大管徑長距離深水海底管道預(yù)調(diào)試新技術(shù)

戚曉寧，張玉勇，石 磊，陳曉彥

1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451

2.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067

海底管道在鋪設(shè)完畢后，為驗證海底管道系統(tǒng)施工質(zhì)量是否合格，需要經(jīng)過一系列的調(diào)試及測試，以確保海底管道符合設(shè)計要求和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，調(diào)試合格后才能正式投入使用。在以往淺水海底管道預(yù)調(diào)試時，一般采用水面支持船舶或者海底管道回接平臺作為依托。首先，連接海底管道與支持船舶或海上平臺；而后，從水面進行收發(fā)球、注入海水以及化學(xué)藥劑。本文介紹了一種使用水下收發(fā)球筒和水下模塊進行深水大管徑長距離海底管道預(yù)調(diào)試的新技術(shù)，可以顯著提高預(yù)調(diào)試的效率，降低預(yù)調(diào)試過程中的能耗和用水，保障海底管道調(diào)試過程的安全性，對今后深水項目海底管道的預(yù)調(diào)試有一定的借鑒意義[1-4]。

1 水下模塊的應(yīng)用

海底管道預(yù)調(diào)試的內(nèi)容包括預(yù)充水、清管測徑、水壓測試和系統(tǒng)壓力測試。由于本條海底管道位于我國南海某深水氣田，其兩端都位于水下，且其中的一端位于約1 400 m的深水區(qū)，為降低能耗、用水和調(diào)試風(fēng)險，此次調(diào)試選用水下模塊。其主要設(shè)備有可移動沖洗和水壓測試模塊（remote flooding&hydro-testing module，簡稱 RFHM）、化學(xué)藥劑擴展模塊（chemical expansion module，簡稱CEM）、水下測試模塊（subsea test module，簡稱STM） 和連接導(dǎo)管（down line）。

預(yù)充水過程中使用的設(shè)備是RFHM和CEM，其連接方式見圖1。RFHM主要功能是充水和壓力測試，CEM作為化學(xué)藥劑擴充罐模塊配套使用；RFHM的特點在于自帶顯示屏與控制面板，能夠?qū)崟r監(jiān)測各項數(shù)據(jù)，還可以通過控制面板上的閥門調(diào)節(jié)CEM中的化學(xué)藥劑流量，使注入的化學(xué)藥劑濃度達到要求。本次預(yù)充水的化學(xué)藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為350×10-6，能夠?qū)５坠艿榔鸬?個月的保護作用。除此之外，RFHM內(nèi)置數(shù)據(jù)記錄儀，回收RFHM之后可提取數(shù)據(jù)進行記錄分析。這些高效節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用，極大地減少了施工作業(yè)船舶的支持時間，有效節(jié)約了預(yù)調(diào)試過程中的能耗。

圖1 RFHM和CEM連接示意

2 深水海底管道預(yù)充水流程

本項目D 22 in（1 in=25.4 mm）深水海底管道鋪設(shè)完畢后內(nèi)部為空氣，壓力為大氣壓，需要進行預(yù)充水，海底管道的兩端都在水下，靠近平臺的一側(cè)海底管道終端水深為191 m，另一側(cè)海底管道終端水深為1 388 m。預(yù)充水的原理是利用靜水壓頭對海底管道進行注水，如圖2所示，作業(yè)方向為從深水側(cè)海底管道終端的沖洗帽注入海水，流向平臺側(cè)水下隔離閥。

圖2 預(yù)充水流程

首先，在水下隔離閥端安裝清管球接收器，用于接收預(yù)充水清管球以及接下來的清管測徑時使用的清管球，隨后在清管球接收器上安裝單向截止閥，防止海水倒流。將清管球接收器上所有閥門置于打開狀態(tài)，然后通過平臺控制系統(tǒng)將水下隔離閥置于打開狀態(tài)，導(dǎo)通整條海底管道，使海底管道內(nèi)的空氣經(jīng)清管球接收器上的單向截止閥排出。在鋪設(shè)海底管道時，將預(yù)充水的兩個清管球放入深水側(cè)海底管道終端內(nèi)，按照清管球運動方向，前后分別為1號球（鉸接式雙向清管球）和2號球（泡沫球）。先將RFHM和CEM下放至深水側(cè)，利用軟管將CEM與RFHM連接，再將RFHM的管臂與深水側(cè)海底管道終端相連，啟動RFHM和CEM，通過海底環(huán)境壓力和管內(nèi)的壓力差向海底管道注入過濾后海水和化學(xué)藥劑，同時進行初步清管。

清管球在管內(nèi)的速度由預(yù)充水的速度控制，節(jié)流孔板直徑為31 mm，充水開始時限制流量為295 m3/h。當(dāng)海底管道內(nèi)清管球兩側(cè)達到壓力平衡時，注水自動停止，1號球和2號球此時在海底管道內(nèi)已行走約96%的海底管道長度，到達水下隔離閥附近，此充水流程有效減少了預(yù)調(diào)試過程中的用水量和充水時間，也起到了很好的節(jié)能效果。

