淺談深水海管預調試工藝的兩種模式

郭雷 黃金濤 高磊 張捷

摘 要：海底管道預調試實現了海管在線檢查、減少腐蝕，提高了海管流動效率。淺水海管預調試一般采用在兩平臺上安裝收發球筒完成，或者采用潛水員支持的水下收發球方式完成。深水油田多采用水下生產系統開發模式，因此深水海管預調試工作受水深和無作業平臺的影響，主要通過合理的安排預調試的相關過程，運用支持船下放柔性軟管連接收發球筒完成水下收發球作業，以及采用水下預調試模塊等方式完成。本文以南海荔灣氣田海管相關預調試作業為基礎，分析了荔灣氣田22"外輸海管完整的預調試過程，對比研究了基于模塊化和基于支持船下放柔性軟管兩種深水海管預調試工藝，可為以后深水海管預調試施工工藝選擇和施工方案的合理選擇提供參考。

關鍵詞：深水海管預調試；模塊化；柔性軟管

0 引言

海底管道預調試內容主要包括清管、測徑、試壓、排水、干燥、惰化過程，新鋪設海管在投產前必須進行預調試作業，以實現對新鋪設海管的在線檢查，確保海管以最佳狀態服役；預調試作業能減少海管腐蝕，提高海管使用壽命；通過海管預調試中排水、干燥、惰化能減少輸氣管道水合物的形成，從而提高海管的流動效率。

隨著國內海上石油開采力度的加大，尤其是深水油氣田的開發，越來越多的海底管道將會被鋪設，發展深水海底管道預調試技術尤為重要。本文以南海荔灣氣田22"外輸海底管道預調試為研究對象，完成對22"外輸海管整體預調試方案的研究，總結了22"海管預調試海上施工工藝，對比研究了深水海管預調試中基于模塊化注水試壓和基于支持船下放柔性軟管兩種預調試工藝。

1 海管預調試基本方法

海管預調試包括注水、清管、測徑、試壓、排水、干燥、惰化，其中注水、清管、測徑、排水、干燥過程，一般通過發射清管球實現。因此，根據清管球發射接收位置的不同可以將預調試過程分為以下幾種形式：

（1）平臺發射清管球技術，從一個平臺發射清管球到另一個平臺接收清管球；該方式用于兩個平臺間的海管預調試，預調試在海管連接完成后一次性完成；

（2）回路發射清管球預調試技術，清管球在平臺發射，后經清管回路返回平臺，清管球的發射接收在同一平臺，該方式用于兩根相伴管線的預調試過程；

（3）水下發射清管球預調試技術，清管球的發射接收在水下完成，由支持船通過軟管連接收發球筒或者水下模塊連接收發球筒實現水下收發球作業，一般需要潛水員或者ROV介入。

2 某深水氣田海管預調試工藝研究

南海某深水氣田采用水下生產系統結合淺水平臺開發模式，氣田水深1400米，平臺處水深200米，通過兩條22"外輸海管連接中心管匯與淺水平臺，氣田內部通過12"海管連接基盤與中心管匯。本文主要研究圖1中紅色部分標記的管線。

2.1 22"外輸海管預調試方案

氣田22"海管預調試過程分兩個階段，主要是第一階段的注水清管測徑試壓以及第二階段的排水、干燥、惰化。

第一階段：海管注水通過水下注水模塊連接深水端基盤上注水壓力帽，通過預裝的泡沫球和多功能球完成注水，注入海水通過過濾和化學藥劑處理，當管內壓力平衡后可以通過在平臺端基盤上的注水壓力帽連接軟管排空，完成注水，當收球筒接收到多功能球后將收球筒調成清管收球模式。注水完成后清管測徑通過在深水端下放柔性立管連接水下發球筒完成。

第二階段：完成清管測徑工作，海管進行膨脹彎跨接管的連接后進行預調試第二階段的工作，膨脹彎、跨接管連接完成后兩條管線和中心基盤形成回路，在平臺上安裝收發球筒，進行系統壓力測試之后用處理的海水通智能球，然后發射排水干燥列車完成排水干燥惰化工作。

2.2氣田內部管線預調試方案

氣田內部12"海管預調試作業水深1400m，采用下放柔性立管的形式向海管內注入純凈水完成注水，純凈水推清管測徑列車完成清管測徑工作。

2.2.1 海管預調試前初始狀態

（1）海管：海管內壓力為一個大氣壓；

（2）表面隔離閥基盤（SSIV PLET）：陸地建造前完成清管、測徑、試壓，表面隔離基盤隔離閥關閉狀態；

（3）深水側基盤：陸地建造完成清管、測徑、試壓，注水壓力帽連接2″HOT STAP母頭，相應的閥門關閉，用于注水的多功能球和泡沫球已裝入基盤。

2.2.2 22″外輸海管注水、清管、測徑

1.作業船到達深水基盤位置；

2.獲得作業許可，ROV下水確定球閥處于關閉狀態，ROV移除DUMMY HOT STP；

3.作業船下放水下注水模塊及相應體積的化學藥劑，ROV通過HOT STAP連接注水模塊與注水帽；

4.ROV打開注水帽處閥門，操作注水模塊注水；ROV觀察注水過程一小時，確保注水球的參數符合預期；

5.作業船移船到中心平臺處（SSIV PLET）；

6.ROV下水確定隔離閥關閉，移除壓力保護帽，安裝水下收球筒；

7.作業船下放2″柔性立管連接到收球筒；

8.打開隔離閥通過軟管產生“負壓”，使海管充滿水；

9.確定多功能球和泡沫球進入收球筒后，將收球筒設置到接受清管、測徑球位置；

10.回收柔性立管，移船到深水基盤位置；

11.斷開注水模塊與注水帽，回收注水模塊；

12.拆掉注水帽，回收到甲板，下放水下發球筒，連接到深水基盤；

13.發球筒內在甲板上裝好四個清管、測徑球（清管球1：密封雙向直板球，裝有聲波脈沖發射器；清管球2：密封雙向直板球；清管球3：密封雙向直板球；清管球4：測徑球，裝有聲波脈沖發射器）；

