水下應(yīng)急維修相關(guān)設(shè)備和技術(shù)研究

葉永彪， 黃佳瀚， 齊兵兵， 尚憲朝， 李麗娜

（1.深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067；2海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

隨著我國海洋石油事業(yè)的不斷發(fā)展，海上生產(chǎn)設(shè)施逐步由淺水走向深水。海上生產(chǎn)設(shè)施主要包括海底管線、海底柔性管線、水下基盤、單點(diǎn)系泊系統(tǒng)等多種設(shè)施。海上油氣田在生產(chǎn)期間，可能出現(xiàn)的需要應(yīng)急維修的情況主要有海管泄漏、海底電纜損壞和系泊錨腿等。當(dāng)這些情況發(fā)生時(shí)，如果處置不當(dāng)，將有可能造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染等后果，這就需要油氣田管理方和工程公司快速做出反應(yīng)，首先實(shí)現(xiàn)停產(chǎn)，控制現(xiàn)場情況，搶救受傷人員，降低財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染以及其他負(fù)面影響，接下來應(yīng)立即展開受損設(shè)施的維修工作，以實(shí)現(xiàn)油氣田恢復(fù)生產(chǎn)。在應(yīng)急維修過程中就需要相關(guān)設(shè)備和技術(shù)支持，通過對海管、海纜和系泊錨腿主要應(yīng)急維修過程分析，以便給應(yīng)急反應(yīng)維修工作及準(zhǔn)備工作提供參考依據(jù)。

1 作業(yè)形式

海上油氣田在生產(chǎn)期間，生產(chǎn)設(shè)施分布在不同水深，0～1500 m。水下作業(yè)主要使用潛水和水下機(jī)器人（ROV）兩種形式，其中ROV可以實(shí)現(xiàn)0～1500 m水深范圍全覆蓋，而潛水資源根據(jù)水深不同主要分為三種潛水方式，如表1所示。

表1 三種潛水資源

ROV和潛水兩種作業(yè)方式各有其特點(diǎn)。ROV的優(yōu)點(diǎn)為不受水深限制，動(dòng)員時(shí)間快，目前市場上的ROV一般均能覆蓋0～1500 m范圍，甚至能夠達(dá)到3000 m；ROV的缺點(diǎn)是不能進(jìn)行非常靈活的操作，對水下能見度要求高。潛水資源的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行非常靈活的操作，缺點(diǎn)是受水深限制、動(dòng)員時(shí)間長，空潛相對來說0～50 m水深調(diào)整水深耗時(shí)較少，而飽和潛水的特點(diǎn)為加壓快、減壓慢，作業(yè)范圍為50～300 m，ADS潛水不用加減壓，潛水員水下作業(yè)效率低，作業(yè)范圍為50～500 m。

2 作業(yè)設(shè)備

2.1 施工支持船舶

進(jìn)行深水應(yīng)急維修最主要的設(shè)備是施工支持船舶，沒有施工支持船舶，所有維修工作無從展開?，F(xiàn)以三條典型施工船舶為例進(jìn)行比較，三條船舶為：拋錨作業(yè)船-A船；DP 2動(dòng)力定位船-B船；DP 2動(dòng)力定位船-C船。如表2所示。

表2 三條典型施工船舶

綜上可以看出，進(jìn)行應(yīng)急搶修作業(yè)時(shí)，可以選擇不同類型和能力的船舶，需要根據(jù)應(yīng)急搶修的嚴(yán)重性、緊急性進(jìn)行綜合考慮決定，能力越強(qiáng)的支持船舶將會(huì)有更高的施工效率，費(fèi)用也將更加昂貴。

2.2 ROV設(shè)備

ROV可應(yīng)用于0～1500 m水深。ROV，即水下機(jī)器人（Remote Operated Vehicle）。ROV功能多種多樣，不同類型的ROV用于執(zhí)行不同的任務(wù)，被廣泛應(yīng)用于軍隊(duì)、海岸警衛(wèi)、海事、海關(guān)、核電、水電、海洋石油、漁業(yè)、海上救助、管線探測和海洋科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域。

2.3 空氣潛水設(shè)備

空氣潛水設(shè)備主要用于0～50 m水深?？諝鉂撍到y(tǒng)主要由甲板控制房、減壓艙、機(jī)械集裝箱、收放系統(tǒng)、臍帶纜等組成。潛水員下水時(shí)，進(jìn)入潛水吊籠里，由收放系統(tǒng)下放至水面以下指定深度，潛水員從吊籠里游出來進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。

