某已鋪設(shè)海底管道維修方案研究及成功實踐

郎一鳴，賈宏偉，許文兵，孫　焱中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海　200335

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某已鋪設(shè)海底管道維修方案研究及成功實踐

郎一鳴，賈宏偉，許文兵，孫焱
中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海200335

摘要：某已鋪設(shè)海底管道于2006年完成挖溝、下管、清管、試壓、并封存有含防腐劑海水，一直處于備用狀態(tài)，至2013年準(zhǔn)備啟用。進行相關(guān)路由預(yù)調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，最后終止頭一段約236 m管道呈現(xiàn)77°彎曲狀，管頭最大偏離處距離原管頭位置約237 m。經(jīng)過相關(guān)變形和強度分析證明：該段管道已處于塑性變形，不滿足設(shè)計強度要求，需要更換。在結(jié)合項目已有的相關(guān)資源基礎(chǔ)上，充分論證了鋪管船法和膨脹彎法的優(yōu)缺點和相關(guān)風(fēng)險，最終采用風(fēng)險和費用較小的膨脹彎法搶修方案并順利實施，一次性試壓成功，為以后海上類似項目的實施提供相關(guān)技術(shù)和項目管理經(jīng)驗參考。

關(guān)鍵詞：海底管道；強度核算；鋪管船；膨脹彎；機械連接器

1　項目背景

東海某閑置老海底管道（簡稱海管）于2005 年11月由韓國現(xiàn)代重工HD423鋪管船鋪設(shè)完成，2006年5月以過濾且加藥處理過的海水為封存液加壓封存。2006年6月完成挖溝、自然回填后一直處于備用狀態(tài)，決定2013年將該海管投入使用。為進一步掌握該海管的埋深狀態(tài)，2013年4月項目組對該老海管進行了物探調(diào)查，發(fā)現(xiàn)的問題如圖1所示，該管道在距某導(dǎo)管架中心280 m處向東彎曲，海管管頭已偏離完工位置約237 m，彎曲段管道與原設(shè)計路由大致呈77°角，彎曲段長約236 m，拐點距設(shè)計管頭位置約為232 m，管頭距原設(shè)計管道路由約為202 m。為了探明海管的具體受損狀態(tài)和原因，又對其做了進一步調(diào)查，發(fā)現(xiàn)偏離段1個位置混凝土層損壞，4個位置有漁網(wǎng)（見圖2（a）），2個位置有鋼纜存在（見圖2（b）），初步判斷可能被不明漁船損壞。

2　管道偏離后強度校核

為保證后續(xù)海上施工快速順利實施，項目組對受損海管進行強度校核，從變形后的管道模擬得到彎曲半徑為50 m，從而計算出管道及混凝土的最大應(yīng)力和應(yīng)變?nèi)绫?所示。

彎曲段在各個操作工況下的校核結(jié)果見表2，其UC值都大于1.0，強度校核不滿足DNV- 0S- F101規(guī)范［1］要求，需要立即更換。

3　管道維修方案研究

海底管道出現(xiàn)損傷之后，一般需進行管道缺陷檢測、損傷的評價及定位，然后據(jù)此進行維修方法的選擇及工程評價［2］，而海底管道的維搶修方案一般有：封堵修復(fù)方案、水下更換修復(fù)方案、提升法修復(fù)方案。其中封堵修復(fù)方案一般用于管道的臨時性緊急搶修，而水下更換和提升法修復(fù)方案主要用于保證管道的長期安全生產(chǎn)［3- 4］。為此根據(jù)本項目特點主要采用需要水下更換的“膨脹彎法”和海管提升的“鋪管船法”進行研究。

圖1　老海管偏離后狀態(tài)

圖2　打撈上來的終止法蘭

表1　受損管段管道應(yīng)力及混凝土開裂校核結(jié)果

表2　各操作工況下的UC校核結(jié)果

2013年7月，項目組組織DNV、BV和海洋工程相關(guān)專家召開該海管維修方案（“鋪管船法”和“膨脹彎法”）論證會。結(jié)合當(dāng)時施工現(xiàn)場的船舶資源、工程風(fēng)險、采辦進度和費用等因素，詳細(xì)分析了兩種方案的優(yōu)缺點，見表3。

通過對以上兩種方案的優(yōu)缺點分析，考慮到HYSY202鋪管船當(dāng)時已經(jīng)復(fù)員，“深潛號”船就在周邊安裝膨脹彎，需要用到的法蘭有備用件，且該規(guī)格的QCS機械連機器的廠家有現(xiàn)貨，結(jié)合工程風(fēng)險（浸泡7年的管道配重層非常松軟，如果使用張緊器容易滑脫），最后決定采用膨脹彎法對該偏離原鋪設(shè)位置的老管道進行維修。

