軟管和智能連接器結(jié)構(gòu)及在海底管道維修中應(yīng)用

柯呂雄，崔嶸，熊永功，曹慧軍

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司，北京 100010）①

海底管道（以下稱“海管”）是海上油氣田開發(fā)工程的重要設(shè)施之一，由于其運行在特殊環(huán)境，很容易被腐蝕和損壞［1］。如何安全、快速、低成本地對其進行維修和更換一直是海洋工程研究的重點課題［2］。本文以南海某油田的海管維修為例，介紹“國產(chǎn)軟管”和“智能連接器”在海管維修中的應(yīng)用。新產(chǎn)品和新方法的成功應(yīng)用，縮短了海管的維修工期，降低了海管維修施工成本，并減少油氣田的經(jīng)濟損失。

1 海管維修的必要性

在海上石油開發(fā)中，海管擔(dān)負著油、氣、水等介質(zhì)的輸送任務(wù)。因此，海管運行的安全性和可靠性對海上油氣田的正常生產(chǎn)起到關(guān)健性的作用［3］。海管一旦被腐蝕和損壞不僅造成油氣田停產(chǎn)、中斷下游用戶所需油氣的供給，而且會造成海洋環(huán)境的污染，給社會造成嚴重的影響［4］。

中國海洋石油總公司目前正在服役的海管共有252條，約5100km，其材質(zhì)大部分是鋼管。早期服役的海管即將或已經(jīng)進入疲勞期階段，而海管被損傷和被腐蝕（腐蝕源來自流體中所含的H2S、CO2和SO2等）的幾率越來越大。因此，如何安全、快速、低成本地對其進行維修和更換，使油氣田盡快恢復(fù)生產(chǎn)是目前研究的重要課題。

2 傳統(tǒng)維修方法

2.1 臨時封堵法（管卡法）

海管雖然被輸送液中所含的二氧化碳和二氧化硫等介質(zhì)腐蝕而造成輕微點蝕甚至穿孔，但是其外觀沒有發(fā)生變形，通?？刹捎谩肮芸ǚā睂ζ溥M行搶修，在最短時間內(nèi)恢復(fù)油氣田生產(chǎn)［5］。

優(yōu)點：施工設(shè)備少、方便快捷、成本較低。

缺點：局限性大（限于操作壓力較低、水深較淺、損壞面積較?。?、全過程需要潛水作業(yè)（風(fēng)險大、成本高）。

2.2 鋼管段更換法

海管被嚴重腐蝕或破損面積較大時，采用“管卡法”就滿足不了要求，必須采用“鋼管段更換法”，即用1段新的鋼管替換已損壞的那段海管。其施工流程：①在水下把破損的海管段切除；②在原海管的兩端口安裝連接器；③再將新鋼管段與原海管兩端的連接器連接［6－7］。

優(yōu)點：不需使用特種設(shè)備，管段壽命較長。

缺點：①要求新鋼管段的長度精確、施工難度大；②連接器要采用進口的球面法蘭，選用難、工期較長。

3 新產(chǎn)品和新方法的應(yīng)用

本文以南海某油田的海管維修為例，介紹采用“國產(chǎn)軟管替換鋼管”和“智能連接器”維修海管的方法。

南海某油田在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)有漏油現(xiàn)象，經(jīng)過智能儀器檢測發(fā)現(xiàn)該漏油是來自海管，分析其原因是由被輸送原油中含的腐蝕性介質(zhì)腐蝕造成。被腐蝕的海管段較長，如果不及時維修，則會造成大面積的海洋環(huán)境污染。

該油田所處海域的水深120m，而且被腐蝕的海管段較長、腐蝕點較集中。若采用“管卡法”和“鋼管段更換法”來進行維修，不但難度大而且也難以滿足技術(shù)性能要求；若重新鋪設(shè)一條新海管，不但投資大且從采辦到投入使用的工期較長。經(jīng)綜合研究評估，決定采用國產(chǎn)軟管和智能連接器對被損的海管進行維修。經(jīng)過近1a的使用證明，該方法成功解決了油田的生產(chǎn)難題。國產(chǎn)軟管（專利號201120119926.4）及智能連接器（專利號201220166689.1）均取得了國家專利。

3.1 軟管

3.1.1 結(jié)構(gòu)

目前，國產(chǎn)軟管的內(nèi)徑一般為50.8～304.8 mm（2～12英寸），而本次采用的軟管內(nèi)徑為254 mm（10英寸），其主要結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 軟管結(jié)構(gòu)

1）骨架層支撐內(nèi)管，防止內(nèi)管承受外壓時產(chǎn)生壓潰。

2）內(nèi)壓密封層形成輸送流體的密封層。

3）抗壓鎧裝層承受內(nèi)壓和外壓。

4）抗拉鎧裝層承受軸向拉力。

5）中間包覆層限制抗拉鎧裝層鋼絲變形，減少磨損。

6）外包覆層抗機械損壞，防止海水浸入。

3.1.2 特點

1）軟管內(nèi)表層（骨架層）采用不銹鋼（304L、316L）或雙相不銹鋼（2205）等材料（根據(jù)所輸送介質(zhì)的腐蝕強度來選取合適的材料），能有效地防止H2S、CO2和SO2等介質(zhì)的腐蝕（即抗腐蝕性好）。

2）軟管具有良好的撓性，對于海底高低起伏的復(fù)雜地形具有較強的適應(yīng)性。

3）使用壽命長（20a）。

4）鋪設(shè)時，無需焊接并可一次性鋪設(shè)幾公里，縮短鋪設(shè)施工工期。

3.2 智能連接器

3.2.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

本次維修采用254 mm（10英寸）的智能連接器，其結(jié)構(gòu)如圖2～3。

圖2 智能連接器結(jié)構(gòu)

