海底管道帶壓開孔技術特點和注意事項

楊乾 任躍龍 杜應軍 袁朝綱 王紹則(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

0 引言

帶壓開孔是陸上管道維修的常規維修手段，以開孔作業時開孔機與水平面的夾角可分為水平(0°)、豎直(90°)、斜向(開孔機與管道夾角0～90°)三種情況(圖1)，施工難易程度由難到易依次為：斜向、水平和豎直。為降低作業難度，陸上帶壓開孔常采用豎直開孔，為了便于高處作業，陸上開孔機還配有爬梯和小的作業平臺。而水下帶壓開孔，由于施工環境由陸上移至水下，除了要考慮作業難度、開挖量等因素，還要考慮水下管道系統的穩定性，通過方案比選，選擇合理的施工方案進行。

1 水下海管帶壓開孔技術特點介紹

水下帶壓開孔作業中，由于水壓力的存在，應防止水進入開孔設備造成設備故障，因此須使用水下專用帶壓開孔設備。另外，由于水下焊接尚不能滿足海管規范的強度要求，須使用機械式三通配合水下帶壓開孔作業。基于此，水下帶壓開孔作業，是使用水下專用帶壓開孔設備，配合使用球閥(或閘板閥)和機械三通，在海底管道上進行帶壓開孔作業。前述三種開孔形式：水平、豎直、斜向，以水平和豎直較常見。

1.1 豎直開孔

豎直開孔優點多，開孔難度小，是帶壓開孔封堵作業應用最廣泛的形式， 2017年在渤海海域進行的外徑323.9mm 的海底管道不停輸帶壓開孔封堵項目即采用了豎直開孔形式，優點如下：(1)開孔設備震動對開孔刀影響小、定位性好，馬鞍片圓度好，為封堵作業打下了良好的基礎；(2)開孔設備在正常運轉時，不存在偏心影響，開孔刀調試較容易；(3)水下操作位置離海床泥面較遠，能見度優于水平開孔，但在渤海等能見度交底的海域，優點不明顯。

同時，由于水下環境的特殊性，吊裝常采用水平吊裝，在安裝開孔設備時，需要在海底管道上對開孔設備旋轉90°，在旋轉過程中，機械三通的密封膠條容易脫落，造成安裝失敗。

1.2 水平開孔

水平開孔缺點較明顯：由于在作業過程中開孔設備和開孔刀水平放置，受重力影響，開孔刀會向下發生偏心，會造成中心定位的偏心，嚴重時，會發生卡刀甚至掃膛，因此開孔刀的調校難度較大，在較大尺寸(30"及以上)，還會在開孔刀下方焊接托塊，以降低偏心的負面影響。

但是，對于接入新管線等需要連接大尺寸球閥的情況下，為了保障海管系統的穩定性，降低整個海管系統對周圍海域空間的干涉影響，以水平開孔居多(圖2)。2019年渤海某油田的增產擴容即采用了水平開孔形式。如果采用豎直開孔，球閥和接入管段將高于海管基準3～5m，在開放海域特別是海上活動頻繁地區，極易拉掛漁網、錨鏈，威脅海管安全。

圖1 不同的帶壓開孔形式

圖2 水下帶壓水平開孔(甲板模擬)

1.3 斜向開孔

斜向開孔常見于有限空間的開孔作業，由于開孔刀的定位難度更大，斜向開孔大尺寸開孔難度大，風險高，僅用于小尺寸開孔。

2 水下帶壓開孔方案比選

綜合上述水下海管帶壓開孔技術特點，豎直開孔是首選，特別是開孔行程較長的情況下，豎直開孔的穩定性將有助于降低開孔難度。對于接入新管線等需要連接大尺寸球閥的，水平開孔是必選，針對特殊情況，可以適當調整角度，但調整角度不宜過大，過大將加大開孔刀的調校難度，出現不必要的卡刀等現象。

3 注意事項

(1)演練可簡化，不可省略：水下模擬成本高，可進行陸上演練替代，但是不能省略。在演練過程中，既可以讓設備操作人員熟悉流程、動作，也便于指揮人員自我審視，查缺補漏。

(2)開孔碎屑要采用合理手段進行清理：開孔碎屑是破壞球閥、閘板閥密封的最大元兇，在開孔過程中，不可避免會在整個行程中有殘留，對于豎直開孔，受重力影響，碎屑向下掉落至海管內部，被輸送的介質帶走，殘留較少，而水平開孔碎屑受重力作用，大量殘留在行程內，在開孔刀退回的過程中，易將碎屑帶回，傷害到球閥或閘板閥密封面。針對這一問題，可在開孔刀下方加裝一排刷子，將碎屑盡可能多的帶到管道內部；在開孔刀退回前，空轉3～5 分鐘，通過管道內流動介質的擾動，使碎屑盡可能多的排出；在有條件的情況下，通入高壓氮氣，對行程內碎屑進行吹掃。

(3)開孔設備轉體采取有效措施保護密封條：開孔設備在需要轉體時，應在密封條上涂抹薄薄的一層潤滑脂，降低摩擦系數。在轉體前，先行對機械三通進行加力，限制密封條的移動空間。在轉體結束后，還需要檢查密封條的狀態。

(4)開孔刀卡刀：開孔刀卡刀是開孔作業中最常見的問題，一旦發生卡刀，應立即切換至手動檔，搖動手柄退刀3～4 圈后，繼續進行開孔。

(5)開孔操作一致性：水下開孔是由潛水員進行操作，作業指令是由甲板上的指揮人員發出，如出現不按照作業指令操作的情況，后果十分嚴重，因此，指揮人員發出指令后，潛水員應重復操作指令，做一次確認，操作完成后，通過潛水員攜帶的攝像頭二次確認操作的準確性。

在開孔作業過程中，為保證潛水員與甲板的通訊，至少需要備有一套備用通訊設備，一旦出現通訊故障，及時更換。在排除故障時，潛水員應遠離開孔設備，避免誤操作。

4 結語

合理運用海底管道帶壓開孔技術，認真做好方案比選和注意事項的靈活處理能夠提升水下帶壓開孔的一次成功率。隨著項目案例的增加，該技術將日趨成熟，將成為保障海上油氣田穩產的利器。