淺談深水海管預(yù)調(diào)試工藝的兩種模式

郭雷 黃金濤 高磊 張捷

摘 要：海底管道預(yù)調(diào)試實(shí)現(xiàn)了海管在線檢查、減少腐蝕，提高了海管流動(dòng)效率。淺水海管預(yù)調(diào)試一般采用在兩平臺(tái)上安裝收發(fā)球筒完成，或者采用潛水員支持的水下收發(fā)球方式完成。深水油田多采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)模式，因此深水海管預(yù)調(diào)試工作受水深和無作業(yè)平臺(tái)的影響，主要通過合理的安排預(yù)調(diào)試的相關(guān)過程，運(yùn)用支持船下放柔性軟管連接收發(fā)球筒完成水下收發(fā)球作業(yè)，以及采用水下預(yù)調(diào)試模塊等方式完成。本文以南海荔灣氣田海管相關(guān)預(yù)調(diào)試作業(yè)為基礎(chǔ)，分析了荔灣氣田22"外輸海管完整的預(yù)調(diào)試過程，對(duì)比研究了基于模塊化和基于支持船下放柔性軟管兩種深水海管預(yù)調(diào)試工藝，可為以后深水海管預(yù)調(diào)試施工工藝選擇和施工方案的合理選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：深水海管預(yù)調(diào)試；模塊化；柔性軟管

0 引言

海底管道預(yù)調(diào)試內(nèi)容主要包括清管、測(cè)徑、試壓、排水、干燥、惰化過程，新鋪設(shè)海管在投產(chǎn)前必須進(jìn)行預(yù)調(diào)試作業(yè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)新鋪設(shè)海管的在線檢查，確保海管以最佳狀態(tài)服役；預(yù)調(diào)試作業(yè)能減少海管腐蝕，提高海管使用壽命；通過海管預(yù)調(diào)試中排水、干燥、惰化能減少輸氣管道水合物的形成，從而提高海管的流動(dòng)效率。

隨著國內(nèi)海上石油開采力度的加大，尤其是深水油氣田的開發(fā)，越來越多的海底管道將會(huì)被鋪設(shè)，發(fā)展深水海底管道預(yù)調(diào)試技術(shù)尤為重要。本文以南海荔灣氣田22"外輸海底管道預(yù)調(diào)試為研究對(duì)象，完成對(duì)22"外輸海管整體預(yù)調(diào)試方案的研究，總結(jié)了22"海管預(yù)調(diào)試海上施工工藝，對(duì)比研究了深水海管預(yù)調(diào)試中基于模塊化注水試壓和基于支持船下放柔性軟管兩種預(yù)調(diào)試工藝。

1 海管預(yù)調(diào)試基本方法

海管預(yù)調(diào)試包括注水、清管、測(cè)徑、試壓、排水、干燥、惰化，其中注水、清管、測(cè)徑、排水、干燥過程，一般通過發(fā)射清管球?qū)崿F(xiàn)。因此，根據(jù)清管球發(fā)射接收位置的不同可以將預(yù)調(diào)試過程分為以下幾種形式：

（1）平臺(tái)發(fā)射清管球技術(shù)，從一個(gè)平臺(tái)發(fā)射清管球到另一個(gè)平臺(tái)接收清管球；該方式用于兩個(gè)平臺(tái)間的海管預(yù)調(diào)試，預(yù)調(diào)試在海管連接完成后一次性完成；

（2）回路發(fā)射清管球預(yù)調(diào)試技術(shù)，清管球在平臺(tái)發(fā)射，后經(jīng)清管回路返回平臺(tái)，清管球的發(fā)射接收在同一平臺(tái)，該方式用于兩根相伴管線的預(yù)調(diào)試過程；

（3）水下發(fā)射清管球預(yù)調(diào)試技術(shù)，清管球的發(fā)射接收在水下完成，由支持船通過軟管連接收發(fā)球筒或者水下模塊連接收發(fā)球筒實(shí)現(xiàn)水下收發(fā)球作業(yè)，一般需要潛水員或者ROV介入。

2 某深水氣田海管預(yù)調(diào)試工藝研究

南海某深水氣田采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)合淺水平臺(tái)開發(fā)模式，氣田水深1400米，平臺(tái)處水深200米，通過兩條22"外輸海管連接中心管匯與淺水平臺(tái)，氣田內(nèi)部通過12"海管連接基盤與中心管匯。本文主要研究圖1中紅色部分標(biāo)記的管線。

2.1 22"外輸海管預(yù)調(diào)試方案

氣田22"海管預(yù)調(diào)試過程分兩個(gè)階段，主要是第一階段的注水清管測(cè)徑試壓以及第二階段的排水、干燥、惰化。

第一階段：海管注水通過水下注水模塊連接深水端基盤上注水壓力帽，通過預(yù)裝的泡沫球和多功能球完成注水，注入海水通過過濾和化學(xué)藥劑處理，當(dāng)管內(nèi)壓力平衡后可以通過在平臺(tái)端基盤上的注水壓力帽連接軟管排空，完成注水，當(dāng)收球筒接收到多功能球后將收球筒調(diào)成清管收球模式。注水完成后清管測(cè)徑通過在深水端下放柔性立管連接水下發(fā)球筒完成。

