百米水深級(jí)海底管道中遺落屈曲探測(cè)器取出方法研究及應(yīng)用

范景濤 高慶有 董廣寧 宋艷磊 劉雷坤

摘 要：在百米級(jí)水深的海管鋪設(shè)中，使用屈曲探測(cè)器進(jìn)行屈曲監(jiān)控是檢測(cè)海管是否屈曲的常規(guī)手段之一。本文以屈曲探測(cè)器遺落在百米水深級(jí)海管內(nèi)為例，對(duì)本次掉落原因進(jìn)行了分析，并制定解決方案，并成功實(shí)施了屈曲探測(cè)器及其附屬物的回收工作，為今后類(lèi)似應(yīng)急情況積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：百米水深;海底管道;屈曲探測(cè)器;應(yīng)急回收

0 引言

在淺水海管鋪設(shè)中，屈曲探測(cè)器監(jiān)控是檢測(cè)海管是否屈曲的手段之一，具有費(fèi)用低和效果明顯等特點(diǎn)。但是隨著水深的增加，屈曲探測(cè)系統(tǒng)更加復(fù)雜，屈曲探測(cè)器在使用過(guò)程中面臨遺落風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別提升，已嚴(yán)重影響施工作業(yè)的效率和施工安全。

國(guó)內(nèi)海洋工程界對(duì)于這種情況的應(yīng)急搶修技術(shù)仍處于技術(shù)理論階段，本文以南海某項(xiàng)目為例，介紹了遺落在海管中的屈曲探測(cè)器及其附屬物的取出方案。

1 項(xiàng)目背景

2015年7月15日，某鋪管船在終止鋪設(shè)時(shí)，取出海管中的內(nèi)對(duì)口器和第1節(jié)30m直徑16mm鋼絲繩后，未發(fā)現(xiàn)的剩余500m鋼絲繩和屈曲探測(cè)器。屈曲探測(cè)器的連接方式如下：

屈曲探測(cè)器和內(nèi)對(duì)口器通過(guò)3個(gè)6.5t卡環(huán)和兩根直徑為16mm（500m+30m）的鋼絲繩連接，具體詳見(jiàn)下圖：

在發(fā)現(xiàn)屈曲探測(cè)器等相關(guān)附屬物遺落后，安排ROV檢查海管，海管無(wú)異常情況，所以可以證明屈曲探測(cè)器的掉落不是海管屈曲造成的。

2 原因分析

屈曲探測(cè)器自海管起始鋪設(shè)放入海管中至鋪設(shè)完畢，均未曾取出，所以無(wú)法確定屈曲探測(cè)器的具體遺落時(shí)間和相對(duì)位置。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)屈曲探測(cè)器相關(guān)附屬物進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)30m保護(hù)鋼絲繩琵琶頭以及內(nèi)對(duì)口器操作桿均有磨損，所以分析認(rèn)為：脫落位置發(fā)生在500m和30m鋼絲繩連接處的6.5T卸扣，卡環(huán)被磨損導(dǎo)致保險(xiǎn)銷(xiāo)和螺母脫落，從而最終導(dǎo)致屈曲探測(cè)器以及500m鋼絲繩掉落在海管中。

屈曲探測(cè)器安裝過(guò)程中，雖然連接卡環(huán)采取了安裝保險(xiǎn)銷(xiāo)的防護(hù)措施，但水深接近100m，著泥點(diǎn)距離作業(yè)線1站位置很遠(yuǎn)，連接屈曲探測(cè)器的鋼絲繩長(zhǎng)度達(dá)到500多米，因此屈曲探測(cè)器及鋼絲繩在海管中的摩擦力比較大，牽引鋼絲繩和連接卡環(huán)的受力和狀態(tài)（比如扭轉(zhuǎn)）無(wú)法得到有效控制，同時(shí)伴隨著應(yīng)力和扭矩集中，其相應(yīng)的疲勞受損和磨損破斷的風(fēng)險(xiǎn)較高。加之屈曲探測(cè)器通過(guò)錨固件時(shí)，鋼絲繩及卡環(huán)會(huì)再次磨損，最終卡環(huán)由于安全銷(xiāo)磨損脫落。

3 解決方案

屈曲探測(cè)器和500m鋼絲繩遺落到海管內(nèi)，計(jì)劃使用清管球清管的方式從海管內(nèi)取出，但潛在風(fēng)險(xiǎn)是清管球會(huì)與500m鋼絲發(fā)生纏繞，導(dǎo)致清管球和鋼絲繩都無(wú)法取出，導(dǎo)致只能使用水下切管或是海管回收的方式修復(fù)，無(wú)論哪種方案都是成本極高的方案，且會(huì)影響油田的投產(chǎn)時(shí)間。