表3　老海管搶修方案優(yōu)缺點對比

4　“膨脹彎法”搶修方案的實踐

本項目老海管的搶修工作由海洋石油工程股份有限公司總包，采用上海打撈局的“深潛號”飽和潛水船實施，歷時36.42 d。主要工作包括以下幾個方面：

（1）受損海管的切割和打磨。因為機械連接器的安裝位置上不允許存在環(huán)形焊縫，所以切割位置的選擇需要根據(jù)前期潛水員的調(diào)查情況進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以期避開管段上的環(huán)形焊縫，然后潛水員使用液壓鎬和液壓打磨刷去除海管切割位置處約1.8 m長的混凝土配重層及防腐層，受損海管切割位置見圖3～4。

圖3　受損海管切割位置剖面示意

圖4　受損海管切割位置示意

（2）機械連接器的安裝。甲板人員在機械連接器上安裝配套的吊裝索具，并與吊機鉤頭掛鉤，吊機吊起機械連接器，下放入水。機械連接器的結(jié)構(gòu)見圖5，結(jié)構(gòu)參數(shù)見表4。

圖5　機械連接器結(jié)構(gòu)剖面

表4　 GripLock型機械連接器參數(shù)

（3）潛水員引導(dǎo)吊機，將機械連接器緩緩下放至沙袋上。不允許將機械連接器直接放在泥面上，以防泥沙等雜物進入，影響密封性。

（4）潛水員在機械連接器與A架之間連接倒鏈，并通過調(diào)整3個倒鏈的長度將機械連接器帶有夾持法蘭的一端整體套入海管外壁，如圖6所示。

（5）“膨脹彎法”的替代直管連接。依次下放、安裝4段替代直管短節(jié)，短節(jié)與短節(jié)之間用法蘭連接，并對作業(yè)區(qū)域懸跨位置用沙袋回填、恢復(fù)，替代短節(jié)上指定位置處混凝土壓塊擺放，剩余彎曲海管的分段切割及移位，ROV后調(diào)查。具體施工過程如圖7～10所示。

圖6　機械連接器安裝平面示意

圖7　GripLock型機械連接器

圖8　機械連接器吊裝下水

圖9　替代直管膨脹彎

圖10　替代直管膨脹彎下水

5　結(jié)束語

本項目已鋪老海管的搶修工作從2013年7月27日開始，9月17日完成，歷時36.42 d，其中工作時間17.26 d，臺風(fēng)待機11.81 d，因天氣待機3.19 d，設(shè)備待機0.68 d，機械連接器延長到貨待機3.48 d。在整個項目的執(zhí)行中，項目組經(jīng)歷了問題的發(fā)現(xiàn)、分析和解決過程，總結(jié)經(jīng)驗如下：

（1）需要結(jié)合海管狀態(tài)、周邊情況以及船舶資源等綜合因素，決定采用何種搶修方式。

（2）本項目老海管的搶修方案采用飽和潛水水下切割，并用替代直管段作為膨脹彎進行法蘭連接，綜合考慮技術(shù)安全可行，費用最少。

（3）機械連接器在海管搶修方面有著方便、可靠、便于操作的特點，建議已投產(chǎn)的海上油氣田為常用管徑的海管備用1個機械連接器，以防不時之需。

（4）該項目的成功實踐可為以后類似搶修項目提供技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)

［1］DNV- OS- F101 2010，海底管線系統(tǒng)規(guī)范［S］.

［2］王玉梅.國外油氣管道修復(fù)技術(shù)［J］.油氣儲運，2005，24（12）：13- 16.

［3］江錦.海底油氣管道修復(fù)技術(shù)［J］.海洋石油，2012，32（4）：96- 100.

［4］許文兵.平湖油氣田10寸海底輸油管線岱山近岸段臨時修復(fù)［J］.中國海洋平臺，2003，18（2）：37- 40.

Repare Proposal Studyand Successful Implementation of ACertain Subsea Pipeline

LANG Yiming，JIAHongwei，XU Wenbing，SUN Yan
CNOOC China Limited Shanghai Branch，Shanghai200335，China

Abstract：A certain old pipeline was laid in 2006 through trenching，laying，pigging，pressure test then filling sea water containing anticorrosion agent. Till 2013，that pipeline was started to put into operation. In pipeline route investigation，it was found that the pipeline end section of about 236 m bent in 77°and the pipeline end deviated 237 m from the original end position. The deformation and strength analyses proved that the pipeline section was in the state of plastic deformation and did not satisfy the design requirement，it needed replacing immediately. Based on the existing information and resources，the relative merits and risks of two repair methods are compared，which are the pipelaying vessel method for pipeline section retrieving，cutting and repairing，and the expansion loop method for underwater cutting and connecting with substitutional straight pipes. Finally，the second method was adopted and was successfully implemented，which lays the technical and project management basis for future similar project.

Keywords：subsea pipeline；strength check；pipelaying vessel；expansion loop；mechanicalconnector

doi:10.3969/j.issn.1001- 2206.2016.02.005

作者簡介：

郎一鳴（1982-），男，浙江臨安人，高級工程師，2007年畢業(yè)于大連理工大學(xué)結(jié)構(gòu)抗震專業(yè)，碩士，現(xiàn)從事海底管道技術(shù)項目管理工作。Email：langym@cnooc.com.cn

收稿日期：2015- 10- 27