海底管道常用水下切割技术简介与分析

黄 峰 李 沙 樊 华 李学楠 崔占明

（海洋石油工程股份有限公司 中海石油（中国）有限公司天津分公司）

0 引言

海底管道是海洋石油介质输送的最重要渠道，在海洋石油行业中承担着重要的使命，也是海洋石油开发进程中不可或缺的重要基础设施。然而，随着海底管道服役年限增加，由于受到海洋石油中介质的腐蚀、海底波流的冲刷、海床运动、台风、材料焊接/结构缺陷、设计安装不当、操作失误、海上第三方破坏等因素的影响，海底管道经常会出现泄漏、变形、弯折、断裂等故障，需要进行维修。且随着海洋石油的开采工程推进，海底管道还面临着开采结束后退役、回收或清洗后原地弃置等问题。海底管道的小范围点蚀问题，可以采用海底管道补强材料或机械卡具来维修，其他的各项维修、回收或弃置活动，都不可避免会涉及海底管道水下切割作业。

1 海底管道常用水下切割技术简介

1.1 金刚石绳锯机水下切割技术

金刚石绳锯机是一种能够切割不同管径的海底管道的设备，可以满足单层海底管道、带混凝土配重层的单层海底管道及双层海底管道切割作业要求。该设备依靠液压动力站提供的液压动力来夹持固定海底管道，在金刚石绳锯链条的旋转进给摩擦作用下，完成海底管道的切割作业。金刚石绳锯机需要潜水员在水下配合安装，安装完成后，可通过作业船舶甲板远程控制。该设备具有安装方便，可控性好，切割效率高，作业时冲击低，对操作者和环境不产生有害影响等优点。

1.2 闸刀式管锯水下切割技术

闸刀式管锯多用于不带配重层的单层海底管道水下切割作业。其依靠液压动力站提供的液压动力，完成闸刀式管锯对海底管道的夹持固定操作，且在闸刀式管锯锯齿往复切割作业下完成对海底管道的切割工作，该切割过程与手锯伐木过程类似。当潜水员水下配合完成闸刀式管锯安装后，需要潜水员留在水下现场控制锯片的进给切割工作。闸刀式管锯安装简便，但安装前需要开挖面积较大的作业基坑，切割效率较低。

1.3 分瓣式切割机水下切割技术

分瓣式切割机多用于不带配重层的单层海底管道水下切割作业。其采用两个半环的设计形式，便于在封闭段管道上安装，半环内部采用滚动轴承设计，可保证机器寿命长，维护费用低，工作稳定精确。使用时，由潜水员在水下通过螺栓紧固的方式完成两个半环的连接及固定。运转过程中，机器每旋转一圈，刀具会自动进给到海底管道管体上，保证管体切割位置准确光滑，可实现在作业船舶甲板进行远程控制。切割过程采用完全冷切削，不会产生热影响区。分瓣式切割机采用模块化设计，后期维护简单且快速，最大限度地保证了配套工具选件的多样性。

1.4 液压剪水下切割技术

液压剪可用于单层海底管道和带混凝土配重层的单层海底管道的水下切割作业。液压剪的形状就如剪刀一般，由高等级的钢材制造，通过液压油缸驱动刀头闭合完成海底管道切割动作。液压剪施工前无需开挖作业坑，只要保证待切割海底管道大部分裸露于海床表面即可满足施工要求。安装时，由潜水员引导液压剪在水下就位于海底管道待切割位置，确认液压剪已夹持到待切割管体后，潜水员离开切割位置至安全区域。然后船舶甲板上的液压剪操作员启动液压剪，使剪刀闭合，完成海底管道切割作业。液压剪设备结构简单，故障率较低，便于就位，切割效率高。

1.5 高压水研磨料水下切割技术

高压水研磨料切割设备多用于单层海底管道和带混凝土配重层的单层海底管道的水下切割作业。高压水研磨料水下切割设备采用引射式研磨料水射流工作原理。其设备主要分为两个供给回路，一路提供高压水，另一路提供研磨料。高压水的水源可直接取用海水，抽吸上来的海水经高压水泵加压后形成高压高流速的水流。当高压高速水流通过混合腔时，混合腔体内部形成负压，将研磨料吸入混合腔。混合后的研磨料在高压水的动能与研磨料的切削摩擦共同作业下，完成海底管道切割工作。高压水研磨料水下切割设备需要潜水员水下配合使切割小车安装就位，安装完成后可通过船舶甲板上的控制单元来控制高压水与研磨料的供给与切削。高压水研磨料设备相对复杂，有喷嘴堵塞的风险，但其便于就位，切割效率较高。

1.6 水下电-氧切割技术

水下电-氧切割技术是一种能够满足不同管径不同壁厚的海底管道切割要求的技术，适用于单层海底管道、带混凝土配重层的单层海底管道及双层海底管道水下切割作业。进行双层海底管道水下切割时，需先将外管切开剥离后，再进行内管切割。水下电-氧切割设备由两个回路组成，一路为电源-焊机-割炬-割条回路，另一路为氧气-割炬-割条回路。割炬使用的割条为圆管中空形式。切割时，割条管内通氧气，利用水下电弧产生的高温和氧气与被切割金属元素产生的化学反应热加热和熔化被切割金属，并借助氧气流的冲力将切割缝中的熔融金属及氧化熔渣吹除, 从而形成割缝，随着水下电弧不断移动和氧气不断供给获得所需要的切割长度, 最终达到海底管道水下切割目的。该切割过程属熔化-氧化过程。切割全过程由潜水员在水下完成，并且需要通过潜水电话联系甲板配合人员进行甲板电源开关操作。电-氧切割设备结构简单，切割速度受潜水员操作熟练程度、氧气纯度、氧气压力、切割电流、切割角等多个参数影响，在水下施工过程中，潜水员有触电的风险。管道的切口表面较粗糙，需要频繁更换割条，成本较高。在海底管道水下切割施工中，水下电-氧切割技术多用于管体局部开孔切割，几乎不用于整条海底管道的切割回收工作。

2 常用水下切割技术对比分析

前文对各种水下切割技术进行了简要介绍，现将各水下切割技术的主要性能指标进行了对比，具体可见表1。

表1 常用水下切割技术对比分析表

3 结论

文中介绍的六种切割技术均可用于单层海底管道的回收和弃置工程涉及的切割作业；带配重层的单层海底管道的回收和弃置工程中涉及的切割作业，除闸刀式管锯和分瓣式切割机水下切割技术外，其余四种切割技术均可满足使用要求；双层海底管道回收和弃置工程中涉及的切割作业，则可使用钻石线切割机和电-氧切割技术。

文中提到的六种切割技术既可以互为备用，也可以组合使用。例如，在海底管道回收工程中，综合考虑回收效率及船舶成本等多种因素，通常采用铺管船作业线回收方式。可以使用金刚石绳锯机完成双层海底管道的水下切断工作，然后使用水下电-氧切割技术在双层海底管道管端开贯穿同心孔，使用海管拖拉封头穿销轴的方式，利用船舶AR绞车将待回收管道回收至作业线。实际施工时，需要针对具体问题来进行具体分析，根据不同的情况采用不同的水下切割技术，方能安全、高效地完成海底管道切割作业。