初步方案如下：

①在膨脹彎安裝完成后，將清管泵放在平臺(tái)上進(jìn)行注水清管作業(yè)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果采用0.9MPa壓力、流量250m3/h以上的水泵推動(dòng)清管球即可將屈曲探測(cè)器推出，將封頭內(nèi)的泡沫球和清管球進(jìn)行通球作業(yè);②如果正向無(wú)法將探測(cè)器推出，可將清管水泵安裝在另一側(cè)，放入清管球反向推動(dòng)將探測(cè)器排除。

由于屈曲探測(cè)器與清管球、測(cè)量球結(jié)構(gòu)相似，經(jīng)過(guò)分析論證認(rèn)為通過(guò)注水清管的方式能夠?qū)⑶綔y(cè)器成功取出。為了確保該方案的順利實(shí)施，組織在陸地模擬實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證方案。

模擬試驗(yàn)分為三個(gè)階段：第一階段單純注水;第二階段放入清管球后進(jìn)行注水清管;第三階段反向進(jìn)行上述試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，正向進(jìn)行注水以及通球從管內(nèi)排出的方案是可行的，但反向注水的方案不可行。

海上作業(yè)實(shí)施方案如下：

①飽和潛水員拆除起始端和終止端封頭，管線注水;②安裝網(wǎng)兜用于屈曲探測(cè)器及相關(guān)附屬物接收;③安裝膨脹彎，將平管和立管連接起來(lái);④平臺(tái)上清管設(shè)備就位;⑤從立管段注水推動(dòng)清管球;⑥當(dāng)清管球到達(dá)起始端的網(wǎng)兜后;⑦飽和潛水在水下收集排除的屈曲探測(cè)器，鋼絲和清管球等。當(dāng)通過(guò)注水和通清管球仍無(wú)法將屈曲探測(cè)器及鋼絲繩等附屬物從海管內(nèi)排出，將采取第2套方案：

①安裝一個(gè)帶定位功能的智能電子清管球，打開(kāi)清管泵注水通球;②采用ROV沿著海管航行監(jiān)控清管球的位置，如果清管球不能順利將屈曲探測(cè)器排除，而是清管球位置長(zhǎng)時(shí)間不再變化，記錄清管球所在位置，表明屈曲探測(cè)器就在該位置附近。

根據(jù)屈曲探測(cè)器的所在位置，決策是通過(guò)切割回收海管的方式把屈曲探測(cè)器取出或者在水下將此段海管切斷將探測(cè)器取出，然后水下封堵器安裝膨脹彎的方式連接兩端海管。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

海上施工階段，當(dāng)海管全部鋪設(shè)完畢后，DSV飽和潛水打開(kāi)一端封頭上的球閥進(jìn)行注水，拆卸封頭和安裝收球網(wǎng)。隨后DSV飽和潛水到另一側(cè)封頭將軟管連接發(fā)球筒，打開(kāi)球閥后向海管注水通球，潛水員水下操作閥門(mén)控制發(fā)球，測(cè)量注水體積和甲板注水口壓力變化判斷球是否到達(dá)收球筒。

經(jīng)過(guò)16.5h的注水，清管泵的壓力明顯降低，隨后飽和潛水員將注水軟管從發(fā)球筒拆除。飽和潛水支持船航行到另外一端，潛水員下水檢查發(fā)現(xiàn)屈曲探測(cè)器和500m鋼絲已在收球網(wǎng)內(nèi)。海管內(nèi)總?cè)莘e約860 m3，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)注水總計(jì)4723 m3，最大流量超過(guò)400m3/h，與前期計(jì)算分析以及試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果基本一致。

5 結(jié)語(yǔ)

在淺水鋪管作業(yè)中，基本都會(huì)使用到屈曲探測(cè)器用以監(jiān)控海管屈曲情況，但隨著鋪管作業(yè)的增多，屈曲探測(cè)器掉落海管內(nèi)的事故也會(huì)大大增多，且屈曲探測(cè)器掉落海管內(nèi)會(huì)引發(fā)很?chē)?yán)重的蝴蝶效應(yīng)，本文可以指導(dǎo)事故發(fā)生后應(yīng)急處理方法，但預(yù)防大于應(yīng)急，所以在后續(xù)施工中，建議采取以下措施避免發(fā)生：

①在安裝屈曲探測(cè)器時(shí)，需對(duì)卡環(huán)保險(xiǎn)銷(xiāo)等易損區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)處理;②在海管鋪設(shè)期間，需定期取出屈曲探測(cè)器及其連接索具進(jìn)行檢查;③派專(zhuān)人全天監(jiān)控屈曲探測(cè)器的拉力測(cè)力計(jì)的讀數(shù);④盡量采用其他方式進(jìn)行海管施工屈曲監(jiān)控（例如采用ROV進(jìn)行海管著泥點(diǎn)監(jiān)控）。