大管徑長距離深水海底管道預調試新技術

戚曉寧，張玉勇，石 磊，陳曉彥

1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451

2.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067

海底管道在鋪設完畢后，為驗證海底管道系統(tǒng)施工質量是否合格，需要經(jīng)過一系列的調試及測試，以確保海底管道符合設計要求和標準規(guī)范要求，調試合格后才能正式投入使用。在以往淺水海底管道預調試時，一般采用水面支持船舶或者海底管道回接平臺作為依托。首先，連接海底管道與支持船舶或海上平臺；而后，從水面進行收發(fā)球、注入海水以及化學藥劑。本文介紹了一種使用水下收發(fā)球筒和水下模塊進行深水大管徑長距離海底管道預調試的新技術，可以顯著提高預調試的效率，降低預調試過程中的能耗和用水，保障海底管道調試過程的安全性，對今后深水項目海底管道的預調試有一定的借鑒意義[1-4]。

1 水下模塊的應用

海底管道預調試的內容包括預充水、清管測徑、水壓測試和系統(tǒng)壓力測試。由于本條海底管道位于我國南海某深水氣田，其兩端都位于水下，且其中的一端位于約1 400 m的深水區(qū)，為降低能耗、用水和調試風險，此次調試選用水下模塊。其主要設備有可移動沖洗和水壓測試模塊（remote flooding&hydro-testing module，簡稱 RFHM）、化學藥劑擴展模塊（chemical expansion module，簡稱CEM）、水下測試模塊（subsea test module，簡稱STM） 和連接導管（down line）。

預充水過程中使用的設備是RFHM和CEM，其連接方式見圖1。RFHM主要功能是充水和壓力測試，CEM作為化學藥劑擴充罐模塊配套使用；RFHM的特點在于自帶顯示屏與控制面板，能夠實時監(jiān)測各項數(shù)據(jù)，還可以通過控制面板上的閥門調節(jié)CEM中的化學藥劑流量，使注入的化學藥劑濃度達到要求。本次預充水的化學藥劑質量分數(shù)為350×10-6，能夠對海底管道起到6個月的保護作用。除此之外，RFHM內置數(shù)據(jù)記錄儀，回收RFHM之后可提取數(shù)據(jù)進行記錄分析。這些高效節(jié)能設備的應用，極大地減少了施工作業(yè)船舶的支持時間，有效節(jié)約了預調試過程中的能耗。

圖1 RFHM和CEM連接示意

2 深水海底管道預充水流程

本項目D 22 in（1 in=25.4 mm）深水海底管道鋪設完畢后內部為空氣，壓力為大氣壓，需要進行預充水，海底管道的兩端都在水下，靠近平臺的一側海底管道終端水深為191 m，另一側海底管道終端水深為1 388 m。預充水的原理是利用靜水壓頭對海底管道進行注水，如圖2所示，作業(yè)方向為從深水側海底管道終端的沖洗帽注入海水，流向平臺側水下隔離閥。

圖2 預充水流程

首先，在水下隔離閥端安裝清管球接收器，用于接收預充水清管球以及接下來的清管測徑時使用的清管球，隨后在清管球接收器上安裝單向截止閥，防止海水倒流。將清管球接收器上所有閥門置于打開狀態(tài)，然后通過平臺控制系統(tǒng)將水下隔離閥置于打開狀態(tài)，導通整條海底管道，使海底管道內的空氣經(jīng)清管球接收器上的單向截止閥排出。在鋪設海底管道時，將預充水的兩個清管球放入深水側海底管道終端內，按照清管球運動方向，前后分別為1號球（鉸接式雙向清管球）和2號球（泡沫球）。先將RFHM和CEM下放至深水側，利用軟管將CEM與RFHM連接，再將RFHM的管臂與深水側海底管道終端相連，啟動RFHM和CEM，通過海底環(huán)境壓力和管內的壓力差向海底管道注入過濾后海水和化學藥劑，同時進行初步清管。

清管球在管內的速度由預充水的速度控制，節(jié)流孔板直徑為31 mm，充水開始時限制流量為295 m3/h。當海底管道內清管球兩側達到壓力平衡時，注水自動停止，1號球和2號球此時在海底管道內已行走約96%的海底管道長度，到達水下隔離閥附近，此充水流程有效減少了預調試過程中的用水量和充水時間，也起到了很好的節(jié)能效果。

