水下带压开孔技术在较深水海管回接中的应用

柳宇，马秦锋，李晶，陈俊友，李刚，肖清军，姚辉

（深圳海洋工程技术服务有限公司，广东深圳 518067）

0 引言

海上油气输送方案是海洋石油开发研究组成内容之一。当新开发的油气田为实现物流输送需新建几十甚至几百公里长海底管道时，往往会造成工程建设成本增加和收益率降低。此时，须考虑使用较低输送成本的方案，如通过水下带压开孔方式新建短距离管道回接至已建管道，实现并流输送，从而达到降低油田开发成本的目的[1-2]。

带压开孔是指在管道与所处环境介质隔绝状态下，以机械切削方式在管道上加工出圆形孔的一种作业。用于在管道内介质不停输的状态下在管线上进行开孔，从而形成新的管线支路。借助该技术可在已建生产管道不停产的条件下进行管线修复、改造与油气的回接，降低因施工停产带来的经济损失。海底管道带压开孔回接技术是将带压开孔技术应用于新建海上油气管道就近接入/接出已建管道，可降低油田开发建设费用，具有广泛的应用前景[2-3]。

1 国外海管带压开孔回接应用现状

国外海管带压开孔回接技术研发和应用起步早，目前较为知名的海管带压开孔公司有TDW公司、STATS GROUP公司、Statoil公司，其中Statoil公司的超深水带压开孔设备可作业水深达1000 m（如图1），并于2012年在Asgard油田20 in海管（水深约265 m）回接中得到应用[4]。

图1 Statoil公司超深水带压开孔机及带压开孔三通

2 国内海管带压开孔回接应用现状

国内海管带压开孔回接研究和应用起步相对较晚，分别在渤海PL19-3油田回接至渤南—龙口14 in天然气外输管线、南海文昌9-2/9-3气田回接至崖城13-1海管中有过应用（如表1），上述带压开孔回接水深均未超过90 m[1,5-7]。

表1 国内带压开孔回接海管参数

3 较深水海管带压开孔回接技术

本文将以国内南海某项目为例，阐述带压开孔在较深水海管回接中的应用。在该项目中，带压开孔接入点位于崖城13-1平台至香港的28 in主管线，该回接点水深约104 m。海管带压开孔后，将通过三通橇、膨胀弯与南海某气田18 in外输管线进行连接。

3.1 海管及作业资源参数

本项目中带压开孔位置的海管参数如表2所示。

表2 带压开孔回接处海管参数

本项目中所涉及的带压开孔资源主要有带压开孔机、18 in隔离球阀、机械三通，其相关参数如表3所示。

3.2 带压开孔回接流程

本项目中带压开孔回接流程如图2所示。

图2 带压开孔回接流程

1）在完成陆地带压开孔设备、球阀及机械三通整体SIT试验，获得相关数据后，进行船舶动员装船。

2）作业船航行至施工现场，并进行DP测试、定位校准及预调查。

3）海管带压开孔点吹泥。下放潜水员进行带压开孔位置确认，并在带压开孔位置进行基坑吹泥。

4）海管表面清理。使用高压水射流设备对配重、防腐涂层进行清理（如图3）；使用纵焊缝打磨工具打磨海管纵焊缝；使用抛光机对海管表面进行抛光处理，以满足机械三通密封面安装要求；清理后的管线要求为：直线度≤0.15%L，椭圆度≤2%D，抛光程度Sa2.0。清理完成后，潜水员水下对机械三通安装及八字导向对齐位置进行标记，用于引导安装。

图3 海管表面清理

5）带压开孔保护罩安装。下放带压开孔保护罩（如图4）至水下，水下机器人、作业船舶及吊机配合将带压开孔保护罩下放至距离目标区位置一定高度，待水下机器人确认保护罩状态及其上导向结构与海管位置情况满足要求后，下放保护罩至海底就位，水下机器人进行就位位置偏差检查、裙板入泥深度检查、水平度检查（牛眼）检查。

图4 带压开孔保护罩安装

6）机械三通+球阀+带压开孔设备安装。吊装下放开孔机+球阀+机械三通组合体进行就位；下放连接机械三通液压管线，打开机械三通；潜水员通过倒链缓慢下放开孔机+球阀+机械三通组合体，使机械三通就位于海管上，安装机械三通螺栓，并进行液压拉伸；机械三通安装完成后，与油田运营方确认管线运行压力已降至开孔所需压力。

