海底管道不停輸帶壓開孔封堵技術應用

成二輝，杜應軍，弓志輝，李澤軍

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

1 概述

帶壓開孔是指在管道密閉狀態下，以機械切削方式在管道上加工出圓形孔的一種作業。封堵是指從開孔處將封堵頭送入管道并密封管道，從而阻止管道內介質流動的一種作業[1-4]。海底管道不停輸封堵工藝，是在海底管道上帶壓安裝機械三通并開孔，建立旁通管路，達到不停輸封堵的目的，該不停輸帶壓開孔封堵工藝示意，如圖1所示。

目前，陸地鋼制管道帶壓開孔封堵技術已經成熟并形成了國家標準，對于海底管道的帶壓開孔封堵技術目前尚無標準可循。

2017年在渤海海域，外徑323.9 mm的海底管道不停輸帶壓開孔封堵項目的成功實施為國內海底管道的不停產修復技術的應用奠定了基礎。

圖1 海底管道不停輸帶壓開孔封堵工藝示意

2 帶壓開孔封堵技術應用背景

2015年，渤海某海域海底天然氣管道在進行內檢測時發生漏磁檢測球卡球情況。卡球未導致管道停產，但是產量降低，為保證天然氣產量并取出漏磁檢測球，在經過正向增壓以及反向泄壓等措施均未實現解卡的情況下，2017年初設計了不停輸帶壓開孔封堵的施工方案。不停輸帶壓開孔封堵的技術方案優勢在于：保證天然氣產量，防止海水進入海底管道導致腐蝕，防止管道內凝析油溢出，保護海洋環境。

該海底管道相關參數見表1。

表1 管道參數

3 帶壓開孔封堵技術應用

3.1 陸地試驗及潛水員培訓

為保證海上開孔封堵作業順利實施，進行了陸地開孔封堵設備系統功能性測試（SIT），并對潛水員進行了實操培訓。陸地試驗對施工過程中需要的混凝土層清理、防腐層清理、三通安裝、平衡孔開孔作業、封堵孔開孔作業、封堵作業等內容進行了培訓。

3.2 暴露管道及作業坑定點開挖

由于管道埋深1.5 m，首先需要使用挖溝機將管道挖溝暴露并進行作業坑的定點開挖，作業坑最小尺寸為長4 m（軸向）×寬2 m（海底管道兩側各1 m）×深0.8 m（海底管道底部懸空），以滿足安裝機械三通和開孔機組合體的要求。

3.3 混凝土及防腐層清理

作業坑開挖完成后，在機械三通安裝位置清理管道表面涂層，包括混凝土配重層、3PE層，直至露出光管為止。本次清理使用高壓水射流裝備，如圖2所示。

根據機械三通的長度確定混凝土層和防腐層清理長度，要求如圖3所示。

圖3 涂層清理尺寸要求

3.4 開孔機甲板組裝及水下安裝

為減少潛水員工作量，在甲板完成開孔機、閘板閥以及機械三通組裝，完成密封性試驗后整體下水進行安裝，開孔機組合及安裝見圖4，安裝就位后進行螺栓的液壓拉伸，拉伸分為軸向螺栓拉伸以及環向螺栓拉伸。

圖4 開孔機組裝及下水安裝

3.5 開孔作業

機械三通螺栓加力完成后進行密封試驗，密封試驗完成后進行開孔作業。開孔作業由潛水員水下監測完成，圖5為潛水員水下進行開孔作業。開孔完成后關閉閘板閥，拆除開孔機，取出馬鞍片。

圖5 水下開孔作業

3.6 封堵作業

開孔機拆除后安裝封堵機，建立臨時旁通，本次臨時旁通采用外徑168.3 mm、耐壓等級10 MPa的高壓軟管，旁通連接方式如圖1所示，旁通建立后進行封堵作業，封堵機如圖6所示。

圖6 封堵機

3.7 管道切割取智能球

管道封堵完成，旁通開始輸氣，利用冷切割設備鉆石線切割機（見圖7），進行管道水下切割，取出漏磁檢測球。

圖7 鉆石線切割機

3.8 新管段回接

漏磁檢測球取出后，預制和切割長度相同的管段，水下安裝管段。新管段回接如圖8所示。

圖8 新管段回接

3.9 恢復工作

新管段回接完成后解除封堵，拆除旁通管道，拆除封堵機。利用沙袋對作業坑進行回填，管道恢復生產，人員設備復原，施工作業結束。

4 關鍵技術

4.1 國產機械三通的使用

目前水下帶壓開孔封堵作業所用機械三通基本上從國外購置。本項目在充分調研和分析的基礎上，試將國產機械三通（見圖9）應用于本項目。機械三通國產化購置縮短采購周期約5個月，為機械三通的國產化奠定了基礎。

4.2 開孔機組合體的豎直吊裝

開孔機組合體安裝工藝為水平吊裝（見圖10）及水平安裝，組合體水平安裝至管道后調整至豎直狀態。本次安裝采用直接豎直吊裝（見圖11），一次就位完成，大大提高了施工效率。

圖9 國產機械三通

圖10 水平吊裝

圖11 豎直吊裝

4.3 首次使用國產軟管作臨時旁通

本項目首次使用國產軟管（如圖12所示）替代鋼制管道，作為水下帶壓開孔封堵作業的臨時旁路。大幅減少了水下旁路安裝的工作量，提高了旁路管道安裝效率。

圖12 國產高壓軟管的應用

5 結束語

海底管道內檢測一旦發生卡球情況，嚴重的會導致整條管道廢棄。海底管道不停輸帶壓開孔封堵技術，是解決海底管道內檢測發生卡球后使用常規手段無法解決而使用的終極解卡手段。此次不停輸帶壓開孔封堵技術解決了管道卡球的問題，是國內首次使用自有開孔封堵設備、國產機械三通、國產高壓軟管代替鋼制管道旁通輸氣，在高壓力運行情況下進行全線不停輸帶壓開孔封堵作業。本項技術在項目中的成功應用，標志著國內海底管道不停輸帶壓開孔技術得到了成功應用，填補了國內該領域的空白，具有較好的推廣價值。

[1]GBT28055-2011，鋼制管道帶壓封堵技術規范[S].

[2]潘東民，馬洪新，梁光輝，等.海底油氣管道水下修復技術開發及工程應用[J].天津科技，2009（2）：17-20.

[3]江濤，朱圣平，李方圓.天然氣管道不停輸帶壓封堵技術應用實踐[J].石油工程建設，2013，39（6）：48-49.

[4]張瀟.不停輸帶壓封堵技術 [J].石油工程建設，2010，27（3）：24-25.