大管徑含油管道水上維修技術開發(fā)及應用

運濤

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300459）

1 大管徑含油管道修復技術應用的背景及意義

1985年起，我國在渤海埕北油田鋪設了第一條海底管道，短短的20 多年僅中海油系統(tǒng)就建造了總長度超過4000km 不同管徑、不同結構形式、不同功能的海底管道，同時，在中石油、中石化和地方政府的灘海油氣田開發(fā)、進口原油碼頭配套管道工程及小型的排污管道等方面已經建成和正準備建設不少海底管道。

但是由于各種原因，如運行超過設計范圍、船舶起拋錨作業(yè)、海上工程作業(yè)、拖網(wǎng)捕魚、海流沖刷及人為操作不當，落物沖擊、介質腐蝕、都會造成在役生產海底管道的損傷或發(fā)生泄漏[1]。為了降低泄漏風險，生產單位也在利用各種檢測技術對管道進行檢測，盡早發(fā)現(xiàn)隱患或缺陷，做好防范措施。

生產管道發(fā)現(xiàn)缺陷后，確認無法滿足管道強度、壁厚標準要求或者無法滿足安全運行要求的，都需要及時更換或維修，即使是經過置換后的油管道，在拆除維修時，由于運行管道內壁常年積存的油泥也無法徹底清洗干凈，在管道拆除、維修時會有零星的油花滲出。由于大管徑雙層管道滿管起吊，重量較大，僅僅靠甲板懸吊起管，吊點拉力很容易超過管道材料的所承受的最大屈服強度值，管道存在很大的彎曲變形的風險。為了保證實現(xiàn)公司零排放、無污染的目標，更加高效、安全地實現(xiàn)對大管徑雙層含油管道進行修復，也是我們必需認真分析和總結的問題。

2 大管徑含油管道水上修復技術分析

2.1 海底管道水上干式焊接修復技術

海底管道水上干式焊接維修的方法是先把水下管道切斷或切除破損管段，然后把管道的2個管端拖吊出水面，焊接修復短節(jié)部分，做好NDT 檢驗和涂層后，再把管道放回海底，即完成維修工作，過程如圖1所示。

圖1 海底管道水上修復示意圖

2.2 大管徑含油管道水上維修技術難點

大管徑雙層含油管道水上修復技術在渤中25-1/25-1 南油田永久復產工程項目中得到了成功應用，該項目重新利舊兩條混輸海管通過解堵置換、清洗，殘留在海管內壁的油污，在海管拆除更換過程中，污油水外溢的風險很高；24、28 寸管線起吊有發(fā)生損傷的風險。在實際施工中總結了具有共性的兩個難點問題。

2.2.1 海管起吊過程中局部應力大和水下拆除中需要防止溢油

海底管道為雙層結構，且管內充滿油水混合物，管線入泥1.5m，僅僅依靠船上的懸吊起吊管體，使得管體局部受力遠遠高于管體材料所能承受的屈服強度，容易造成管體彎曲，不能再次使用。管道起吊前，需要將水下法蘭拆除，拆除過程中，需要全程控制管內的油水混合物溢出管體，保證管端在露出水面前，海水不受到污染。

2.2.2 起吊管段土壤吸附力較大其影響不可估量

由于管線挖溝暴露后的回淤，給水下潛水員對海管纏吊帶掛扣帶來了困難，回淤造成的土壤吸附力大小無法確定，使起吊過程難以控制，且起吊力無法計算，因此，必須將淤泥的吸附力克服掉，才能保證起管的計算和施工安全。

3 技術適用范圍及創(chuàng)新點

大管徑雙層含油管道的修復技術適用于管內介質未達到排海要求的油水混合管線，水深小于60m 海域借助于常規(guī)空氣潛水進行水上修復作業(yè)的工程。

3.1 含油管道水下拆除的防溢油技術

3.1.1 隔離法

在海管法蘭螺栓拆除前，在主作業(yè)船周圍布置事先準備好的吸油拖纜，吸油拖纜使用4 條交通支持船互相協(xié)同進行布設。吸油拖纜必須設計成閉環(huán)形式，總體長度按照施工海域面積進行計算，布設拖纜的天氣海況要良好，便于溢油控制，因為拖纜是控制溢油的最有效也是最后的措施。

