水下帶壓開孔技術在較深水海管回接中的應用

柳宇，馬秦鋒，李晶，陳俊友，李剛，肖清軍，姚輝

（深圳海洋工程技術服務有限公司，廣東深圳 518067）

0 引言

海上油氣輸送方案是海洋石油開發研究組成內容之一。當新開發的油氣田為實現物流輸送需新建幾十甚至幾百公里長海底管道時，往往會造成工程建設成本增加和收益率降低。此時，須考慮使用較低輸送成本的方案，如通過水下帶壓開孔方式新建短距離管道回接至已建管道，實現并流輸送，從而達到降低油田開發成本的目的[1-2]。

帶壓開孔是指在管道與所處環境介質隔絕狀態下，以機械切削方式在管道上加工出圓形孔的一種作業。用于在管道內介質不停輸的狀態下在管線上進行開孔，從而形成新的管線支路。借助該技術可在已建生產管道不停產的條件下進行管線修復、改造與油氣的回接，降低因施工停產帶來的經濟損失。海底管道帶壓開孔回接技術是將帶壓開孔技術應用于新建海上油氣管道就近接入/接出已建管道，可降低油田開發建設費用，具有廣泛的應用前景[2-3]。

1 國外海管帶壓開孔回接應用現狀

國外海管帶壓開孔回接技術研發和應用起步早，目前較為知名的海管帶壓開孔公司有TDW公司、STATS GROUP公司、Statoil公司，其中Statoil公司的超深水帶壓開孔設備可作業水深達1000 m（如圖1），并于2012年在Asgard油田20 in海管（水深約265 m）回接中得到應用[4]。

圖1 Statoil公司超深水帶壓開孔機及帶壓開孔三通

2 國內海管帶壓開孔回接應用現狀

國內海管帶壓開孔回接研究和應用起步相對較晚，分別在渤海PL19-3油田回接至渤南—龍口14 in天然氣外輸管線、南海文昌9-2/9-3氣田回接至崖城13-1海管中有過應用（如表1），上述帶壓開孔回接水深均未超過90 m[1,5-7]。

表1 國內帶壓開孔回接海管參數

3 較深水海管帶壓開孔回接技術

本文將以國內南海某項目為例，闡述帶壓開孔在較深水海管回接中的應用。在該項目中，帶壓開孔接入點位于崖城13-1平臺至香港的28 in主管線，該回接點水深約104 m。海管帶壓開孔后，將通過三通橇、膨脹彎與南海某氣田18 in外輸管線進行連接。

3.1 海管及作業資源參數

本項目中帶壓開孔位置的海管參數如表2所示。

表2 帶壓開孔回接處海管參數

本項目中所涉及的帶壓開孔資源主要有帶壓開孔機、18 in隔離球閥、機械三通，其相關參數如表3所示。

3.2 帶壓開孔回接流程

本項目中帶壓開孔回接流程如圖2所示。

圖2 帶壓開孔回接流程

1）在完成陸地帶壓開孔設備、球閥及機械三通整體SIT試驗，獲得相關數據后，進行船舶動員裝船。

2）作業船航行至施工現場，并進行DP測試、定位校準及預調查。

3）海管帶壓開孔點吹泥。下放潛水員進行帶壓開孔位置確認，并在帶壓開孔位置進行基坑吹泥。

4）海管表面清理。使用高壓水射流設備對配重、防腐涂層進行清理（如圖3）；使用縱焊縫打磨工具打磨海管縱焊縫；使用拋光機對海管表面進行拋光處理，以滿足機械三通密封面安裝要求；清理后的管線要求為：直線度≤0.15%L，橢圓度≤2%D，拋光程度Sa2.0。清理完成后，潛水員水下對機械三通安裝及八字導向對齊位置進行標記，用于引導安裝。

圖3 海管表面清理

5）帶壓開孔保護罩安裝。下放帶壓開孔保護罩（如圖4）至水下，水下機器人、作業船舶及吊機配合將帶壓開孔保護罩下放至距離目標區位置一定高度，待水下機器人確認保護罩狀態及其上導向結構與海管位置情況滿足要求后，下放保護罩至海底就位，水下機器人進行就位位置偏差檢查、裙板入泥深度檢查、水平度檢查（牛眼）檢查。

圖4 帶壓開孔保護罩安裝

6）機械三通+球閥+帶壓開孔設備安裝。吊裝下放開孔機+球閥+機械三通組合體進行就位；下放連接機械三通液壓管線，打開機械三通；潛水員通過倒鏈緩慢下放開孔機+球閥+機械三通組合體，使機械三通就位于海管上，安裝機械三通螺栓，并進行液壓拉伸；機械三通安裝完成后，與油田運營方確認管線運行壓力已降至開孔所需壓力。