3 管道充水、清管和智能測徑流程

3.1 新型清管列車的使用

在本項目D22in海底管道充水、清管和智能測徑的過程中，需要由6個清管球組成的清管球列車來進行作業(yè)。作業(yè)方向為從海底管道終端至平臺側(cè)水下隔離閥。在水下隔離閥處安裝的清管球接收器用于接收從深水側(cè)的海底管道終端發(fā)出的清管球列車（共6個清管球）。清管球列車已經(jīng)按照順序置入清管球發(fā)射器中，按照清管球運動的方向，從前至后分別為3號球、4號球、5號球、6號球、7號球和8號球（3號球至6號球均為雙向清管球且?guī)Р讳P鋼刷和磁鐵，7號球、8號球均為智能清管球），見圖3。

3.2 充水、清管和智能測徑工藝流程

由于在此前的預(yù)充水作業(yè)完成時1號球和2號球仍未到達清管球接收器，因而要先用D 3 in連接導(dǎo)管連接調(diào)試船和深水側(cè)臨時清管球發(fā)射器，然后向海底管道中注入已添加化學(xué)藥劑的過濾海水，通過注入海水的體積以及壓力曲線特征（壓力驟升尖峰）確定1號球和2號球已經(jīng)進入清管球接收器中。

圖3 清管球發(fā)射器布置示意

本次清管作業(yè)中使用的D 3 in連接導(dǎo)管，能提供132.6 m3/h的流量，使清管球列車在清管過程中的行進速度保持在0.18 m/s左右，以達到理想的清管效果。清管列車運行示意見圖4。

圖4 清管列車運行示意

清管球發(fā)射是通過向各個清管球之間注入介質(zhì)實現(xiàn)的，充水、清管和智能測試所采用的介質(zhì)共有兩類，分別是碎屑拾取凝膠和過濾并添加化學(xué)藥劑的海水。為了保證清管效果，在發(fā)射3號球之前先向海底管道中注入8 m3碎屑拾取凝膠，隨后通過在3號球之后注入20 m3碎屑拾取凝膠驅(qū)動3號球。同樣，在4號球之后注入20 m3碎屑拾取凝膠，在5號球之后注入205 m3處理海水，在6號球之后注入205 m3處理海水，在7號球之后注入410 m3處理海水，在8號球之后注入帶熒光劑的處理海水，見表1。

通過壓力流量監(jiān)控可以確定3號球至8號球是否到達清管球接收器。8號球之后注入的處理海水化學(xué)藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為500×10-6，能對海底管道起到24個月的保護作用，加入熒光劑是為了檢測下一步海底管道水壓測試的泄漏情況。當(dāng)6個清管球到位后，回收連接導(dǎo)管和清管球發(fā)射器，安裝已關(guān)閉閥門的管端沖洗帽，并在淺水管端回收帶有8個球的清管球接收器，充水、清管和測徑工作結(jié)束。

表1 清管列車布置

4 深水海底管道水壓測試流程

本項目D 22 in海底管道水壓測試使用的設(shè)備是D 2 in連續(xù)油管以及水下測試模塊（STM），在水下隔離閥處對海底管道進行加壓。首先下放STM并通過軟管連接至水下隔離閥，再下放D 2 in連續(xù)油管連接至STM（見圖5），水壓測試使用的介質(zhì)為加入熒光劑的處理海水。通過D 2 in連續(xù)油管將調(diào)試船上的介質(zhì)注入海底管道，將海底管道內(nèi)部加壓至1.02倍的實驗壓力，停止增壓，記錄保壓起始時間，保壓時長為24 h。到達保壓時間后，通過STM顯示屏監(jiān)測海底管道管內(nèi)壓力，壓力變化范圍在0.2%實驗壓力之內(nèi)即滿足要求，開始泄壓，泄壓完畢后水壓測試結(jié)束。

圖5 水壓測試連接示意

本項目D 22 in海底管道水壓測試所用到的STM是專門用于水下測試的模塊，其優(yōu)點是在保壓過程中，船只可以斷開連續(xù)油管和STM的連接，回收連續(xù)油管后調(diào)試船可前往別處進行其他工作；保壓結(jié)束后，海底管道可通過STM自帶泄壓閥進行泄壓，泄壓完畢后再斷開STM與海底管道之間的連接。這樣不僅增加了船只的機動性，也節(jié)省了作業(yè)時間和作業(yè)過程中的能耗，使得調(diào)試過程更加靈活。

5 結(jié)束語

本項目海底管道的預(yù)調(diào)試工作大部分采用水下專用調(diào)試模塊進行，水上調(diào)試船只作為臨時支持使用，既降低了作業(yè)船舶和對海況的要求，同時又節(jié)省了船舶工時和作業(yè)能耗，具有明顯的優(yōu)勢。本項目依照降低能耗、安全運行的原則，從更換高效節(jié)能設(shè)備、優(yōu)化工藝、采用先進流程等方面出發(fā)，針對深水大管徑長距離海底管道預(yù)調(diào)試情況，研制并順利實施了一套新的施工技術(shù)，顯著提高了工作效率，可為今后深水海底管道預(yù)調(diào)試工作提供經(jīng)驗和參考。