第二階段：完成清管測(cè)徑工作，海管進(jìn)行膨脹彎跨接管的連接后進(jìn)行預(yù)調(diào)試第二階段的工作，膨脹彎、跨接管連接完成后兩條管線和中心基盤形成回路，在平臺(tái)上安裝收發(fā)球筒，進(jìn)行系統(tǒng)壓力測(cè)試之后用處理的海水通智能球，然后發(fā)射排水干燥列車完成排水干燥惰化工作。

2.2氣田內(nèi)部管線預(yù)調(diào)試方案

氣田內(nèi)部12"海管預(yù)調(diào)試作業(yè)水深1400m，采用下放柔性立管的形式向海管內(nèi)注入純凈水完成注水，純凈水推清管測(cè)徑列車完成清管測(cè)徑工作。

2.2.1 海管預(yù)調(diào)試前初始狀態(tài)

（1）海管：海管內(nèi)壓力為一個(gè)大氣壓；

（2）表面隔離閥基盤（SSIV PLET）：陸地建造前完成清管、測(cè)徑、試壓，表面隔離基盤隔離閥關(guān)閉狀態(tài)；

（3）深水側(cè)基盤：陸地建造完成清管、測(cè)徑、試壓，注水壓力帽連接2″HOT STAP母頭，相應(yīng)的閥門關(guān)閉，用于注水的多功能球和泡沫球已裝入基盤。

2.2.2 22″外輸海管注水、清管、測(cè)徑

1.作業(yè)船到達(dá)深水基盤位置；

2.獲得作業(yè)許可，ROV下水確定球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，ROV移除DUMMY HOT STP；

3.作業(yè)船下放水下注水模塊及相應(yīng)體積的化學(xué)藥劑，ROV通過HOT STAP連接注水模塊與注水帽；

4.ROV打開注水帽處閥門，操作注水模塊注水；ROV觀察注水過程一小時(shí)，確保注水球的參數(shù)符合預(yù)期；

5.作業(yè)船移船到中心平臺(tái)處（SSIV PLET）；

6.ROV下水確定隔離閥關(guān)閉，移除壓力保護(hù)帽，安裝水下收球筒；

7.作業(yè)船下放2″柔性立管連接到收球筒；

8.打開隔離閥通過軟管產(chǎn)生“負(fù)壓”，使海管充滿水；

9.確定多功能球和泡沫球進(jìn)入收球筒后，將收球筒設(shè)置到接受清管、測(cè)徑球位置；

10.回收柔性立管，移船到深水基盤位置；

11.斷開注水模塊與注水帽，回收注水模塊；

12.拆掉注水帽，回收到甲板，下放水下發(fā)球筒，連接到深水基盤；

13.發(fā)球筒內(nèi)在甲板上裝好四個(gè)清管、測(cè)徑球（清管球1：密封雙向直板球，裝有聲波脈沖發(fā)射器；清管球2：密封雙向直板球；清管球3：密封雙向直板球；清管球4：測(cè)徑球，裝有聲波脈沖發(fā)射器）；

