海底管道缺陷修復后壓力試驗方法探討

賈璐瑾* 于春濤 趙百龍

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

海底管道是海洋石油開發(fā)工程的重要組成部分，隨著服役時間增加，可能會出現(xiàn)各種缺陷，需要及時進行修復，而壓力試驗是海底管道修復后的最后驗收步驟，能夠直接確定海底管道修復后是否符合運行要求，也是投產(chǎn)使用的必要環(huán)節(jié)。選取合適的修復后海底管道壓力試驗方法，保證修復后海底管道安全性，并最大限度地考慮經(jīng)濟性，受到了廣泛關注。

1 海底管道系統(tǒng)規(guī)范要求

1.1 海底管道系統(tǒng)修復要求

目前國內(nèi)海底管道系統(tǒng)修復大多遵循石油天然氣行業(yè)標準SY/T 10037—2018《海底管道系統(tǒng)規(guī)范》。根據(jù)該規(guī)范，海底管道系統(tǒng)修復的根本要求為修理和改造不能削弱其安全程度，使其低于規(guī)定水平。

該規(guī)范要求當海底管道系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)缺陷時，應立即對缺陷進行詳細調(diào)查。根據(jù)調(diào)查結(jié)果全面評估缺陷對海底管道運行的可靠性和安全性的影響，并推算缺陷的發(fā)展趨勢。若評估證明海底管道系統(tǒng)的安全等級沒有降低，可以暫不處理缺陷。若評估證明缺陷造成海底管道系統(tǒng)安全等級降低，一種處置方法是在海底管道設計允許的情況下海底管道降低的工作條件；另一種處置方法是針對不同的缺陷形式，采用對應的修復方法，恢復海底管道系統(tǒng)的安全等級，使其不低于原設計水平。

1.2 海底管道系統(tǒng)壓力試驗要求

SY/T 10037—2018《海底管道系統(tǒng)》規(guī)定，新鋪設海底管道系統(tǒng)壓力試驗的試驗范圍是從清管球發(fā)射器到清管球接收器之間的管道，通常在管道全部鋪設結(jié)束和管道后保護工作完成后進行。海底管道系統(tǒng)壓力試驗又可以分為強度試驗和泄漏試驗兩部分。其中強度試驗的試驗壓力為設計壓力的1.25倍，穩(wěn)壓后壓力維持時間不低于2 h，維持期內(nèi)壓降小于每小時1%，試驗結(jié)果可以接受。泄漏試驗的試驗壓力為設計壓力的1.1倍，穩(wěn)壓維持時間通常為24 h，試驗期間壓力在試驗壓力的±0.2%范圍內(nèi)變化，或者在排除溫度和其他因素造成的壓力變化后，在試驗壓力的±0.4%范圍內(nèi)變化。試驗介質(zhì)通常采用潔凈水，若使用海水則應去除海水中的有害物質(zhì)。

對于缺陷修復后海底管道的壓力試驗，規(guī)范中僅對海底管道再認證做出了較為籠統(tǒng)的原則性要求，并未給出具體海底管道缺陷修復后壓力試驗的執(zhí)行方法和標準。

2 海底管道缺陷修復方法

一般情況下，根據(jù)不同的缺陷形式，海底管道缺陷修復方式可以分為局部修復和整體修復兩大類，詳見表1。

表1 海底管道修復方法列表

2.1 海底管道局部修復

海底管道缺陷局部修復方式適用于海底管道系統(tǒng)僅局部位置存在缺陷或損傷，其他部位狀態(tài)良好的情況，根據(jù)采用的材料和適用情況不同，又可以分為機械封堵管卡修復，和局部切除更換修復。

海底管道僅在局部位置存在壁厚減薄、凹陷和穿孔時，可以采用在缺陷處安裝機械封堵管卡的方式進行修復。機械封堵管卡通過緊固尾部螺栓擠壓內(nèi)部密封裝置，使其與海底管道之間形成有效的密封腔體，安裝時將缺陷部位置于密封腔體內(nèi)，保證即使海底管道出現(xiàn)泄漏依然能夠保證有效密封，詳見圖1。機械封堵管卡上設有試壓孔，可以通過試壓孔對密封腔體進行壓力試驗，驗證安裝后的密封情況。