圖3 智能連接器外貌

1）連接艙智能連接器的主體部分。

2）標準法蘭兩段軟管之間的連接面。

3）測壓注膠口測試密封性能，之后填充密封膠，起擠漲密封、防松動、防泄漏等作用。

4）頂緊器和推進器頂緊密封圈，防松動，防泄漏。

5）頂緊環(huán)和鎖緊環(huán)起防軸向滑動作用，軸向力越大其壓力越大。

6）密封圈起密封作用，防泄漏，防海水浸入。

7）頂緊法蘭起封堵固定作用，防密封圈和楔頂緊環(huán)脫落。

連接艙作為智能連接器固定端與海洋管道連接。頂緊法蘭通過螺栓與連接艙相連，同時壓緊頂緊環(huán)，螺栓頂緊到位后，通過鎖緊環(huán)使智能連接器固定在海洋管道上。螺栓擰緊后，頂緊法蘭壓緊頂緊環(huán)，頂緊環(huán)斜面與鎖緊環(huán)接觸，壓緊鎖緊環(huán)。密封圈放置于頂緊器與連接艙之間，頂緊器頂緊密封圈并防止松動。連接艙上均勻分布注膠閥，通過向注膠閥中泵入膠體，在連接艙中形成密封。在維修海洋管道項目中，通過智能連接器可實現(xiàn)海洋水下免焊接作業(yè)，高效快速地實現(xiàn)海洋管道的修復(fù)。

3.2.2 特點

1）無需焊接法蘭連接快捷，縮短作業(yè)時間。

2）雙重密封機械密封與注膠密封雙重作用，通過螺栓預(yù)緊力擠壓環(huán)形密封圈形成可靠密封。

3）抗拉可靠采用鎖緊裝置實現(xiàn)管線軸向載荷傳遞，楔形塊摩擦自鎖確保軸向抗拉性能可靠。

4）提前測試密封性安裝完成后即可測試其與鋼管之間密封性是否良好，無需管線對接完就可加壓測試，減少測試時間。

3.3 施工流程

首先將損壞海管段切除，按原路線鋪設(shè)一條略長于切除長度的軟管（內(nèi)徑254 mm），再將軟管兩端與原海管兩端連接。

3.3.1 水下切割

首先進行水下清除污泥作業(yè)，然后對損壞海管段進行水下切割作業(yè)（如圖4）。

圖4 切割損壞管線

3.3.2 安裝智能連接器

切除損壞海管段后，在原海管兩端安裝智能連接器（如圖5）。

圖5 安裝智能連接器

3.3.3 軟管鋪設(shè)和對接

沿著切割海管線路鋪設(shè)軟管，然后通過智能連接器將軟管與原海管連接（如圖6）。軟管與智能連接器的連接采用法蘭連接方式（如圖7～8）。

圖6 軟管鋪設(shè)施工

圖7 軟管接頭

圖8 軟管與智能連接器連接

3.3.4 海管試壓

軟管鋪設(shè)完成后，在平臺上對海管（整條）進行加壓試驗，壓力為7.5MPa（取軟管設(shè)計壓力6MPa的1.25倍），待軟管壓力穩(wěn)定后繼續(xù)保壓24h，若不出現(xiàn)壓降則試壓合格。

4 結(jié)論

1）此次在南海某油田采用“國產(chǎn)軟管替換鋼管”對損壞海管進行維修并獲得成功，充分表明國內(nèi)的海底軟管輸油技術(shù)已發(fā)展成熟。

2）國產(chǎn)軟管和智能連接器2項創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，既縮短了海管維修施工工期，也降低了維修施工成本，減少了油田因停產(chǎn)而造成的經(jīng)濟損失。

3）目前國產(chǎn)軟管的使用還存在一定的局限性，只適用于水深小于200m的海域。正在研究水深大于200m 國產(chǎn)軟管技術(shù)。

4）與國外軟管相比，國產(chǎn)軟管的最大優(yōu)勢就是成本低，其次是供貨快捷和方便。隨著我國海洋油氣資源開發(fā)的不斷發(fā)展和擴大，海管的需求也不斷增加，因此國產(chǎn)軟管應(yīng)用前景也會非常樂觀。

5）軟管技術(shù)的研究方向是適應(yīng)水深更深、耐壓更高、管徑更大。隨著國產(chǎn)軟管技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，采用軟管海底輸送油、氣將是未來發(fā)展趨勢。

［1］江錦，馬洪新，秦立成.幾種典型海底管道修復(fù)技術(shù)［C］／／中國海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會論文集，2011.

［2］梁富浩，李愛華，苗春生，等.深水海底管線維修方式及其維修程序的探討［J］.國外油田工程，2009，25（10）：43－47.

［3］張劍波，袁超紅.海底管道檢測與維修技術(shù)［J］.石油礦場機械，2005，34（5）：6－10.

［4］張秀林.謝麗婉.陳國明.海底管道完整性管理技術(shù)［J］.石油礦場機械，2011，40（12）：10－15.

［5］魏中格，齊雅茹，劉鴻升，等.海底管道維修技術(shù)［J］.石油工程建設(shè)，2003，28（4）：30－32.

［6］劉春厚，潘東民，吳誼山.海底管道維修方法綜述［J］.中國海上油氣（工程），2004，16（1）：59－61.

［7］侯濤，安國亭.海底管道損傷處得修復(fù)方法［J］.海洋工程船舶工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟信息，2003（14）：40－43.