海底管道不停輸維修技術及技術難點

摘 要：通過對比不同的海底管道水下維修技術，指出使用水下不停輸技術在海底管道的維修中具有操作方便、無需停輸、自動化程度高、不受水深限制等優(yōu)點。機械式三通在作業(yè)中作為連接管道和作業(yè)設備的紐帶，決定了管道維修作業(yè)的成敗，通過調研國內外機械式三通產品的研究和使用情況，總結出機械式三通技術難點，對我國水下不停輸設備的開發(fā)和研制可起到一定參考作用。

關鍵詞：海底管道；維修；技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.244

0 前言

隨著石油需求量的不斷增加和陸上石油資源的匱乏，人們對于海洋油氣資源的開發(fā)力度逐漸增大，海底管道在海洋石油生產中起到了越來越重要的作用。管道在海底經過長期的運營使用，管道材料將會發(fā)生老化、管壁出現(xiàn)腐蝕點甚至出現(xiàn)孔洞，加之外界環(huán)境突變所造成的管道屈曲變形等眾多原因，導致管道的維修與搶修工作日益繁重，研究可靠的水下管道維修技術和裝備成為迫切需要。

1 海底管道水下維修技術

海底管道水下維修技術用于對海底破損管道進行更換維修以及開分支等作業(yè)，根據(jù)作業(yè)設備和工作環(huán)境的不同大致分為水下焊接維修和水下不停輸封堵維修。

水下焊接維修分為濕式焊接和干式焊接，濕式焊接無需采用干式艙，但水和電弧之間沒有其他保護措施，焊接質量差。干式焊接是在水下安裝焊接工作艙作業(yè)，作業(yè)時通過在管道兩端焊接法連，使管道連接為一體，焊接質量高，但操作復雜，而且受限于水深環(huán)境。

水下不停輸封堵維修也叫機械式三通維修法，利用機械式三通、開孔機和閘板閥等設備在海底管道維修作業(yè)。相對于水下焊接維修更加適合深水環(huán)境作業(yè)；容易實現(xiàn)自動化；無需焊接操作，能夠在不停輸情況下作業(yè)，降低油氣停輸和降壓輸送產生的經濟損失，因此在水下管道維修作業(yè)中已經得到飛速發(fā)展。

2 關鍵設備國內外現(xiàn)狀

由于水下不停輸維修在海底管道維修上的明顯優(yōu)勢和巨大的經濟效益，國內外越來越多的企業(yè)和科研單位投身其中，水下機械式三通作為連接管道和作業(yè)設備的紐帶，成為水下不停輸封堵技術的關鍵設備。

2.1 國內研究現(xiàn)狀

我國海洋管道維搶修技術起步較晚，海底管道開孔封堵技術和國外相比較為落后。近幾年隨著國內對水下管道維搶修裝備的需求不斷增加以及國外設備的高昂費用，國內對水下不停輸開孔技術也進行了一定的研究。

在2002年中國石油大學（北京）與海洋石油工程股份有限公司合作，設計和研制出了水下管道開孔機和機械式三通等裝備。該項目的成功對于我國的水下管道維修技術產生了很大的推進作用，對于研發(fā)水下機械式三通提供了參考。

2014年中國石油大學（北京）和管道局維搶修中心合作，研制出適用于最大作業(yè)水深60m的機械式三通，并進行了驗證實驗。

2.2 國外研究現(xiàn)狀

在20世紀50年代為了確保管道的正常運營，美國開展了水下管道維修技術和機具的研究。國外公司主要有美國的T.D.Williamson公司、英國的Stats Group公司和Oil States等多家公司。

美國T.D.Williamson的產品，能夠對1/4～60英寸的所有尺寸的管道進行作業(yè)，作業(yè)最大壓力為14MPa，實現(xiàn)圍繞管道的連續(xù)密封，同SHORTSTOPP系列不停輸封堵設備配套使用進行管道的維修和替換；2001年對勃西油田直徑305mm天然氣海底管道進行過作業(yè)。

英國Stats Group公司的水下機械三通產品涵蓋3～48in的管道。使用潛水員或者ROV進行操作，可確保在海底惡劣環(huán)境進行維搶修作業(yè)。該水下機械三通提供徑向的雙層密封來保證水下密封的可靠性，軸向的驅動錐形鎖能夾緊管道以提供軸向約束。該產品可用在海底管道不焊接情況下進行分支管道的連接。

Oil States公司的Hydro Tap帶壓開孔夾具消除了對大型的且昂貴的焊接艙及專用輔助設備的需要。Hydro Tap密封機構包括軸向橡膠密封以及環(huán)繞管道的周向密封；卡瓦錨定防止機具旋轉。帶壓開孔前需對Hydro Tap夾具的密封完整性進行驗證，采用位于分支入口頸部的測試端口對Hydro Tap進行壓力試驗。

從國內外的研究情況能夠看出，我國因為起步較晚和國外的技術相差較大 ，國外已經有多年的工程實踐和設計經驗，而國內處在理論設計和試驗階段，嚴重制約了我國水下管道維修技術的發(fā)展。

3 技術難點

目前各公司用于水下不停輸封堵的機械式三通的結構有其類似性，械式三通的采用卡瓦錨定形式，利用橡膠條形成密封環(huán)境。從結構特點中可以得出機械式三通的設計關鍵：

（1）錨定裝置需要要能夠支撐住開孔機的重量和作業(yè)振動，并且在長時間的服役中保證和管道結構的完整性。

（2）密封裝置得橡膠材料需藥在長服役中能夠經海水和輸送介質的侵蝕，不發(fā)生失效產生泄露，污染環(huán)境。

（3）需要簡化安裝工藝，減少操作次數(shù)；對于深水環(huán)境下的無人操作，應開發(fā)專業(yè)的安裝設備。

4 結語

海底管道的水下維修技術是保障海底管道正常運營的重要措施，水下不停輸維修技術能夠在管線不停輸?shù)那闆r下進行海底管道的維修，可有效節(jié)省海底管道運營成本，是保證管道安全的重要手段，由于其明顯的技術優(yōu)勢，已得到國外公司的廣泛應用。我國針對水下不停輸技術的裝備尚處于起步階段，為推動該技術發(fā)展，應借鑒國外先進技術，對水下機械式三通等設備進行深入研究，以促進我國海洋石油工業(yè)發(fā)展。

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作者簡介：李亨濤（1989-），男，碩士學位，研究方向：石油機械裝備研究。