7）试压排水。下放连接注水泵试压管线；注水加压进行机械三通两侧环空试压；完成后进行腔体试压，注水加压进行机械三通腔体；然后回收注水泵管线，下放连接氮气管线至开孔机上的注入阀。打开隔离球阀，通过分步注入氮气、乙二醇、氮气，从开孔机上的放空阀排水，三步置换完成机械三通排水（连续稳定的气泡）。

8）带压开孔作业。继续向开孔机内部注入氮气，升压测试所有节点密封性；测试完成后，通过气包泄压使开孔机内压力略高于管内压力；回收N2管线，下放连接开孔机液压驱动脐带缆；驱动开孔及进行带压开孔作业（刀具进给量参考计算值与SIT数据得出）；开孔完成后，潜水员将刀具退回至开孔机内。

9）带压开孔设备回收。关闭隔离球阀，将开孔腔内压力降至环境压力；压力稳定后，对球阀进行泄漏测试；完成泄漏测试后，潜水员打开开孔机上的注入阀和放空阀，进行注水排气；潜水员拆除开孔机上的液压管线，回收至甲板；潜水员拆除法兰螺栓连接，吊机回收吊装框架+开孔机组合体至甲板。

10）拆除开孔刀头，装配导向栏。为了方便被开孔的海管未来通球需要，在完成带压开孔后，需在开孔位置安装导向栏（如图5）；甲板人员将开孔机吊至设备存储框架上，并固定好；开孔设备工程师拆除钻杆末端刀头，取下鞍型切片；检查测量切片尺寸，将其与SIT测试数据进行对比，获得开孔信息；开孔设备工程师将导向栏装配至开孔机上。通过吊装架下放导向栏装配完成后的开孔机；潜水员水下完成开孔机和隔离球阀法兰连接、紧固；然后重复上述试压排水流程后，打开球阀，驱动钻杆安装导向栏；根据SIT钻杆行程数据驱动导向栏就位，安装导向栏锁销；潜水员旋转控制盘，使钻杆末端接头脱离导向栏接头，回收钻杆，关闭球阀；回收开孔机和吊装架。

图5 带压开孔导向栏装

11）安装膨胀弯短节。下放膨胀弯短节至带压开孔点进行就位，然后潜水员利用浮袋、倒链等将膨胀弯短节拉近至隔离球阀法兰位置进行就位、法兰组对及螺栓安装和拉伸。

12）排水、氮气置换。完成新建18 in海管回接后，对新建18 in海管至带压开孔球阀管段进行将会整体进行一次排水、干燥、氮气惰化施工作业。

13）带压开孔保护罩顶盖安装。吊机下放带压开孔保护罩顶盖至水下，水下机器人协助其在目标安装区就位，待带压开孔保护罩顶盖完成就位后，潜水员水下找到带压开孔保护罩位置后将保护罩顶盖锁销锁死，然后拆除并回收带压开孔保护罩上的导向柱、顶盖吊索具，随后潜水员将水下安装球阀操作杆及指针延长杆装至隔离球阀上。

14）完成作业工具回收后，作业船舶返航进行人员和设备复员，带压开孔回接完成。

4 结语

本文以南海某气田海管回接为研究对象，概述了较深水海管带压开孔施工流程，并对回接各步骤进行了介绍。该方案是国内首次在100 m以深的海管上进行回接。通过本文研究，结论与展望如下：1）水下带压开孔回接技术是实现管线不停输状态下进行连接的关键组成。它可以在不影响油田生产活动的前提下，实现管线的回接、修复和改线等作业，具有很强的经济性和实用性。可以预见在未来此类海管不停产回接、修复和改线的施工项目会有很多，所以水下带压开孔回接技术也会得到充分的应用和推广，其在国内海上油气田开发中应用的前景也会非常广泛。2）海管带压开孔回接需要重点考虑设施的密封性能。因为海管内存在一定的生产压力，若设备连接点的密封性能不好，将会引发不可估量的安全事故，对现场作业人员乃至油田设施造成重大伤害。因此，在进行水下海管带压开孔回接时，必须重点考虑设施密封性测试，明确密封性测试各步骤试压界面的操作步骤、试压压力和保压时间。3）带压开孔回接设施在设计时需考虑安全冗余，特别是隔离阀的密封冗余设计，避免因隔离阀单侧密封失效造成开孔机无法取下，造成带压开孔失败。