海底管道常用水下切割技術(shù)簡介與分析

黃 峰 李 沙 樊 華 李學(xué)楠 崔占明

（海洋石油工程股份有限公司 中海石油（中國）有限公司天津分公司）

0 引言

海底管道是海洋石油介質(zhì)輸送的最重要渠道，在海洋石油行業(yè)中承擔(dān)著重要的使命，也是海洋石油開發(fā)進(jìn)程中不可或缺的重要基礎(chǔ)設(shè)施。然而，隨著海底管道服役年限增加，由于受到海洋石油中介質(zhì)的腐蝕、海底波流的沖刷、海床運(yùn)動(dòng)、臺(tái)風(fēng)、材料焊接/結(jié)構(gòu)缺陷、設(shè)計(jì)安裝不當(dāng)、操作失誤、海上第三方破壞等因素的影響，海底管道經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)泄漏、變形、彎折、斷裂等故障，需要進(jìn)行維修。且隨著海洋石油的開采工程推進(jìn)，海底管道還面臨著開采結(jié)束后退役、回收或清洗后原地棄置等問題。海底管道的小范圍點(diǎn)蝕問題，可以采用海底管道補(bǔ)強(qiáng)材料或機(jī)械卡具來維修，其他的各項(xiàng)維修、回收或棄置活動(dòng)，都不可避免會(huì)涉及海底管道水下切割作業(yè)。

1 海底管道常用水下切割技術(shù)簡介

1.1 金剛石繩鋸機(jī)水下切割技術(shù)

金剛石繩鋸機(jī)是一種能夠切割不同管徑的海底管道的設(shè)備，可以滿足單層海底管道、帶混凝土配重層的單層海底管道及雙層海底管道切割作業(yè)要求。該設(shè)備依靠液壓動(dòng)力站提供的液壓動(dòng)力來夾持固定海底管道，在金剛石繩鋸鏈條的旋轉(zhuǎn)進(jìn)給摩擦作用下，完成海底管道的切割作業(yè)。金剛石繩鋸機(jī)需要潛水員在水下配合安裝，安裝完成后，可通過作業(yè)船舶甲板遠(yuǎn)程控制。該設(shè)備具有安裝方便，可控性好，切割效率高，作業(yè)時(shí)沖擊低，對(duì)操作者和環(huán)境不產(chǎn)生有害影響等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 閘刀式管鋸水下切割技術(shù)

閘刀式管鋸多用于不帶配重層的單層海底管道水下切割作業(yè)。其依靠液壓動(dòng)力站提供的液壓動(dòng)力，完成閘刀式管鋸對(duì)海底管道的夾持固定操作，且在閘刀式管鋸鋸齒往復(fù)切割作業(yè)下完成對(duì)海底管道的切割工作，該切割過程與手鋸伐木過程類似。當(dāng)潛水員水下配合完成閘刀式管鋸安裝后，需要潛水員留在水下現(xiàn)場(chǎng)控制鋸片的進(jìn)給切割工作。閘刀式管鋸安裝簡便，但安裝前需要開挖面積較大的作業(yè)基坑，切割效率較低。

1.3 分瓣式切割機(jī)水下切割技術(shù)

分瓣式切割機(jī)多用于不帶配重層的單層海底管道水下切割作業(yè)。其采用兩個(gè)半環(huán)的設(shè)計(jì)形式，便于在封閉段管道上安裝，半環(huán)內(nèi)部采用滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)，可保證機(jī)器壽命長，維護(hù)費(fèi)用低，工作穩(wěn)定精確。使用時(shí)，由潛水員在水下通過螺栓緊固的方式完成兩個(gè)半環(huán)的連接及固定。運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，機(jī)器每旋轉(zhuǎn)一圈，刀具會(huì)自動(dòng)進(jìn)給到海底管道管體上，保證管體切割位置準(zhǔn)確光滑，可實(shí)現(xiàn)在作業(yè)船舶甲板進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。切割過程采用完全冷切削，不會(huì)產(chǎn)生熱影響區(qū)。分瓣式切割機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，后期維護(hù)簡單且快速，最大限度地保證了配套工具選件的多樣性。

1.4 液壓剪水下切割技術(shù)

液壓剪可用于單層海底管道和帶混凝土配重層的單層海底管道的水下切割作業(yè)。液壓剪的形狀就如剪刀一般，由高等級(jí)的鋼材制造，通過液壓油缸驅(qū)動(dòng)刀頭閉合完成海底管道切割動(dòng)作。液壓剪施工前無需開挖作業(yè)坑，只要保證待切割海底管道大部分裸露于海床表面即可滿足施工要求。安裝時(shí)，由潛水員引導(dǎo)液壓剪在水下就位于海底管道待切割位置，確認(rèn)液壓剪已夾持到待切割管體后，潛水員離開切割位置至安全區(qū)域。然后船舶甲板上的液壓剪操作員啟動(dòng)液壓剪，使剪刀閉合，完成海底管道切割作業(yè)。液壓剪設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，故障率較低，便于就位，切割效率高。

