海底管道应急回收技术研究

齐兵兵，王 贺，齐芳芳

深圳海油工程水下技术有限公司，广东深圳 518067

海底管道应急回收技术研究

齐兵兵，王 贺，齐芳芳

深圳海油工程水下技术有限公司，广东深圳 518067

海底管道应急维修方法分为水上维修和水下维修。国内海底管道主要铺设于水深300 m以内的浅水区域，其维修主要采取水上维修方法，因此海底管道应急回收技术是水上维修中的关键步骤，但该技术在国内尚属薄弱环节。以恩平23-1项目为例，介绍了一种新型的海底管道拖拉头的设计及其在水下的安装步骤，在此基础上阐述了使用上述设计的拖拉头进行海底管道回收的具体步骤等内容。工程实践表明，该技术不仅可用于海底管道切割后提吊回收至甲板，也适用于废弃海底管道的水下拖动、移位等作业；该技术适用于水深较浅、且海底管道状态良好的情况。若海底管道服役年限过长，回收前需要安装浮袋以降低海底管道所受应力，对于水深300 m以上的深水区域，需由ROV进行操作，并配备专业ROV开孔工具，施工难度较大。

海底管道；应急回收；拖拉头；水上维修

随着海洋油气资源的不断开发，海底管道的规模不断扩大，全世界海底管道总长度已超过8 000 km。据有关资料介绍，目前海底管道每年出现损伤和泄漏的概率为2%左右。随着海底管道的增多和使用年限的增长，海底管道发生事故的概率亦随之增加。海底管道一旦发生损坏，不仅会污染海洋环境，而且会造成巨大的经济损失。海底管道应急维修得到了各国海洋工程界广泛的关注和研究[1-8]。海底管道应急维修可分为水下维修和水上维修。水下维修即将损坏的海底管道在水下清理、切割，而后安装相应的维修工具、设备或者水下干式舱进行干式修复，整个修复过程均在水面以下进行。水上维修即将海底管道损坏段切割后，提拉至甲板进行焊接修复，完成后再放入海底，主要修复过程在水面进行。

国内海底管道主要以浅水区为主，实际项目中主要采取水上维修方法。海底管道应急回收作为水上维修必要且关键的步骤，在国内海底管道维抢修领域尚属薄弱环节。国内目前进行海底管道应急回收是通过安装PRT（Pipeline Recover Tool） 进行的，但是PRT无法由国内公司提供，受制于国外技术垄断，且进口周期在2个月左右，不能快速动员，难以满足海底管道维抢修的时效性。

本文结合恩平23-1海底管道抢修项目，详细介绍海底管道维修过程中的新型回收技术，填补国内在海底管道应急回收技术上的空白，以期对海底管道维修起到借鉴作用。

1 工程概况

恩平23-1油田地处中国南海珠江口西侧，距香港南约200 km，水深90 m。因渔船拖拉管头导致长约500 m的海底管道端部产生剧烈弯折。综合考虑事故类型、水域特点、船舶、设备资源等情况，并对海底管道进行带水提吊计算，结果显示该海底管道满足提吊至水面的力学要求。施工方决定对损坏段500 m海底管道进行水下切割，原海底管道回收至铺管船上，焊接修复后，重新铺设500 m海底管道。该段海底管道为10 in/14 in（1 in=25.4 mm）双层管，内管材质X65（SML），壁厚15.9 mm，外管材质X65（HFW），壁厚12.7 mm。

2 海底管道回收技术

海底管道回收是指将切割后的海底管道端头提吊回收至铺管船上的过程。在应急维修过程中海底管道在水下完成切割后，端面非常平整，见图1。

图1 切割后的海底管道端面示意

在海底管道端头附近提供合适的受力点是海底管道回收技术的重点和难点。通过设计一种插入海底管道内部的拖拉头，可解决海底管道端部受力点的问题。

2.1 拖拉头设计

（1）拖拉头设计形式。在海底管道端头附近打孔，打通海底管道左右两侧后，安装高强度螺栓，内部通过销轴连接高强度吊耳，继而通过安装足够吨位的卸扣提供海底管道提吊时的着力点，见图2。

图2 拖拉头设计示意

（2）开孔位置。开孔位置距端面既不能太近也不能太远。太近，则海底管道提拉过程中受力集中而撕裂海底管道；太远，则内部销轴伸入管道太长，安装困难。见图3。

图3 开孔附近管壁受力分析/MPa

（3）开孔直径。孔径越大，则需要的螺栓直径越大，不利于潜水员水下进行安装；孔径越小，螺栓抗剪强度不足，在提拉过程中易发生弯曲断裂。在设计开孔位置及孔径大小时，要综合考虑海底管道材料、壁厚、所受应力、水下安装等因素，设计时需考虑一定的安全系数。

