南海深水水下清管技術(shù)的研究與應(yīng)用

王 軍，奉 虎，鄭松賢，李友行

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

1 工程概況

番禺34-1 至荔灣3-1 平臺(tái)間海底輸氣管線（14 寸/約33 km）所處海域水深190 m，管線完成鋪設(shè)之后水下平管段需要實(shí)施水下清管作業(yè)。

番禺34-1/35-1/35-2 氣田位于我國(guó)南海，其中番禺34-1中心平臺(tái)距番禺30-1 平臺(tái)40 km，距荔灣3-1 平臺(tái)33 km，平均水深190 m。番禺34-1 中心平臺(tái)至荔灣3-1 中心平臺(tái)海底輸氣管道（14 寸，約46.6 cm）將番禺氣田所產(chǎn)天然氣輸送至荔灣3-1 中心平臺(tái)進(jìn)行處理。該海底管線全長(zhǎng)33.1 km，管段Φ355.6×15.9 X65 單層3PE 鋼管，包括水下平管段、水下膨脹彎段、立管段、水上工藝管線段。由于在LW3-1 側(cè)水下膨脹彎處存在PELT（PipeLine End Termination，管道終端）及SSIV（SubSea Isolation Valve，水下隔離閥系統(tǒng)）閥，SSIV 閥不能通過(guò)帶鋼刷的清管器。因此，水平管段鋪設(shè)完成后，需對(duì)平管段進(jìn)行水下清管作業(yè)。

2 水下清管技術(shù)介紹

目前，我國(guó)自行實(shí)施的深水水下清管案例較少。隨著南海深水油氣資源開發(fā)力度的加大，深水水下清管將成為必然趨勢(shì)。南海文昌項(xiàng)目中的一條海管進(jìn)行了水下清管，該項(xiàng)目采取水下發(fā)球、水上收球的方式，利用水下插桿式多球發(fā)球筒，一次可實(shí)現(xiàn)3 個(gè)清管球的發(fā)球作業(yè)（圖1）。

圖1 文昌項(xiàng)目使用的水下插桿式多球發(fā)球筒

根據(jù)番禺34-1 至荔灣3-1 海底管線特點(diǎn)及其他工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目采取水下發(fā)球、水下收球的方式（圖2），通過(guò)動(dòng)力定位船甲板的清管泵向水下旋鈕式多球發(fā)球筒供水，泵與發(fā)球筒之間用10 m/根、8 MPa 的高壓注水軟管，軟管之間由10 000磅/平方英寸（68.95 MPa）的由壬連接，軟管端部安裝加力卡子及鐵鏈進(jìn)行固定，鐵鏈由絞車控制收放，確保軟管安全、快速收放，同時(shí)利用水下旋鈕式多球收發(fā)球筒（圖3），一次可實(shí)現(xiàn)4 個(gè)清管球的發(fā)球作業(yè)，水下收球采用多球收球筒（圖4），一次性接收4 個(gè)清管球。

圖2 番禺項(xiàng)目水下多球發(fā)球技術(shù)流程

圖3 項(xiàng)目使用的水下旋鈕式多球發(fā)球筒

3 注水軟管的設(shè)計(jì)與布置

圖4 項(xiàng)目使用的水下多球收球筒

項(xiàng)目選用的軟管為帶鋼絲內(nèi)襯的軟管（圖5），將軟管等效成鋼管，計(jì)算整體注水軟管的受力情況。模擬管外徑136 mm，壁厚17 mm，密度3147 kg/m3。

圖5 模擬管線各點(diǎn)的細(xì)節(jié)

使用AutoPipe 軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，建立250 m 鋼管模型（表1），其中200 m 鋼管在水中，50 m 鋼管在水上，將250 m鋼管分節(jié)，每節(jié)單元長(zhǎng)度2.5 m，共100 個(gè)節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)頂部承受5 t張力，使用Incline 模擬連接點(diǎn)的作用力，施加的外力載荷：重力，浮力，洋流（按+年-遇的最大流速）和波浪（按一年一遇的最大浪高）。

表1 水下各節(jié)點(diǎn)處支撐反力情況

經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，水下部分最大支撐反力在A79 附近，在高壓軟管可控的受力范圍內(nèi)（表1）[2]。其中，A01 為接近海床點(diǎn)，A81 為水面附近點(diǎn)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

海管平管清管發(fā)球端按照設(shè)計(jì)流程圖，將現(xiàn)場(chǎng)清管泵、高壓軟管及水下多球發(fā)球筒連接起來(lái)（圖6）。清管過(guò)程中，高壓軟管整體受力均勻，絞車?yán)︼@示最大為6 t，拉力在可承受的范圍內(nèi)。飽和潛水員依次打開水下多球發(fā)球筒上的球閥，清管球順序依次發(fā)出，經(jīng)過(guò)30 h 收球端成功接收到4 個(gè)清管器（圖7），清管器取出后無(wú)明顯損傷，水下清管作業(yè)得以成功實(shí)施。

圖6 高壓軟管現(xiàn)場(chǎng)連接

圖7 清管器到達(dá)水下多球收球筒

5 結(jié)論

（1）番禺項(xiàng)目水下清管技術(shù)的成功實(shí)施，驗(yàn)證了旋鈕式水下多球發(fā)球筒及高壓軟管連接方式在南海深水作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性，為今后類似項(xiàng)目提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

（2）高壓軟管的選用及連接方式，采用AutoPipe 軟件進(jìn)行了受力分析，確保施工過(guò)程中高壓軟管在水中的穩(wěn)定性。

（3）水下旋鈕式多球發(fā)球筒及多球收球筒，有效減少潛水員水下工作量，大大縮短水下清管的作業(yè)時(shí)間，降低施工成本。