1.5 高壓水研磨料水下切割技術(shù)

高壓水研磨料切割設(shè)備多用于單層海底管道和帶混凝土配重層的單層海底管道的水下切割作業(yè)。高壓水研磨料水下切割設(shè)備采用引射式研磨料水射流工作原理。其設(shè)備主要分為兩個(gè)供給回路，一路提供高壓水，另一路提供研磨料。高壓水的水源可直接取用海水，抽吸上來的海水經(jīng)高壓水泵加壓后形成高壓高流速的水流。當(dāng)高壓高速水流通過混合腔時(shí)，混合腔體內(nèi)部形成負(fù)壓，將研磨料吸入混合腔。混合后的研磨料在高壓水的動(dòng)能與研磨料的切削摩擦共同作業(yè)下，完成海底管道切割工作。高壓水研磨料水下切割設(shè)備需要潛水員水下配合使切割小車安裝就位，安裝完成后可通過船舶甲板上的控制單元來控制高壓水與研磨料的供給與切削。高壓水研磨料設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，有噴嘴堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，但其便于就位，切割效率較高。

1.6 水下電-氧切割技術(shù)

水下電-氧切割技術(shù)是一種能夠滿足不同管徑不同壁厚的海底管道切割要求的技術(shù)，適用于單層海底管道、帶混凝土配重層的單層海底管道及雙層海底管道水下切割作業(yè)。進(jìn)行雙層海底管道水下切割時(shí)，需先將外管切開剝離后，再進(jìn)行內(nèi)管切割。水下電-氧切割設(shè)備由兩個(gè)回路組成，一路為電源-焊機(jī)-割炬-割條回路，另一路為氧氣-割炬-割條回路。割炬使用的割條為圓管中空形式。切割時(shí)，割條管內(nèi)通氧氣，利用水下電弧產(chǎn)生的高溫和氧氣與被切割金屬元素產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)熱加熱和熔化被切割金屬，并借助氧氣流的沖力將切割縫中的熔融金屬及氧化熔渣吹除, 從而形成割縫，隨著水下電弧不斷移動(dòng)和氧氣不斷供給獲得所需要的切割長度, 最終達(dá)到海底管道水下切割目的。該切割過程屬熔化-氧化過程。切割全過程由潛水員在水下完成，并且需要通過潛水電話聯(lián)系甲板配合人員進(jìn)行甲板電源開關(guān)操作。電-氧切割設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，切割速度受潛水員操作熟練程度、氧氣純度、氧氣壓力、切割電流、切割角等多個(gè)參數(shù)影響，在水下施工過程中，潛水員有觸電的風(fēng)險(xiǎn)。管道的切口表面較粗糙，需要頻繁更換割條，成本較高。在海底管道水下切割施工中，水下電-氧切割技術(shù)多用于管體局部開孔切割，幾乎不用于整條海底管道的切割回收工作。

2 常用水下切割技術(shù)對(duì)比分析

前文對(duì)各種水下切割技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹，現(xiàn)將各水下切割技術(shù)的主要性能指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比，具體可見表1。

表1 常用水下切割技術(shù)對(duì)比分析表

3 結(jié)論

文中介紹的六種切割技術(shù)均可用于單層海底管道的回收和棄置工程涉及的切割作業(yè)；帶配重層的單層海底管道的回收和棄置工程中涉及的切割作業(yè)，除閘刀式管鋸和分瓣式切割機(jī)水下切割技術(shù)外，其余四種切割技術(shù)均可滿足使用要求；雙層海底管道回收和棄置工程中涉及的切割作業(yè)，則可使用鉆石線切割機(jī)和電-氧切割技術(shù)。

文中提到的六種切割技術(shù)既可以互為備用，也可以組合使用。例如，在海底管道回收工程中，綜合考慮回收效率及船舶成本等多種因素，通常采用鋪管船作業(yè)線回收方式?？梢允褂媒饎偸K鋸機(jī)完成雙層海底管道的水下切斷工作，然后使用水下電-氧切割技術(shù)在雙層海底管道管端開貫穿同心孔，使用海管拖拉封頭穿銷軸的方式，利用船舶AR絞車將待回收管道回收至作業(yè)線。實(shí)際施工時(shí)，需要針對(duì)具體問題來進(jìn)行具體分析，根據(jù)不同的情況采用不同的水下切割技術(shù)，方能安全、高效地完成海底管道切割作業(yè)。