14.下放柔性立管，通過HOT STAP 連接到發(fā)球筒，進(jìn)行1.1倍的最大推球壓力密封測(cè)試15min；

15.確認(rèn)最后一個(gè)球進(jìn)入收球筒后，解開柔性立管與發(fā)球筒連接，回收柔性立管；

16.拆除發(fā)球筒并回收到甲板，重新安裝注水壓力帽；

17.移船到中心平臺(tái)；

18.ROV水下確認(rèn)所有的球都在收球筒，拆掉收球筒與基盤連接，回收收球筒到甲板，重新安裝注水壓力帽；

19.檢查清管球；

20.驗(yàn)收注水、清管、測(cè)徑工作；

21.清管、測(cè)徑驗(yàn)收以后，海管進(jìn)行48小時(shí)熱交換；

22. 熱交換完成后，下放水下試壓模塊，連接試壓模塊到基盤壓力帽；

23.下放2″高壓柔性立管連接到試壓模塊；

24.進(jìn)行15min泄露測(cè)試，測(cè)試完成后進(jìn)行打壓工作，打壓過程如下：

（1）0～35%實(shí)驗(yàn)壓力，1bar/min，打壓到35%實(shí)驗(yàn)壓力后，保壓半小時(shí)，計(jì)算空氣含量；

（2）繼續(xù)打壓到95%測(cè)試壓力，穩(wěn)壓2小時(shí)；

（3）繼續(xù)升壓到102%的測(cè)試壓力（2%的壓力用于穩(wěn)壓時(shí)壓力降）；

（4）穩(wěn)壓2小時(shí)，切斷試壓模塊與軟管連接，回收軟管；

（5）繼續(xù)穩(wěn)壓直到壓力穩(wěn)定，進(jìn)行24小時(shí)保壓；

25.試壓完成后進(jìn)行試壓驗(yàn)收；

26.試壓合格后，回收試壓模塊。

3 深水海管預(yù)調(diào)試模塊化施工工藝和支持船下放柔性立管工藝

3.1 深水水下注水試壓模塊

隨著深水海管的鋪設(shè)，海管預(yù)調(diào)試工作變得愈加復(fù)雜，使傳統(tǒng)的工程船下放軟管注水試壓方式要求更長(zhǎng)、更大的軟管，對(duì)試壓泵尺寸要求也更大繼而船舶要求更高，使預(yù)調(diào)試費(fèi)用更高；隨著軟管長(zhǎng)度和尺寸的加大，軟管下放回收過程更加復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)變得更高；工程船連接軟管的預(yù)調(diào)試方法注水、試壓過程船舶必須守護(hù)在作業(yè)點(diǎn)，惡劣海況下會(huì)出現(xiàn)作業(yè)中途停止，如果在試壓階段需要重新打壓保壓，大大增加了施工成本。基于成本和安全作業(yè)的考慮，國外公司研發(fā)了一套水下試壓模塊用于預(yù)調(diào)試過程中的注水、試壓。

水下注水試壓模塊與傳統(tǒng)工程船下方柔性立管完成的注水、試壓方式相比由于不需要下放軟管、且試壓泵內(nèi)置在模塊內(nèi)部從而大大減少了預(yù)調(diào)試過程對(duì)甲板面積的要求以及對(duì)船舶要求；注水、試壓過程中模塊與施工船分離，施工船可以就近完成其他工作；注水使用底層海水，減少大量熱交換時(shí)間，縮短工期；通過使用水下試壓模塊，能減少人員設(shè)備的投入。

3.2 一種支持船下放柔性軟管海管預(yù)調(diào)試模式

深水清管試壓工程中通過施工支持船舶布放柔性立管，并連接到水下清管球發(fā)射器完成預(yù)調(diào)試中發(fā)球工作。整個(gè)結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分組成：

（1）一段1600m內(nèi)徑3英寸的立管。這段立管是整個(gè)柔性管的頂端部分，從水面延伸到水下軟管連接處；

（2）一段30m長(zhǎng)軟管束。軟管束采用30m長(zhǎng)的柔性管，是整個(gè)結(jié)構(gòu)的水下部分，采用緩波形的布局銜接立管到清管器發(fā)射裝置之間的距離；

（3）浮力塊裝置。這是構(gòu)造緩波形布局的關(guān)鍵；

（4）配重塊。深度達(dá)到千米級(jí)別的立管在海流沖擊中有很大的動(dòng)態(tài)載荷。需要配重塊以使立管保持穩(wěn)定；

（5）清管球發(fā)射裝置。

4 結(jié)論

深水海管預(yù)調(diào)試是一個(gè)復(fù)雜的過程，連接注水泵、試壓泵的軟管端頭一般使用適合ROV操作的快速接頭以便完成ROV水下介入的快速連接。完成深水海管預(yù)調(diào)試的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)注水、清管、試壓、排水、干燥、惰化裝置與海管、基盤的連接，由于水深的影響，不能采用傳統(tǒng)的水下法蘭連接收發(fā)球筒，更無法實(shí)現(xiàn)平臺(tái)上連接收發(fā)球筒布置預(yù)調(diào)試設(shè)備，通過采用水下模塊和下放柔性立管的方法可以實(shí)現(xiàn)深水海管的預(yù)調(diào)試作業(yè)，深水預(yù)調(diào)試作業(yè)可以穿插使用水下模塊和下放柔性立管兩種模式完成以提高作業(yè)效率和作業(yè)安全性。例如，在臺(tái)風(fēng)期作業(yè)我們可以選擇模塊化模式以減少“待機(jī)”，而對(duì)于水深較淺則適合下放柔性立管。

深水海管預(yù)調(diào)試作業(yè)亟待解決的問題在施工上主要是深水柔性立管的下放安裝技術(shù)、收發(fā)球器的水下下放安裝技術(shù)；設(shè)備上要解決的是水下模塊、收發(fā)球器的設(shè)計(jì)制造，ROV接口的設(shè)計(jì)制造。收發(fā)球面臨的是流動(dòng)安全保障方面的考驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 白勇，白強(qiáng)，等.海底工程設(shè)計(jì)手冊(cè) 海底管道分冊(cè)[M].2014.

[3] 謝日彬.流花油田深水水下清管試壓.2014.

[4] 王文明.水下清管器發(fā)展技術(shù)進(jìn)展[J].大連理工大學(xué)，2007.

[5] 鄭利軍.水下生產(chǎn)系統(tǒng)清管方案研究[J].中海油研究總院.2013.

[6] 荔灣3-1深水海管預(yù)調(diào)試相關(guān)資料.