2.4 飽和潛水設(shè)備

飽和潛水設(shè)備主要應(yīng)用于50～300 m水深。一般常見的飽和潛水水深等級(jí)為250～300 m，300 m飽和潛水設(shè)備，該設(shè)備主要由甲板減壓艙、潛水鐘、逃生艙、控制集裝箱、環(huán)境控制系統(tǒng)等組成。相對于ROV，飽和潛水員對作業(yè)地點(diǎn)的安全性及海況要求更高，所以在進(jìn)行潛水員作業(yè)時(shí)一般首先由ROV完成初步的調(diào)查，確認(rèn)現(xiàn)場情況后，再由飽和潛水員前往作業(yè)。

2.5 ADS潛水設(shè)備

ADS潛水設(shè)備主要應(yīng)用與50～500 m作業(yè)水深。ADS潛水由潛水員穿戴機(jī)械潛水服入水進(jìn)行作業(yè)，其達(dá)到的作業(yè)水深與潛水服密切相關(guān)。潛水服一般由鋁合金材料制成，堅(jiān)硬金屬潛水服被設(shè)計(jì)成具有柔韌性，使?jié)撍畣T保持“特殊的敏捷性”完成復(fù)雜的水下任務(wù)。它具有常壓潛水系統(tǒng)（ADS），可維持水面座艙壓力，相當(dāng)于人形結(jié)構(gòu)機(jī)械潛水艇。潛水員在水下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)極高，機(jī)械潛水服一般不具有外接接口。

3 應(yīng)急維修

需要應(yīng)急搶修生產(chǎn)設(shè)施主要包括海管、海纜和系泊錨腿，由于生產(chǎn)設(shè)施的損傷情況不同，維修時(shí)所需設(shè)備和施工步驟也不同。

3.1 海管臨時(shí)維修

對于海管臨時(shí)維修，主要應(yīng)用合適卡具對漏點(diǎn)進(jìn)行密封即可。在施工時(shí)主要用到的設(shè)備包括：施工支持船舶、ROV設(shè)備、飽和潛水設(shè)備、海管漏點(diǎn)封堵卡具、液壓扭矩扳手。

海管臨時(shí)維修，應(yīng)急反應(yīng)（0～1500 m水深）的步驟大概為：1）停止生產(chǎn)，通過注水等形式將海管內(nèi)部已有原油推至海管另外一端生產(chǎn)設(shè)施，使海管內(nèi)注滿無污染的含染色劑海水；2）最快的速度動(dòng)員施工設(shè)備，對整條管線進(jìn)行調(diào)查，同時(shí)使海管保持在一定的壓力，使染色劑不斷從漏點(diǎn)漏出，以便ROV觀察，確認(rèn)漏點(diǎn)的情況，并進(jìn)行標(biāo)記；3）根據(jù)調(diào)查結(jié)果，確認(rèn)可以使用安裝密封卡具的形式完成維修；4）在無永久密封卡具的情況下，可選擇制作臨時(shí)卡具，進(jìn)行快速復(fù)產(chǎn)；5）動(dòng)員施工設(shè)備資源，前往現(xiàn)場，完成卡具密封，進(jìn)行海管清管試壓，恢復(fù)生產(chǎn)。

3.2 海管永久維修

由于海管已發(fā)生了大的裂縫，無法使用卡具的形式完成維修，必然要將受損段切割，之后使用替換段重新完成聯(lián)接。在施工時(shí)主要用到的設(shè)備包括：施工支持船舶、ROV設(shè)備、飽和潛水設(shè)備、為法蘭聯(lián)接創(chuàng)造干式環(huán)境所需設(shè)備、機(jī)械聯(lián)接器、吹泥設(shè)備、混凝土涂層清理設(shè)備、海管切割設(shè)備、螺栓拉伸器、水下清理設(shè)備。

海管裂縫大漏應(yīng)急反應(yīng)（0～1500 m水深）的步驟大概為：1）停止生產(chǎn)，通過注水等形式將海管內(nèi)部已有原油推至海管另外一端生產(chǎn)設(shè)施，使海管內(nèi)注滿無污染的含染色劑海水。2）最快的速度安排帶有ROV的施工船舶，對整條管線進(jìn)行調(diào)查，ROV調(diào)查整條管線，確認(rèn)漏點(diǎn)的情況，并進(jìn)行標(biāo)記；3）調(diào)集維修資源，準(zhǔn)備施工設(shè)備資源，完成海管裂縫段切除，清理切割端，安裝機(jī)械聯(lián)接器法蘭；4）下放裂縫海管替換段，使用液壓拉伸器完成法蘭組對，進(jìn)行海管清管試壓，恢復(fù)生產(chǎn)。

