海上油氣管道干法維修技術(shù)及應(yīng)用

摘 要 隨著我國海底管道服役時間的延長，由于腐蝕老化、海浪沖刷、漁民作業(yè)等原因，海底輸油管道泄漏事故逐年增加。本文論述了一種海上油氣管道干法維修技術(shù)及工程應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞 海底管道；維修工藝；干法維修

中圖分類號 TB53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)062-0114-01

截止到2010年，我國海域鋪設(shè)的海底管道已超過3 000 km。“十二五”期間，僅中海油在油氣生產(chǎn)、沿海天然氣管網(wǎng)、LNG（液化天然氣）輸送等管道建設(shè)規(guī)模都將達(dá)到15 000 km。但是，隨著在役管道服役時間增長、海浪沖刷、船舶起拋錨作業(yè)、拖網(wǎng)捕魚、操作不當(dāng)、落物沖擊、介質(zhì)腐蝕等原因，海上油氣管道的損傷或泄漏事故也在逐年增加。僅2010～2011年就發(fā)生了2起海管破損事故，修復(fù)費(fèi)用高達(dá)幾千萬元人民幣，同時還對海上油氣田生產(chǎn)產(chǎn)生了直接影響。

國際上許多著名的專業(yè)公司都擁有海上油氣管道維修作業(yè)的能力和成功工程案例，如美國的State Oil、挪威的PipeCare等公司。國外掌握著海上油氣管道修復(fù)專利技術(shù)和裝備，對我國只提供技術(shù)服務(wù)，不出售專利技術(shù)裝備，設(shè)置技術(shù)壁壘。2002年之前，國內(nèi)海上油氣管道維修工作只能委托國外專業(yè)工程公司進(jìn)行，或與國外專業(yè)工程公司聯(lián)合開展，國內(nèi)公司僅初步掌握了海底管道濕法維修技術(shù)。

2002年10月，由國內(nèi)海上專業(yè)工程公司牽頭完成的國家“863”計劃水下干式管道維修系統(tǒng)課題，于2006年11月在海上試驗成功，打破了國外技術(shù)壟斷。其創(chuàng)新技術(shù)成果包括主作業(yè)艙及配套裝備、水下開孔封堵設(shè)備、高壓焊接工藝技術(shù)與自動焊接設(shè)備、水下專用配套機(jī)具設(shè)備等。我國海上油氣管道干法維修有了突破性進(jìn)展。

1 基于干式艙的海上油氣管道干法維修系統(tǒng)組成與工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

基于干式艙的海上油氣管道干法維修系統(tǒng)主要是針對我國渤海海域渾水環(huán)境條件，海上油氣管道干法維修作業(yè)系統(tǒng)。由主作業(yè)艙系統(tǒng)、配套高壓焊接技術(shù)與裝備系統(tǒng)、密封封堵技術(shù)與裝備系統(tǒng)、水下作業(yè)機(jī)具設(shè)備系統(tǒng)等組成。其中主作業(yè)艙是海底管道維修創(chuàng)造干式環(huán)境的重要裝備系統(tǒng)之一，包括：干式艙本體結(jié)構(gòu)、H型外框架、水下臍帶系統(tǒng)、臍帶終端系統(tǒng)、干式艙液壓系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、供配氣系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等。

1.2 工作原理

對海上油氣實施干法維修作業(yè)前，操作人員需通過聲納系統(tǒng)、水下電視監(jiān)控系統(tǒng)以及DGPS系統(tǒng)將干式艙 吊裝引導(dǎo)置海底管道損傷部位并安裝就位，然后向艙內(nèi)充入略大于水深壓力的高壓氣體將水排出，形成穩(wěn)定的高壓干式環(huán)境，為對海底管道進(jìn)行焊接修復(fù)提供條件，如圖1所示。

2 關(guān)鍵技術(shù)與干法維修工藝

2.1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

60米以淺海域（以潛水作業(yè)極限深度為界），關(guān)鍵技術(shù)報告：

1）主作業(yè)艙干式環(huán)境的形成與60米水深結(jié)構(gòu)密封技術(shù)。

2）潛水及生命支持保障系統(tǒng)。

3）破損段油氣管道切割封堵技術(shù)。

4）水下高壓干式焊接技術(shù)。

2.2 干法維修工藝技術(shù)（工藝步驟）

海上油氣管道泄漏點位置的確定是整個維修作業(yè)的前提。海上作業(yè)是通過聲納、高靈敏度磁探儀以及常規(guī)潛水檢測等方法對海底管道所在路由位置進(jìn)行定位，通過DGPS對海底管道漏點位置進(jìn)行檢測以確定泄漏點的精確位置。