圖1 機械封堵管卡

當海底管道系統(tǒng)在局部區(qū)域受外力或其他因素作用，造成較大彎折、裂縫或折斷，無法采用機械管卡封堵修復的方法修復時，可采取局部切除更換的方式進行修復。先將局部受損的管段水下切除回收，根據(jù)水深情況，可以將管頭起吊出水面，在切割后的管頭焊接法蘭，無損檢驗合格后下放至海底，也可以直接在水下安裝機械連接器，更換的管段通過端面法蘭與原海底管道連接，法蘭之間采用自試壓墊片作為密封件，使海底管段重新導通。

機械連接器是一種機械式水下連接件，可以避免焊接安裝在海底管道上，其頭部為一片標準法蘭，可以與更換管段的端面法蘭連接，本體套在海底管道外壁，通過緊固機械連接器尾部的鎖緊螺栓，向前推動鎖緊機構(gòu)和密封機構(gòu)，鎖緊機構(gòu)會使機械連接器牢固的固定在海底管道上，密封機構(gòu)受到擠壓與海底管道之間形成密封，保證管道的密性能，具體如圖2所示。機械連接器同樣設有試壓孔，可以驗證安裝的密封有效性。

圖2 機械連接器

自試壓墊片具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便和節(jié)省試壓時間等優(yōu)點，近幾年在海底管道修復工程中被廣泛應用。其結(jié)構(gòu)包括墊片本體和設置在墊片本體上的試壓組件，墊片本體上設置至少一個貫穿的試壓孔，試壓管設置在墊片本體外緣上，一端與試壓孔連通，另一端與試壓管快速接頭連接。自試壓墊片除了具有密封功能外，還能檢測法蘭密封面的密封性能，如圖3所示。

圖3 自試壓墊片

2.2 海底管道整體更換修復

海底管道整體更換修復就是回收整條缺陷海底管道，重新鋪設新的海底管道。該方式適用于海底管道整體缺陷較多，并且分布廣泛，無法采用采取局部修復，或者局部修復經(jīng)濟性較差的情況。

3 海底管道系統(tǒng)缺陷修復案例及對應壓力試驗方法

不同的海底管道缺陷修復案例，采取的壓力試驗各不相同，通過以下3個典型案例進行說明。

3.1 機械封堵管卡修復案例

渤海某DN 350 mm海底管道，在內(nèi)檢測時發(fā)現(xiàn)存在一處超過60%內(nèi)腐蝕缺陷點。修復方案為通過缺陷點的內(nèi)檢測里程數(shù)值來確定缺陷點所在海底管段的位置，將缺陷點所在海底管段開挖暴露，清除缺陷點所在海底管段位置的配重層、防腐層，水下測量壁厚，確認缺陷點精確位置，安裝機械封堵管卡在海底管段指定位置上，使缺陷點位于有效密封腔體內(nèi)，所有螺栓緊固到位，機械封堵管卡完成安裝，壓力試驗合格后，對裸露海底管段進行水下防腐處理，完成修復。

該管道的該壓力試驗方法為：通過試壓孔對機械封堵管卡進行水壓試驗，驗證機械封堵管卡的密封有效性，試驗壓力值為海底管道最大運行壓力的1.1倍，穩(wěn)壓時間為30 min，1 min記錄1次，壓降小于5%為合格。

3.2 機械連接器修復修復

東海某海底管道受外力作用折斷，修復方案為在沉降區(qū)兩端安全區(qū)域?qū)⒑５坠芏吻袛?，在切割后的原海底管段管頭安裝機械連接器，使用新預制的更換管段替代原受損管段，更換管段通過法蘭與原管道連接，修復后的管道進行局部壓力試驗，合格后對海底管段進行后保護，完成海底管段修復，如圖4所示。

圖4 機械連接器修復方法

該管道壓力試驗分為3個部分進行，驗證修復后海底管道的嚴密性。

（1） 機械連接器安裝后的壓力試驗

通過試壓孔向機械連接器內(nèi)注水提高壓力，試驗壓力為海底管道最大運行壓力的1.1倍，穩(wěn)壓時間為30 min，每1 min記錄1次，壓降小于5%為合格。