（4）销轴设计。插入海底管道部分的直径应参考海底管道的内径，略小于内径即可。长度越短越好，便于安装。销轴端部吊耳强度要充分考虑海底管道提吊过程中的受力情况，并根据DNV规范考虑足够的安全系数，见图4。

图4 销轴受力分析/MPa

结合恩平项目双层管实际情况，经过详细设计，确定开孔位置距管端面100 mm，开孔直径80 mm，螺栓直径76 mm，长500 mm，销轴总长750 mm，插入管道内部400 mm，末端吊耳开孔直径76 mm。

2.2 拖拉头安装

拖拉头具体安装步骤如下：

（1）主作业船舶以DP模式在海底管道端头位置上方就位。

（2）潜水员入水，在海底管道端头附近进行标记，确定钻孔位置。

（3）下放水下开孔设备及液压管道至海底管道端头位置。开孔设备见图5。

图5 海底管道开孔设备

（4）潜水员将开孔设备安装至海底管道端头附近位置，钻头对准开孔位置。

（5）确认无误后，启动甲板液压动力站，开始钻孔。见图6。

图6 海底管道开孔示意

（6）钻孔完成后，潜水员检查是否满足要求，而后回收开孔设备至甲板。

（7）下放高强度销轴至海底管道端头，潜水员将销轴穿入海底管道内部，并安装螺栓。见图7。

2.3 海底管道回收

海底管道提吊回收至甲板的具体步骤如下：

（1）铺管船HYSY202在海底管道端头位置上方就位。

图7 拖拉头安装后示意

（2）从船尾托管架位置下放A/R绞车勾头。

（3）ROV入水协助监察，将勾头连接至海底管道端头卸扣上，见图8。

图8 卸扣与绞车连接示意

（4）甲板回收绞车勾头，使海底管道通过托管架回收至甲板，ROV监控海底管道回收过程，见图9。

图9 海底管道回收至托管架示意

（5）海底管道回收至甲板工作站，船尾使用专用夹具夹紧，见图10。

图10 海底管道回收至甲板示意

（6）海底管道在甲板固定完成后，即完成了海底管道的回收工作，为甲板焊接修复做好准备。

3 结束语

（1）该技术不仅可用于海底管道切割后提吊回收甲板，也适用于废弃海底管道水下拖动、移位等作业。拖拉头设计形式可适用于不同尺寸的海底管道回收作业，应用范围非常广泛。

（2）与租用国外的PRT进行海底管道回收技术相比，利用拖拉头进行海底管道回收的所有设计、建造、海上施工均可在国内独立完成，满足海底管道应急抢修的时效性。

（3） 打破了海底管道应急回收必须租用国外PRT设备的技术垄断，填补国内在海底管道应急回收技术上的空白，为其他项目提供指导和帮助。

（4）本技术由潜水员进行水下操作施工，适用于水深较浅且海底管道状态良好的情况。若海底管道服役年限过长，回收前需要安装浮袋以降低海底管道所受应力。对于水深300 m以上的深水区域，需由ROV进行操作，并配备专业ROV开孔工具，施工难度较大。

（5）该技术在工程实践中得到非常成功的应用，为国内海洋工程技术发展提供了宝贵的经验，对其他类似项目也有借鉴意义。

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Research on subsea pipeline emergency recovery technique

QIBingbing，WAHG He，QIFangfang

COOEC Shenzhen Subsea Technology Co.，Ltd.，Shenzhen 518067，China

Subsea pipeline emergency repair methods are divided into overwater repair and subsea repair.The domestic subsea pipelines mainly exist in shallow water areas with water depth less than 300 m，and adopt mainly the overwater repair method.Emergency recovery technology of subsea pipeline is one of key steps in overwater repair and still is weak spot in domestic subsea pipeline emergency repair.In order to solve the technical problem in subsea pipeline emergency recovery，this paper，taking Enping 23-1 project for instance，designs the pipeline pulling head and its subsea installation method，as well as its concrete application steps.The engineering practice shows that this techn ique can be applied not only in lifting the cut subsea pipeline section to platform，but also in subsea towing and shifting of abandoned pipeline.The technique is suitable for pipelines in shallow water with good state.If pipeline service life has been too long，it is needed to install floating bag to reduce the pipeline load.For the area with water depth over 300 m，it is needed to equip ROV and particular hole boring device，therefore having more construction difficulty.

subsea pipeline；emergency recovery；pulling head；overwater repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.01.008

齐兵兵（1984-），男，河南洛阳人，工程师，2010年毕业于大连理工大学机械设计制造及自动化专业，机械、英语双学位，主要从事水下生产系统安装、维修、拆除方面的研究工作。

2016-05-11；

2016-11-11

Email：qibb@mail.cooec.com.cn