3.1.2 在須拆除的法蘭連接處安裝集油罩

設計制作了一個作為溢油控制的集油罩（見圖2），集油罩外形尺寸為5m×5m×4.8m，主體結構有槽鋼和鋼管焊接而成，下方是類似于導管架的防塵板結構，周圍使用厚鋼板包圍，兩側的鋼管在集油罩安裝時入泥深度至少10m。集油罩兩面設計成空門，使用玻璃鋼卷簾門方式設計，潛水員從側面進入開展海底管道法蘭的拆除工作，凡涉及棱角的地方均使用圓滑過渡；集油罩上部設計安裝一個帶有閥門的4 寸軟管，在潛水員拆除法蘭時，便于從集油罩內部抽水。

3.1.3 使用封堵氣囊對法蘭兩側平管端及膨脹彎端進行快速封堵

圖2

在海管法蘭螺栓拆除后，用卡具劈開法蘭，在兩個法蘭端安裝封堵氣囊球，氣囊球規(guī)格為直徑609mm（管外徑為609mm），長度791mm（充氣后），氣囊球可承受壓力0.6MPa。氣囊球安裝后通過壓縮機連接軟管進行充氣，充氣完成后關閉氣囊球端部球閥，臨時封堵完成后拆除管線。

3.2 大管徑混輸管道膨脹彎拆除及平管起吊技術

3.2.1 對比計算確定起吊步驟

被修復海管或者叫拆除的法蘭的吊裝安全問題至關重要，在海管起吊前需進行起吊計算分析，計算采用標準DNV1981“Rules for Submarine Pipeline System”。在海管充滿海水的狀態(tài)下進行計算，計算充分考慮了海管最大的腐蝕裕量。采用OFFPIPE 軟件進行計算分析，并采用更為保守的BCT35 計算軟件進行了校核，從而優(yōu)化了起吊步驟，使海管起吊更趨于安全。

3.2.2 采用長條形起重載動氣囊輔助起吊

由于管線尺寸較大，加之內管滿液，造成管線重量過大，空氣中重量為780kg/m，水中重量為370kg/m。將用于船舶下水用的起重載動氣囊進行改造后應用于海管起吊。重物起重運動、船舶上下水用氣囊，廣泛應用在船舶上下水、沉箱起重移運、其他重物搬運、水下安裝工程的助浮等領域。船用氣囊的應用受場地限制少，無需大型的機械設備，因此，能夠縮短工程周期、節(jié)省大量資金。經過二十多年的發(fā)展實踐，證明這種產品具有安全高效、綠色環(huán)保、機動靈活等特點。起重載動氣囊充氣后自重500kg，有效起重重量為10t。長條形起重載動氣囊的應用使管線的受力情況更加均勻，大大降低了管線局部應力過大給管線造成損傷的風險。

3.2.3 采用甲板吊機配合3個舷吊同時應用的方法進行起吊

應用甲板吊機、舷吊同時進行平管起吊作業(yè)。舷吊可以垂直方向調整高度，同時水平方向可以調整起吊管道與船舶的安全距離，舷吊上的鋼絲繩連接甲板電動卷揚機，鋼絲繩連接張力卸扣，能夠隨時顯示舷吊的起吊重量，因此，更加安全、可控。同時，甲板吊機也具有噸位可以顯示的特點，此特點為起吊過程的噸位控制提供了依據(jù)。

4 結語

兩條混輸管線的重新利用涉及含防溢油技術、大尺寸海管平管起吊技術、膨脹彎水下拆除封堵技術等在國內屬首例，填補了該領域的空白，通過混輸管道水上修復技術，包括防溢油技術及大尺寸混輸管道平管起吊技術等應用，有效控制了工程項目的投資成本。新技術應用大大降低了海上施工的風險。本次海上施工通過采用各項新技術，保證了舊管道的重新利用，為今后類似項目的開展提供了寶貴的成功經驗，為施工單位贏得了巨大的經濟效益。