在進(jìn)行維修作業(yè)前，首先要對作業(yè)管段的外表面進(jìn)行清理，包括附屬水生物、污泥、管道配重混凝土層、保溫層、防腐層等。

維修過程中要采用一段新的管道替代破損管道，因此焊接操作前需對舊管道進(jìn)行切割操作。為了防止管道切割后海水在壓力作用下進(jìn)入管道且在焊接過程中不受管內(nèi)油液影響，需在泄漏點兩端實施帶壓開孔作業(yè)，然后將管道封堵器送入管道進(jìn)行封堵。

操作人員通過Seaking DFP聲納系統(tǒng)、水下監(jiān)控系統(tǒng)以及DGPS系統(tǒng)，通過吊機(jī)對干式艙進(jìn)行吊裝作業(yè)，引導(dǎo)干式艙H型框架就位于待修管道，然后利用H型框架上的液壓位置微調(diào)系統(tǒng)使干式艙本體與管道實現(xiàn)精確定位。關(guān)閉艙門后通過橡膠密封圈泄漏點兩端的管道實施密封操作。

啟動位于甲板的空氣壓縮機(jī)通過臍帶纜向艙內(nèi)注入高壓壓縮空氣將水排出艙外，從而營造出干式高壓環(huán)境。

潛水員進(jìn)入干式艙利用金剛石繩鋸機(jī)對管道進(jìn)行切割操作。然后安裝坡口加工設(shè)備對管道端部進(jìn)行坡口加工。取出替換管道，采用外對口器將新管道與待修管道組對，保證組對間隙符合自動焊接要求后進(jìn)行定位點焊。最后潛水員取出自動焊設(shè)備并進(jìn)行安裝調(diào)試。以上工作完成后，潛水員暫時撤離干式艙。

干式高壓焊接作業(yè)由船上焊工通過焊接電弧視頻監(jiān)視設(shè)備遙控操作完成。利用UT/ACFM等NDT檢驗技術(shù)對焊后管道進(jìn)行焊接質(zhì)量評估。

為了進(jìn)一步確認(rèn)整條海底管道再無其它泄漏點，需對修復(fù)后的海底管道進(jìn)行整體試壓檢驗。

3 干法維修技術(shù)應(yīng)用

水下干法維修技術(shù)具有應(yīng)用范圍廣、維修作業(yè)快捷、維修質(zhì)量高、水下作業(yè)安全可靠，并且修復(fù)后的管道完整性好等優(yōu)點。自2006年11月國內(nèi)專業(yè)公司研究并海試成功后，憑借其技術(shù)優(yōu)勢，已在我國渤海曹妃甸11油田海底電纜檢測復(fù)位工程中成功應(yīng)用。

2006年12月，渤海灣曹妃店油田海底電纜被過往船錨拉至泥面以上，涉及長度約1千米。為進(jìn)一步評估評估和確定這條海底電纜的安全性和使用風(fēng)險，油公司委托國內(nèi)專業(yè)公司進(jìn)行電纜調(diào)查評估。由于曹妃店海域水質(zhì)混濁，水下可見度非常低，在這種海況下，如采用潛水員探摸和水下錄像的調(diào)查方式不可能提供可靠的信息。最終選取水下干法維修系統(tǒng)進(jìn)行電纜調(diào)查評估，通過水下主作業(yè)艙內(nèi)攝像系統(tǒng)對電纜狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集。

該項目的成功實施，有效的證實了海上干法維修技術(shù)在我國渤海灣水質(zhì)渾濁下工程應(yīng)用的可行性。

4 結(jié)論

海上油氣管道干法維修技術(shù)，特別是在水質(zhì)渾濁、能見度非常低的渤海灣，能有效解決海上油氣管道的快速維修作業(yè)問題。該技術(shù)是一項高投入、高風(fēng)險、高科技的海洋系統(tǒng)工程，對我國海洋石油水下油氣管道應(yīng)急維保具有極其重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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