented，which lays the technical and project management basis for future similar project.

Keywords：subsea pipeline；strength check；pipelaying vessel；expansion loop；mechanicalconnector

doi:10.3969/j.issn.1001- 2206.2016.02.005

作者简介：

郎一鸣（1982-），男，浙江临安人，高级工程师，2007年毕业于大连理工大学结构抗震专业，硕士，现从事海底管道技术项目管理工作。Email：langym@cnooc.com.cn

收稿日期：2015- 10- 27