7）試壓排水。下放連接注水泵試壓管線；注水加壓進行機械三通兩側環空試壓；完成后進行腔體試壓，注水加壓進行機械三通腔體；然后回收注水泵管線，下放連接氮氣管線至開孔機上的注入閥。打開隔離球閥，通過分步注入氮氣、乙二醇、氮氣，從開孔機上的放空閥排水，三步置換完成機械三通排水（連續穩定的氣泡）。

8）帶壓開孔作業。繼續向開孔機內部注入氮氣，升壓測試所有節點密封性；測試完成后，通過氣包泄壓使開孔機內壓力略高于管內壓力；回收N2管線，下放連接開孔機液壓驅動臍帶纜；驅動開孔及進行帶壓開孔作業（刀具進給量參考計算值與SIT數據得出）；開孔完成后，潛水員將刀具退回至開孔機內。

9）帶壓開孔設備回收。關閉隔離球閥，將開孔腔內壓力降至環境壓力；壓力穩定后，對球閥進行泄漏測試；完成泄漏測試后，潛水員打開開孔機上的注入閥和放空閥，進行注水排氣；潛水員拆除開孔機上的液壓管線，回收至甲板；潛水員拆除法蘭螺栓連接，吊機回收吊裝框架+開孔機組合體至甲板。

10）拆除開孔刀頭，裝配導向欄。為了方便被開孔的海管未來通球需要，在完成帶壓開孔后，需在開孔位置安裝導向欄（如圖5）；甲板人員將開孔機吊至設備存儲框架上，并固定好；開孔設備工程師拆除鉆桿末端刀頭，取下鞍型切片；檢查測量切片尺寸，將其與SIT測試數據進行對比，獲得開孔信息；開孔設備工程師將導向欄裝配至開孔機上。通過吊裝架下放導向欄裝配完成后的開孔機；潛水員水下完成開孔機和隔離球閥法蘭連接、緊固；然后重復上述試壓排水流程后，打開球閥，驅動鉆桿安裝導向欄；根據SIT鉆桿行程數據驅動導向欄就位，安裝導向欄鎖銷；潛水員旋轉控制盤，使鉆桿末端接頭脫離導向欄接頭，回收鉆桿，關閉球閥；回收開孔機和吊裝架。

圖5 帶壓開孔導向欄裝

11）安裝膨脹彎短節。下放膨脹彎短節至帶壓開孔點進行就位，然后潛水員利用浮袋、倒鏈等將膨脹彎短節拉近至隔離球閥法蘭位置進行就位、法蘭組對及螺栓安裝和拉伸。

12）排水、氮氣置換。完成新建18 in海管回接后，對新建18 in海管至帶壓開孔球閥管段進行將會整體進行一次排水、干燥、氮氣惰化施工作業。

13）帶壓開孔保護罩頂蓋安裝。吊機下放帶壓開孔保護罩頂蓋至水下，水下機器人協助其在目標安裝區就位，待帶壓開孔保護罩頂蓋完成就位后，潛水員水下找到帶壓開孔保護罩位置后將保護罩頂蓋鎖銷鎖死，然后拆除并回收帶壓開孔保護罩上的導向柱、頂蓋吊索具，隨后潛水員將水下安裝球閥操作桿及指針延長桿裝至隔離球閥上。

14）完成作業工具回收后，作業船舶返航進行人員和設備復員，帶壓開孔回接完成。

4 結語

本文以南海某氣田海管回接為研究對象，概述了較深水海管帶壓開孔施工流程，并對回接各步驟進行了介紹。該方案是國內首次在100 m以深的海管上進行回接。通過本文研究，結論與展望如下：1）水下帶壓開孔回接技術是實現管線不停輸狀態下進行連接的關鍵組成。它可以在不影響油田生產活動的前提下，實現管線的回接、修復和改線等作業，具有很強的經濟性和實用性。可以預見在未來此類海管不停產回接、修復和改線的施工項目會有很多，所以水下帶壓開孔回接技術也會得到充分的應用和推廣，其在國內海上油氣田開發中應用的前景也會非常廣泛。2）海管帶壓開孔回接需要重點考慮設施的密封性能。因為海管內存在一定的生產壓力，若設備連接點的密封性能不好，將會引發不可估量的安全事故，對現場作業人員乃至油田設施造成重大傷害。因此，在進行水下海管帶壓開孔回接時，必須重點考慮設施密封性測試，明確密封性測試各步驟試壓界面的操作步驟、試壓壓力和保壓時間。3）帶壓開孔回接設施在設計時需考慮安全冗余，特別是隔離閥的密封冗余設計，避免因隔離閥單側密封失效造成開孔機無法取下，造成帶壓開孔失敗。