3.3 海纜維修

海纜主要包括以下幾種，電力海纜、通訊海纜、光電復(fù)合海纜等，海上油氣田海纜以光電復(fù)合纜為最多。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，絕大部分海纜的故障是由捕魚作業(yè)和錨造成的，其他造成海纜故障的原因還有海纜鋪設(shè)過程中的故障、海纜接頭故障、地震或泥沙運(yùn)動(dòng)、海纜懸跨、魚類咬傷、疏浚和鉆井、電纜老化等。在施工時(shí)主要用到的設(shè)備包括：施工支持船舶、ROV設(shè)備、飽和潛水設(shè)備、TSS440及TSS350、張緊器、海纜切割工具、入水橋、海纜艙、備用海纜、接頭盒。

海纜維修施工過程：1）施工支持船攜帶施工設(shè)備資源到達(dá)作業(yè)現(xiàn)場；2）ROV攜帶TSS440或TSS350，調(diào)查海纜路由及埋深（如果有），并確定故障點(diǎn)；3）通過吹泥暴露電纜，確定電纜斷電后，海底在海纜故障點(diǎn)完成切割，兩端分別為A端和B端；4）打撈A端至甲板，安裝密封套后下放至海底，防止海水進(jìn)一步侵入海纜內(nèi)部；5）打撈B端至甲板，持續(xù)回收切割海纜，直到海纜內(nèi)部干燥且進(jìn)行測試，海纜末端安裝密封套，下放至海底；6）打撈A端至甲板，持續(xù)回收并切割海纜，直到海纜內(nèi)部干燥且進(jìn)行測試；7）使用接頭盒連接備用海纜和海纜A端，進(jìn)行測試，鋪設(shè)接頭盒和備用海纜至B端；8）打撈B端至甲板，切割備用海纜，完成備用海纜與B段連接，將接頭盒下放至海纜，進(jìn)行完工測試，恢復(fù)供電和通訊。

3.4 海上浮式生產(chǎn)設(shè)施系泊錨腿應(yīng)急搶修

在施工時(shí)主要用到的設(shè)備包括：施工支持船舶、ROV設(shè)備、飽和潛水設(shè)備、吹泥設(shè)備、切割設(shè)備、大絞車、鯊魚鉗、鋼纜索接頭適配器、錨鏈防松卡子、錨纜角度測量、銷桿專用拆卸工具等工機(jī)具。

系泊錨腿應(yīng)急搶修作業(yè)通用步驟為：1）主作業(yè)船定位于錨系預(yù)先裝好的回收索具上方；2）主作業(yè)船通過主拖纜下放ROV打撈鉤；3）在ROV的配合下，主作業(yè)船主拖纜連接至錨系的回收索具上；4）主作業(yè)船回收主拖纜，并將待維修錨纜/錨鏈回收至甲板，拆除破損錨纜并回收，或通過計(jì)算確認(rèn)切割錨鏈的長度；5）主作業(yè)船甲板工作人員進(jìn)行新錨纜更換或切割錨鏈作業(yè)；6）主作業(yè)船通過主拖纜輔助下放已維修更換的錨纜及錨鏈，沿錨系路由重新布設(shè)維修、更換完成的新錨系，直至錨系沿著設(shè)計(jì)的路徑全部放置到海底，ROV解開錨系與主拖纜連接的索具，回收主拖纜至甲板，等待進(jìn)一步的浮筒回接作業(yè)。

4 結(jié)語

通過對海管、海纜和系泊錨腿三種主要應(yīng)急維修過程的梳理，臨時(shí)維修和永久維修兩種主要損傷情況下的維修過程和維修設(shè)備進(jìn)行了介紹，對海纜和系泊錨腿應(yīng)急維修施工過程和所需維修設(shè)備進(jìn)行了介紹。

可以發(fā)現(xiàn)水深是影響維修過程的制定和維修設(shè)備的選擇的關(guān)鍵因素。0～300 m水深情況下，應(yīng)急搶修工作可同時(shí)使用飽和潛水和ROV進(jìn)行；在300～500 m水深的情況下，可使用ROV或ADS潛水進(jìn)行作業(yè)；在500～1500 m水深的情況下，只能使用ROV設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，所以在準(zhǔn)備設(shè)備時(shí)要確定是潛水員操作還是ROV操作。在應(yīng)急搶修工作中，建立有效、快速的應(yīng)急反應(yīng)機(jī)制，對水下設(shè)施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，系統(tǒng)化、規(guī)范化、流程化應(yīng)急搶修過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，用簡單有效的手段解決問題，才能更好地保障人員財(cái)產(chǎn)安全。目前我國在淺水應(yīng)急搶修方面積累了很多經(jīng)驗(yàn)，但是在深水應(yīng)急搶修方面還有很多欠缺的地方，經(jīng)驗(yàn)少、設(shè)備開發(fā)和研究不足。未來應(yīng)該加強(qiáng)深水方面應(yīng)急搶修設(shè)備的開發(fā)和研究，為我國海洋石油事業(yè)走向深水保駕護(hù)航。

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