一種海管拖拉回收修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

鄔智慧， 湯炳然， 顧天寶

（1.深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東深圳 518067；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

海底管線是油田生產(chǎn)輸送重要設(shè)施之一，海管規(guī)模和數(shù)量越來越大。隨著海底管線增多和使用年限的增長，海底管道發(fā)生事故的概率也越來越大，如海底管線發(fā)生損傷，產(chǎn)生了泄漏，不僅會(huì)污染海洋環(huán)境，而且也會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

南海某油田一條已完工的12″/18″雙層混輸海底管線發(fā)現(xiàn)損失之后，對(duì)受損海管的類型、水域水文環(huán)境、施工設(shè)備和船舶等資源綜合考慮，并對(duì)切割后受損海管的拖拉移位進(jìn)行分析，最終采用在受損海管段200 m處切割拖拉移位，使用PRT回收海管和重新鋪設(shè)新海管的施工方案。

1 項(xiàng)目概況

南海某油田的12″/18″雙層混輸海管在海管棄管端約190 m范圍處發(fā)生嚴(yán)重偏離原后調(diào)查路由并向相反方向彎曲，海管端頭偏離原端頭位置約244 m，并在棄管端約90 m處管道出現(xiàn)90°彎折，海管保溫層和內(nèi)管進(jìn)水可能性很大，海管損壞嚴(yán)重（見圖1）。

圖1 海管損壞示意圖

2 海管拖拉分析

2.1 環(huán)境參數(shù)

在拖拉計(jì)算中，考慮波浪與海流環(huán)境參數(shù)：有義波高為1.0、1.5、2.0、2.5 m，最大波高為其1.86倍；波浪周期為5、6、7、8 s；海流參數(shù)采取一年一遇工況(如表1）；波浪方向考慮與船艏角度從0°～180°；海管與海床的摩擦因數(shù)取1.0。

表1 海流參數(shù)

2.2 計(jì)算分析

使用Orcaflex軟件建立12″/18″海管拖拉模型(見圖2），在不同海況下進(jìn)行拖拉動(dòng)態(tài)計(jì)算，并得出最大的拖拉力。在拖拉計(jì)算中，考慮以下環(huán)境參數(shù)：有義波高為1.0、1.5、2.0、2.5 m，最大波高為其1.86倍；波浪周期為5、6、7、8 s；海流參數(shù)采取一年一遇工況；波浪方向考慮與船艏角度從0°～180°；海管與海床的摩擦因數(shù)取1.0。在計(jì)算分析過程中，假定拖拉分析中使用的拖輪RAO（動(dòng)態(tài)響應(yīng)幅值）為軟件默認(rèn)值；海管與海床的摩擦因數(shù)為1.0；海管在拖拉過程中未出現(xiàn)彎折。

在計(jì)算模型中，船舶位于海管管頭端正上方，通過船上拖帶絞車鋼絲繩與海管相連，從而達(dá)到拖拉移動(dòng)海管的目的。拖拉開始階段，在鋼絲繩與海管連接完畢后，收緊鋼絲繩，使得海管管頭端部抬起大概8 m（即比海床高8 m），船舶運(yùn)動(dòng)方向與海管軸向成45°角，前行大概200 m，放松鋼絲繩，解開鋼絲繩與海管的連接。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，海管已發(fā)生塑性變形，且局部出現(xiàn)彎折，為了簡化計(jì)算模型，忽略了海管的塑性情況，將海管處理成直管。海管拖拉計(jì)算結(jié)果見表2，在波高為2.5 m作業(yè)條件下，最大的拖拉力為322.21 kN，拖拉后的海管距離海纜設(shè)計(jì)路由偏離15 m以上。

3 施工方案

3.1 預(yù)調(diào)查

DSV航行至現(xiàn)場(chǎng)后，進(jìn)行DP測(cè)試及定位系統(tǒng)校準(zhǔn)工作。施工前需要對(duì)海管移位的位置及移位過程中所經(jīng)過的路由進(jìn)行調(diào)查，確定損壞海管狀態(tài)和確認(rèn)錨固件及最終切割點(diǎn)位置：海管損壞段共有2個(gè)錨固件,切割成3段管段拖拉移位（見圖3）。

圖2 海管拖拉模型

表2 2.5 m有義波高情況下計(jì)算結(jié)果

圖3 海管切割拖拉移位現(xiàn)場(chǎng)示意圖

3.2 海管切割

在海管水下切割之前，需要打開海管封頭進(jìn)行注水，確保海管內(nèi)外壓力平衡。此次施工使用鉆石線切割鋸進(jìn)行海管切割作業(yè)。鉆石線切割鋸的安裝及操作均需要一定的作業(yè)空間。因此需要對(duì)海管進(jìn)行吸泥。安裝鉆石線切割設(shè)備在設(shè)計(jì)選定的地方進(jìn)行切割（見圖4），具體步驟如下：1）DSV以DP模式定位在作業(yè)位置，ROV水下打開起始封頭上的閥門，對(duì)海管進(jìn)行注水；2）注水完成之后，ROV攜帶吸泥泵至切割點(diǎn)位置進(jìn)行吸泥，以切割點(diǎn)為中心吸泥范圍800 mm×1500 mm×600 mm；3）甲板確認(rèn)鉆石線切割鋸?qiáng)A持尺寸與目標(biāo)海管尺寸相符，將鉆石線切割鋸連接液壓管線進(jìn)行調(diào)試，確保其夾持、進(jìn)給、切割等功能正常使用；4）吊機(jī)下放鉆石線切割鋸入水，同時(shí)絞車下放液壓管道入水，液壓管線綁扎固定在吊機(jī)鋼絲繩上。每5 m綁扎一次；5）潛水員指揮吊機(jī)，通過移船或者吊機(jī)旋轉(zhuǎn)將鉆石線切割鋸下放至海管切割位置上方；6）切割鋸垂直安裝至海管上方，設(shè)備工程師操作甲板控制面板，控制鉆石切割鋸切割海管，潛水員水下監(jiān)測(cè)；7）海管切割完成后，設(shè)備工程師控制油缸回收，潛水員協(xié)助將金剛石線切割鋸拆除，引導(dǎo)至下一個(gè)切割點(diǎn)；8）吊機(jī)將金剛石線切割鋸回收甲板。