14.下放柔性立管，通過HOT STAP 連接到發球筒，進行1.1倍的最大推球壓力密封測試15min；

15.確認最后一個球進入收球筒后，解開柔性立管與發球筒連接，回收柔性立管；

16.拆除發球筒并回收到甲板，重新安裝注水壓力帽；

17.移船到中心平臺；

18.ROV水下確認所有的球都在收球筒，拆掉收球筒與基盤連接，回收收球筒到甲板，重新安裝注水壓力帽；

19.檢查清管球；

20.驗收注水、清管、測徑工作；

21.清管、測徑驗收以后，海管進行48小時熱交換；

22. 熱交換完成后，下放水下試壓模塊，連接試壓模塊到基盤壓力帽；

23.下放2″高壓柔性立管連接到試壓模塊；

24.進行15min泄露測試，測試完成后進行打壓工作，打壓過程如下：

（1）0～35%實驗壓力，1bar/min，打壓到35%實驗壓力后，保壓半小時，計算空氣含量；

（2）繼續打壓到95%測試壓力，穩壓2小時；

（3）繼續升壓到102%的測試壓力（2%的壓力用于穩壓時壓力降）；

（4）穩壓2小時，切斷試壓模塊與軟管連接，回收軟管；

（5）繼續穩壓直到壓力穩定，進行24小時保壓；

25.試壓完成后進行試壓驗收；

26.試壓合格后，回收試壓模塊。

3 深水海管預調試模塊化施工工藝和支持船下放柔性立管工藝

3.1 深水水下注水試壓模塊

隨著深水海管的鋪設，海管預調試工作變得愈加復雜，使傳統的工程船下放軟管注水試壓方式要求更長、更大的軟管，對試壓泵尺寸要求也更大繼而船舶要求更高，使預調試費用更高；隨著軟管長度和尺寸的加大，軟管下放回收過程更加復雜，風險變得更高；工程船連接軟管的預調試方法注水、試壓過程船舶必須守護在作業點，惡劣海況下會出現作業中途停止，如果在試壓階段需要重新打壓保壓，大大增加了施工成本。基于成本和安全作業的考慮，國外公司研發了一套水下試壓模塊用于預調試過程中的注水、試壓。

水下注水試壓模塊與傳統工程船下方柔性立管完成的注水、試壓方式相比由于不需要下放軟管、且試壓泵內置在模塊內部從而大大減少了預調試過程對甲板面積的要求以及對船舶要求；注水、試壓過程中模塊與施工船分離，施工船可以就近完成其他工作；注水使用底層海水，減少大量熱交換時間，縮短工期；通過使用水下試壓模塊，能減少人員設備的投入。

3.2 一種支持船下放柔性軟管海管預調試模式

深水清管試壓工程中通過施工支持船舶布放柔性立管，并連接到水下清管球發射器完成預調試中發球工作。整個結構主要包括以下幾個部分組成：

（1）一段1600m內徑3英寸的立管。這段立管是整個柔性管的頂端部分，從水面延伸到水下軟管連接處；

（2）一段30m長軟管束。軟管束采用30m長的柔性管，是整個結構的水下部分，采用緩波形的布局銜接立管到清管器發射裝置之間的距離；

（3）浮力塊裝置。這是構造緩波形布局的關鍵；

（4）配重塊。深度達到千米級別的立管在海流沖擊中有很大的動態載荷。需要配重塊以使立管保持穩定；

（5）清管球發射裝置。

4 結論

深水海管預調試是一個復雜的過程，連接注水泵、試壓泵的軟管端頭一般使用適合ROV操作的快速接頭以便完成ROV水下介入的快速連接。完成深水海管預調試的關鍵是實現注水、清管、試壓、排水、干燥、惰化裝置與海管、基盤的連接，由于水深的影響，不能采用傳統的水下法蘭連接收發球筒，更無法實現平臺上連接收發球筒布置預調試設備，通過采用水下模塊和下放柔性立管的方法可以實現深水海管的預調試作業，深水預調試作業可以穿插使用水下模塊和下放柔性立管兩種模式完成以提高作業效率和作業安全性。例如，在臺風期作業我們可以選擇模塊化模式以減少“待機”，而對于水深較淺則適合下放柔性立管。

深水海管預調試作業亟待解決的問題在施工上主要是深水柔性立管的下放安裝技術、收發球器的水下下放安裝技術；設備上要解決的是水下模塊、收發球器的設計制造，ROV接口的設計制造。收發球面臨的是流動安全保障方面的考驗。

參考文獻

[1] 白勇，白強，等.海底工程設計手冊 海底管道分冊[M].2014.

[3] 謝日彬.流花油田深水水下清管試壓.2014.

[4] 王文明.水下清管器發展技術進展[J].大連理工大學，2007.

[5] 鄭利軍.水下生產系統清管方案研究[J].中海油研究總院.2013.

[6] 荔灣3-1深水海管預調試相關資料.