（2） 更換管段的壓力試驗

更換管段試壓前，需要按照檢驗程序，對所有焊縫進行100%無損檢驗，證明焊縫的焊接質(zhì)量滿足要求，相關檢測結(jié)果須經(jīng)第三方認證認證。無損檢驗合格后方可進行壓力試驗，試壓壓力為海底管段設計壓力的1.25倍，穩(wěn)壓時間為2 h，驗收標準與新鋪管段壓力試驗驗收標準一致，壓力試驗期間還需要進行100%目測檢查。

（3） 法蘭自試壓

法蘭的壓力試驗是通過自試壓墊片測試法蘭安裝后的密封性。試壓壓力為海底管段設計壓力的1.1倍，穩(wěn)壓時間為30 min，每1 min記錄一次，壓降小于5%為合格。

3.3 海底管段整體更換修復

渤海海底管道在內(nèi)檢測時發(fā)現(xiàn)超過200處內(nèi)腐蝕缺陷點，缺陷點分散分布在整條海底管道上，其中超過50%的腐蝕缺陷多達16處。對比前后兩次內(nèi)檢測數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，腐蝕還在進一步發(fā)展，考慮到腐蝕繼續(xù)加劇，決定對海底管道進行整體更換。首先對海底管道進行清洗，拆除海底管段兩端的立管和膨脹彎，通過鋪管船的作業(yè)線，按照鋪設的逆過程回收缺陷管道，回收完成后，沿原路由重新鋪設新海底管道，鋪設完成后，進行挖溝和壓塊擺放等后保護，后保護完成后進行壓力試驗，壓力試驗合格管道投產(chǎn)。其壓力試驗按照新鋪管道的壓力試驗方法和標準進行。

4 海底管道修復后壓力試驗方法總結(jié)

局部修復后海底管道壓力試驗可采用局部試壓的方法，即只對修復處或修復段進行壓力試驗。實際上，局部試壓只對可能會產(chǎn)生泄漏的部位進行壓力試驗，通過排除所有更換密封位置泄漏可能的方式，驗證修復后海底管道的嚴密性。局部試壓的試驗壓力多采用最大運行壓力的1.1倍，但在實際工程中不僅要考慮海底管道是否存在其他薄弱位置等不確定因素，還需要綜合考慮海底管道后期是否有增壓擴容計劃，具體的試壓壓力值可由海管運營方和工程施工方共同協(xié)商確定。

采用機械封堵管卡修復的管道只需要對機械管卡封堵修復段進行壓力試驗。

局部切除更換修復方法的管道首先應在水上對所有連接焊縫進行100%無損檢驗，再對更換管道進行壓力試驗，驗證更換管道的密封性，水下對安裝后的機械連接器進行壓力試驗，驗證其安裝后密封有效，最后通過自試壓墊片對連接法蘭進行壓力試驗，驗證法蘭間的密封有效，由此便可保證整個局部更換段嚴密性，不存在泄漏。

值得注意的是，局部試壓除更換管段壓力試驗外，其余的密封元件的密封腔體普遍較小，受外界影響大，試壓管在海水中的擺動便可以引起較大的壓力波動，所以在合格標準上一般認為不存在明顯壓降即為合格，多取壓降小于5%為合格，實際操作中多通過比較不同時間段內(nèi)的壓力平均值確認是否有明顯壓降，也可通過圓圖記錄的方式，擬合出壓力曲線觀察壓降情況。

整體更換修復的海底管道，其壓力試驗應與新鋪設管道壓力試驗方法和標準一致。

修復后海底管道的壓力試驗，介質(zhì)通常采用潔凈的水，其要求參照規(guī)范要求。

5 結(jié)語

綜上所述，對于缺陷修復后的海底管道的壓力試驗，需要認識其最根本目的是驗證修復后管道的嚴密性，保證海底管道運行安全。不僅要考慮修復管道的實際情況，還要結(jié)合管道后期運行的要求，針對不同的修復方法采取合理的試驗方法和驗收標準，不僅可以保證海底管道修復后的質(zhì)量安全能夠得到充分驗證，還可以有效降低海底管道修復的費用，提高海底管道修復工程的的經(jīng)濟性。