3.3 拖拉移位

圖4 鉆石線切割鋸切割示意圖

受損海管分成3段管段，海管拖拉計(jì)劃使用1艘功率為8000 hp的拖輪，拖拉移位過程中，要求拖輪具備DP功能，便于ROV掛扣和解扣。根據(jù)管段不同情況分成兩種拖拉移位方式：第一段管段拖拉海管端頭位置，方向?yàn)榇怪焙９苈酚?；第二段和第三段管段拖拉，采用PRT設(shè)備插入管段，拖拉方向?yàn)榇怪甭酚煞较?0°的夾角。拖輪絞車鋼絲繩依次安裝連接旋轉(zhuǎn)掛扣和ROV鉤,ROV或者潛水員水下將ROV鉤和受損管段管頭或者PRT設(shè)備連接，將廢棄管段拖拉移位至距海管路由最近位置為15 m。第一段和另外兩段管段區(qū)別在于使用PRT設(shè)備，具體步驟如下：1）拖輪以DP模式與DSV平行且保持足夠安全距離，在拖輪甲板上安裝拖拉索具；2）PRT系統(tǒng)安裝在拖輪上，由DSV主吊機(jī)下放PRT至海管端部；3）PRT下放到位后，由ROV進(jìn)行PRT安裝，ROV推動(dòng)PRT尾部，使其緩慢插入海管；4）ROV通過快速接頭插入PRT，并開啟液壓系統(tǒng)，使其卡緊海管；5）ROV利用機(jī)械手將閥門逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，使PRT系統(tǒng)鎖死；6）拖輪絞車緩慢回收鋼絲繩并逐漸提拉海管至8 m高的位置，達(dá)到高度要求之后，拖輪絞車鋼絲繩不再收緊；7）拖輪拖拉海管移位速度為0.5節(jié)，拖拉方向沿海管軸向，防止海管在拖拉過程中斷裂，拖輪過程中，ROV進(jìn)行實(shí)時(shí)高度監(jiān)控；8）拖拉海管到指定位置，拖輪絞車緩慢釋放鋼絲繩，釋放管段至海床；9）管段完全靜止放置在海床上，鋼絲繩不再受力，ROV拔出快速接頭，回收ROV；10）潛水員拆除PRT設(shè)備，安裝吊裝索具；11）DSV下放吊機(jī)，水下連接PRT設(shè)備吊裝索具，DSV吊機(jī)和拖輪絞車同步提升，回收PRT設(shè)備至拖輪甲板；12）DSV安裝水泥壓塊至廢棄管段保護(hù)。

圖5 安裝PRT示意圖

圖6 管段拖拉移位示意圖

3.4 海底管線回收鋪設(shè)

鋪設(shè)船以DP模式停留在海管端頭處，潛水員水下安裝PRT設(shè)備，連接A/R絞車。甲板回收絞車鋼絲繩，使海管通過托管架回收至鋪管作業(yè)線上。鋪管船新管材與原海管進(jìn)行切割、組對(duì)、焊接、無損檢驗(yàn)、防腐、檢驗(yàn)等工序之后，開始鋪管模式以S型鋪管進(jìn)行作業(yè)。

4 注意事項(xiàng)

1）廢棄舊海管拖拉移位風(fēng)險(xiǎn)大。拖輪拖拉廢棄舊海管時(shí)，需要注意拖拉移位給海底管線造成損失，且廢棄舊海管在拖拉移位過程中可能存在斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，因此這個(gè)過程需要ROV不間斷監(jiān)測(cè)；2）拖拉移位作業(yè)時(shí)，需考慮拖輪艏向與風(fēng)浪方向，可根據(jù)實(shí)際情況，更改拖拉方向；3）為防止海管拖拉過程中轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，在絞車鋼絲繩和PRT設(shè)備處安裝旋轉(zhuǎn)掛扣；4）PRT安裝在海底管線時(shí)要求管線強(qiáng)度高，一般安裝在錨固件上，回收海底管線要緩慢加力，注意PRT的狀態(tài)；5）海底管線重新鋪設(shè)前，需要對(duì)路由進(jìn)行清理，以避免存在一些垃圾等物體，導(dǎo)致鋪管時(shí)海底管線造成損傷。

5 結(jié)語

海管拖拉回收修復(fù)技術(shù)是對(duì)海底管線受損更換修復(fù)的一種工藝，目前該工藝不斷地完善，應(yīng)用也越來越多。項(xiàng)目的成功實(shí)踐證明，海管拖拉回收修復(fù)技術(shù)是一種安全可靠且具有實(shí)用價(jià)值的技術(shù)，對(duì)國內(nèi)海洋工程技術(shù)發(fā)展有很大推動(dòng)作用，對(duì)其他類似的項(xiàng)目也有參考價(jià)值。