一种海管拖拉回收修复技术应用

2018-10-13邬智慧汤炳然顾天宝

机械工程师 2018年10期

邬智慧，汤炳然，顾天宝

（1.深圳海油工程水下技术有限公司，广东深圳 518067；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

海底管线是油田生产输送重要设施之一，海管规模和数量越来越大。随着海底管线增多和使用年限的增长，海底管道发生事故的概率也越来越大，如海底管线发生损伤，产生了泄漏，不仅会污染海洋环境，而且也会造成巨大的经济损失。

南海某油田一条已完工的12″/18″双层混输海底管线发现损失之后，对受损海管的类型、水域水文环境、施工设备和船舶等资源综合考虑，并对切割后受损海管的拖拉移位进行分析，最终采用在受损海管段200 m处切割拖拉移位，使用PRT回收海管和重新铺设新海管的施工方案。

1 项目概况

南海某油田的12″/18″双层混输海管在海管弃管端约190 m范围处发生严重偏离原后调查路由并向相反方向弯曲，海管端头偏离原端头位置约244 m，并在弃管端约90 m处管道出现90°弯折，海管保温层和内管进水可能性很大，海管损坏严重（见图1）。

图1 海管损坏示意图

2 海管拖拉分析

2.1 环境参数

在拖拉计算中，考虑波浪与海流环境参数：有义波高为1.0、1.5、2.0、2.5 m，最大波高为其1.86倍；波浪周期为5、6、7、8 s；海流参数采取一年一遇工况(如表1）；波浪方向考虑与船艏角度从0°～180°；海管与海床的摩擦因数取1.0。

表1 海流参数

2.2 计算分析

使用Orcaflex软件建立12″/18″海管拖拉模型(见图2），在不同海况下进行拖拉动态计算，并得出最大的拖拉力。在拖拉计算中，考虑以下环境参数：有义波高为1.0、1.5、2.0、2.5 m，最大波高为其1.86倍；波浪周期为5、6、7、8 s；海流参数采取一年一遇工况；波浪方向考虑与船艏角度从0°～180°；海管与海床的摩擦因数取1.0。在计算分析过程中，假定拖拉分析中使用的拖轮RAO（动态响应幅值）为软件默认值；海管与海床的摩擦因数为1.0；海管在拖拉过程中未出现弯折。

在计算模型中，船舶位于海管管头端正上方，通过船上拖带绞车钢丝绳与海管相连，从而达到拖拉移动海管的目的。拖拉开始阶段，在钢丝绳与海管连接完毕后，收紧钢丝绳，使得海管管头端部抬起大概8 m（即比海床高8 m），船舶运动方向与海管轴向成45°角，前行大概200 m，放松钢丝绳，解开钢丝绳与海管的连接。

根据调查结果，海管已发生塑性变形，且局部出现弯折，为了简化计算模型，忽略了海管的塑性情况，将海管处理成直管。海管拖拉计算结果见表2，在波高为2.5 m作业条件下，最大的拖拉力为322.21 kN，拖拉后的海管距离海缆设计路由偏离15 m以上。

3 施工方案

3.1 预调查

DSV航行至现场后，进行DP测试及定位系统校准工作。施工前需要对海管移位的位置及移位过程中所经过的路由进行调查，确定损坏海管状态和确认锚固件及最终切割点位置：海管损坏段共有2个锚固件,切割成3段管段拖拉移位（见图3）。