3 管道充水、清管和智能測徑流程

3.1 新型清管列車的使用

在本項目D22in海底管道充水、清管和智能測徑的過程中，需要由6個清管球組成的清管球列車來進行作業(yè)。作業(yè)方向為從海底管道終端至平臺側水下隔離閥。在水下隔離閥處安裝的清管球接收器用于接收從深水側的海底管道終端發(fā)出的清管球列車（共6個清管球）。清管球列車已經(jīng)按照順序置入清管球發(fā)射器中，按照清管球運動的方向，從前至后分別為3號球、4號球、5號球、6號球、7號球和8號球（3號球至6號球均為雙向清管球且?guī)Р讳P鋼刷和磁鐵，7號球、8號球均為智能清管球），見圖3。

3.2 充水、清管和智能測徑工藝流程

由于在此前的預充水作業(yè)完成時1號球和2號球仍未到達清管球接收器，因而要先用D 3 in連接導管連接調試船和深水側臨時清管球發(fā)射器，然后向海底管道中注入已添加化學藥劑的過濾海水，通過注入海水的體積以及壓力曲線特征（壓力驟升尖峰）確定1號球和2號球已經(jīng)進入清管球接收器中。

圖3 清管球發(fā)射器布置示意

本次清管作業(yè)中使用的D 3 in連接導管，能提供132.6 m3/h的流量，使清管球列車在清管過程中的行進速度保持在0.18 m/s左右，以達到理想的清管效果。清管列車運行示意見圖4。

圖4 清管列車運行示意

清管球發(fā)射是通過向各個清管球之間注入介質實現(xiàn)的，充水、清管和智能測試所采用的介質共有兩類，分別是碎屑拾取凝膠和過濾并添加化學藥劑的海水。為了保證清管效果，在發(fā)射3號球之前先向海底管道中注入8 m3碎屑拾取凝膠，隨后通過在3號球之后注入20 m3碎屑拾取凝膠驅動3號球。同樣，在4號球之后注入20 m3碎屑拾取凝膠，在5號球之后注入205 m3處理海水，在6號球之后注入205 m3處理海水，在7號球之后注入410 m3處理海水，在8號球之后注入帶熒光劑的處理海水，見表1。

通過壓力流量監(jiān)控可以確定3號球至8號球是否到達清管球接收器。8號球之后注入的處理海水化學藥劑質量分數(shù)為500×10-6，能對海底管道起到24個月的保護作用，加入熒光劑是為了檢測下一步海底管道水壓測試的泄漏情況。當6個清管球到位后，回收連接導管和清管球發(fā)射器，安裝已關閉閥門的管端沖洗帽，并在淺水管端回收帶有8個球的清管球接收器，充水、清管和測徑工作結束。

表1 清管列車布置

4 深水海底管道水壓測試流程

本項目D 22 in海底管道水壓測試使用的設備是D 2 in連續(xù)油管以及水下測試模塊（STM），在水下隔離閥處對海底管道進行加壓。首先下放STM并通過軟管連接至水下隔離閥，再下放D 2 in連續(xù)油管連接至STM（見圖5），水壓測試使用的介質為加入熒光劑的處理海水。通過D 2 in連續(xù)油管將調試船上的介質注入海底管道，將海底管道內部加壓至1.02倍的實驗壓力，停止增壓，記錄保壓起始時間，保壓時長為24 h。到達保壓時間后，通過STM顯示屏監(jiān)測海底管道管內壓力，壓力變化范圍在0.2%實驗壓力之內即滿足要求，開始泄壓，泄壓完畢后水壓測試結束。

圖5 水壓測試連接示意

本項目D 22 in海底管道水壓測試所用到的STM是專門用于水下測試的模塊，其優(yōu)點是在保壓過程中，船只可以斷開連續(xù)油管和STM的連接，回收連續(xù)油管后調試船可前往別處進行其他工作；保壓結束后，海底管道可通過STM自帶泄壓閥進行泄壓，泄壓完畢后再斷開STM與海底管道之間的連接。這樣不僅增加了船只的機動性，也節(jié)省了作業(yè)時間和作業(yè)過程中的能耗，使得調試過程更加靈活。

5 結束語

本項目海底管道的預調試工作大部分采用水下專用調試模塊進行，水上調試船只作為臨時支持使用，既降低了作業(yè)船舶和對海況的要求，同時又節(jié)省了船舶工時和作業(yè)能耗，具有明顯的優(yōu)勢。本項目依照降低能耗、安全運行的原則，從更換高效節(jié)能設備、優(yōu)化工藝、采用先進流程等方面出發(fā)，針對深水大管徑長距離海底管道預調試情況，研制并順利實施了一套新的施工技術，顯著提高了工作效率，可為今后深水海底管道預調試工作提供經(jīng)驗和參考。