图2 海管拖拉模型

表2 2.5 m有义波高情况下计算结果

图3 海管切割拖拉移位现场示意图

3.2 海管切割

在海管水下切割之前，需要打开海管封头进行注水，确保海管内外压力平衡。此次施工使用钻石线切割锯进行海管切割作业。钻石线切割锯的安装及操作均需要一定的作业空间。因此需要对海管进行吸泥。安装钻石线切割设备在设计选定的地方进行切割（见图4），具体步骤如下：1）DSV以DP模式定位在作业位置，ROV水下打开起始封头上的阀门，对海管进行注水；2）注水完成之后，ROV携带吸泥泵至切割点位置进行吸泥，以切割点为中心吸泥范围800 mm×1500 mm×600 mm；3）甲板确认钻石线切割锯夹持尺寸与目标海管尺寸相符，将钻石线切割锯连接液压管线进行调试，确保其夹持、进给、切割等功能正常使用；4）吊机下放钻石线切割锯入水，同时绞车下放液压管道入水，液压管线绑扎固定在吊机钢丝绳上。每5 m绑扎一次；5）潜水员指挥吊机，通过移船或者吊机旋转将钻石线切割锯下放至海管切割位置上方；6）切割锯垂直安装至海管上方，设备工程师操作甲板控制面板，控制钻石切割锯切割海管，潜水员水下监测；7）海管切割完成后，设备工程师控制油缸回收，潜水员协助将金刚石线切割锯拆除，引导至下一个切割点；8）吊机将金刚石线切割锯回收甲板。

3.3 拖拉移位

图4 钻石线切割锯切割示意图

受损海管分成3段管段，海管拖拉计划使用1艘功率为8000 hp的拖轮，拖拉移位过程中，要求拖轮具备DP功能，便于ROV挂扣和解扣。根据管段不同情况分成两种拖拉移位方式：第一段管段拖拉海管端头位置，方向为垂直海管路由；第二段和第三段管段拖拉，采用PRT设备插入管段，拖拉方向为垂直路由方向30°的夹角。拖轮绞车钢丝绳依次安装连接旋转挂扣和ROV钩,ROV或者潜水员水下将ROV钩和受损管段管头或者PRT设备连接，将废弃管段拖拉移位至距海管路由最近位置为15 m。第一段和另外两段管段区别在于使用PRT设备，具体步骤如下：1）拖轮以DP模式与DSV平行且保持足够安全距离，在拖轮甲板上安装拖拉索具；2）PRT系统安装在拖轮上，由DSV主吊机下放PRT至海管端部；3）PRT下放到位后，由ROV进行PRT安装，ROV推动PRT尾部，使其缓慢插入海管；4）ROV通过快速接头插入PRT，并开启液压系统，使其卡紧海管；5）ROV利用机械手将阀门逆时针旋转90°，使PRT系统锁死；6）拖轮绞车缓慢回收钢丝绳并逐渐提拉海管至8 m高的位置，达到高度要求之后，拖轮绞车钢丝绳不再收紧；7）拖轮拖拉海管移位速度为0.5节，拖拉方向沿海管轴向，防止海管在拖拉过程中断裂，拖轮过程中，ROV进行实时高度监控；8）拖拉海管到指定位置，拖轮绞车缓慢释放钢丝绳，释放管段至海床；9）管段完全静止放置在海床上，钢丝绳不再受力，ROV拔出快速接头，回收ROV；10）潜水员拆除PRT设备，安装吊装索具；11）DSV下放吊机，水下连接PRT设备吊装索具，DSV吊机和拖轮绞车同步提升，回收PRT设备至拖轮甲板；12）DSV安装水泥压块至废弃管段保护。

图5 安装PRT示意图

图6 管段拖拉移位示意图

3.4 海底管线回收铺设

铺设船以DP模式停留在海管端头处，潜水员水下安装PRT设备，连接A/R绞车。甲板回收绞车钢丝绳，使海管通过托管架回收至铺管作业线上。铺管船新管材与原海管进行切割、组对、焊接、无损检验、防腐、检验等工序之后，开始铺管模式以S型铺管进行作业。

4 注意事项

1）废弃旧海管拖拉移位风险大。拖轮拖拉废弃旧海管时，需要注意拖拉移位给海底管线造成损失，且废弃旧海管在拖拉移位过程中可能存在断裂的风险，因此这个过程需要ROV不间断监测；2）拖拉移位作业时，需考虑拖轮艏向与风浪方向，可根据实际情况，更改拖拉方向；3）为防止海管拖拉过程中转动，产生转矩，在绞车钢丝绳和PRT设备处安装旋转挂扣；4）PRT安装在海底管线时要求管线强度高，一般安装在锚固件上，回收海底管线要缓慢加力，注意PRT的状态；5）海底管线重新铺设前，需要对路由进行清理，以避免存在一些垃圾等物体，导致铺管时海底管线造成损伤。