基于海底管道落物打撈的海洋工程項(xiàng)目應(yīng)急管理探討

李 治，王潔瓊，曾妙婷

深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000

海底管道安裝過程中，異物落入海底管道的狀況時(shí)有發(fā)生。異物落入海底管道后，如不及時(shí)打撈清理出來，投產(chǎn)后會隨油氣進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，損傷油田生產(chǎn)設(shè)施，造成油田停產(chǎn)，損失不可估量。隨著油氣開發(fā)步入深水，海底管道落物發(fā)生后，打撈清理的技術(shù)難度增大，對項(xiàng)目費(fèi)用、工期等都會產(chǎn)生較大負(fù)面影響。目前關(guān)于鉆采階段井下落物打撈的研究較多，而關(guān)于安裝階段海底管道落物打撈方面的研究和文獻(xiàn)較少，因此，開展安裝階段海底管道落物打撈的探討和研究對后續(xù)項(xiàng)目具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

1 背景介紹

某深水氣田位于南海西部（總體布置見圖1），作業(yè)水深1 220～1 560 m，是國內(nèi)首次采用典型深水開發(fā)模式進(jìn)行開發(fā)的自營深水氣田。生產(chǎn)平臺采用半潛式浮式平臺，4×4張緊式系泊系統(tǒng)，所處位置水深為1 432 m。

圖1 氣田總體布置

施工時(shí)，潛水員在近平臺側(cè)進(jìn)行10 in（1 in=25.4 mm）SCR（P4）旋轉(zhuǎn)接頭頂部收發(fā)球筒拆除時(shí)，輔助工具定位鋼釬固定繩索意外崩斷，導(dǎo)致定位鋼釬掉落，疑似落入海底管道內(nèi)，無法確切判定。此時(shí)，10 in海底管道系統(tǒng)回路已經(jīng)連接完成，海底管道回路端頭，即SCR管頂部（P3、P4）都在平臺位置且處于水下約30 m，如圖2所示。SCR管頂部至PLET的管道長12.413 km，其中約10 km為平管，平臺側(cè)水深約1 432 m，SCR懸掛狀態(tài)如圖3所示，10 in海底管道路由與水深關(guān)系如圖4所示，海底管道系統(tǒng)參數(shù)見表1。疑似掉落鋼釬規(guī)格：直徑38 mm，長度600 mm，質(zhì)量約5 kg，如圖5所示。

圖2 10 in海底管道回路示意

圖3 SCR懸掛狀態(tài)示意

圖4 海底管道路由與水深關(guān)系

圖5 疑似落入海底管道鋼釬

表1 海底管道系統(tǒng)參數(shù)

2 打撈方案

2.1 方案比選

通過查閱相關(guān)資料得知有兩種打撈方案可供選擇。第一種，借鑒鉆探作業(yè)中對于類似桿類落物的打撈，優(yōu)選抽油桿打撈筒、活頁打撈筒等工具進(jìn)行打撈；第二種，水下安裝階段，通過清管通球?qū)⒑５坠艿纼?nèi)異物清理出。兩種打撈方案對比分析如表2所示，通過比選，選擇清管通球打撈方案。

表2 兩種打撈方案對比

2.2 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場情況判斷，如果鋼釬從P4位置落入，利用P3管上部永久發(fā)球筒發(fā)球，從P3往P4通球，從下往上將鋼釬推出，鋼釬在海底管道中運(yùn)行的距離最短，風(fēng)險(xiǎn)最小，是可供選擇的最優(yōu)方案，據(jù)此，在P4頂部安裝臨時(shí)收球筒，并擬定如圖6所示的通球流程。

圖6 通球流程示意

3 設(shè)備選型

3.1 高壓清管泵

P3上部永久發(fā)球筒至P4頂部收球筒全長為59.2 km。通過海底管道系統(tǒng)清管工藝計(jì)算，清管球速度、清管泵流量和清管時(shí)間如表3所示。

表3 海底管道清管工藝計(jì)算

為減少通球時(shí)間，前57 km清管球速控制在0.5～0.75 m/s，最后2.2 km球速降低至0.1～0.25 m/s，以避免鋼釬損傷海底管道或卡死。

現(xiàn)場使用的HT400高壓清管泵，2臺泵的最大輸出流量104.9 m3/s，壓力3.45 MPa，剛好滿足清管球速度0.75 m/s的要求，如圖7所示。

圖7 HT400高壓清管泵撬

3.2 清管球

現(xiàn)場初步擬定，利用泡沫球加鉸接球的組合清管球，在球前增加鋁制圓板，以增加球的剛度，避免被鋼釬穿入的同時(shí)保證清管效果，根據(jù)DNVOS-F101，鋁板的外徑取最大公稱內(nèi)徑的最小內(nèi)徑的97%，最小內(nèi)徑計(jì)算如下：

式中：f0為橢圓度；ODmax為最大外徑，mm；ODmin為最小外徑，mm；ODnom為公稱外徑，mm；IDmin為最小內(nèi)徑，mm；tmax為最大壁厚，mm；hbead為焊縫余高，mm。

通過計(jì)算，最終鋁板直徑為199.43 mm，計(jì)算過程見表4，鉸接清管球如圖8所示。

圖8 選定的鉸接清管球

表4 通球鋁板直徑計(jì)算

4 風(fēng)險(xiǎn)識別

清管通球打撈落物方案的風(fēng)險(xiǎn)識別及應(yīng)對措施如表5所示。

表5 風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對措施

鉸接球過彎管模擬示意如圖9所示，旁通及通球模擬示意如圖10所示。

圖9 鉸接球過彎管模擬示意

圖10 旁通及通球模擬示意

5 模擬實(shí)驗(yàn)

考慮到清管球被刺穿、被壓縮以及鋼釬楔入的風(fēng)險(xiǎn)，通球前進(jìn)行了陸地模擬測試，在陸地預(yù)制了1條1∶200的10 in海底管道系統(tǒng)（見圖11），按照選定的方案進(jìn)行清管模擬，以驗(yàn)證上述方案的可靠性。

圖11 陸地模擬實(shí)驗(yàn)

通過陸地試驗(yàn)，泡沫球、鉸接球的清管組合能夠順利將鋼釬清出；泡沫球、鉸接球單獨(dú)清管，同樣能夠清出鋼釬。

與此同時(shí)，海上也進(jìn)行了泡沫球耐壓試驗(yàn)，將泡沫球固定在工具吊籃上，從甲板入水，ROV從水下50 m開始同步下放觀察，以確認(rèn)泡沫球在不同水深的壓縮形變量。當(dāng)泡沫球下放至100 m水深時(shí)，受水壓壓縮已發(fā)生肉眼可見的變形；當(dāng)下放至200 m水深時(shí)，形變量已達(dá)到30%左右；當(dāng)下放至1 400 m時(shí)，形變量超過50%。

結(jié)合試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果，最終確定不發(fā)泡沫球，直接發(fā)鉸接球清管的打撈方案。最終，經(jīng)過39.5 h的通球作業(yè)，成功將鋼釬（見圖12）從海底管道中打撈出來。

圖12 打撈出的鋼釬

6 結(jié)論及建議

海洋工程項(xiàng)目往往是整個團(tuán)隊(duì)協(xié)同作業(yè)，對應(yīng)急情況的處置不及時(shí)會導(dǎo)致大范圍的船舶待機(jī)。由于海洋工程安裝船舶日費(fèi)較高，因此，加強(qiáng)應(yīng)急管理能力建設(shè)，提升突發(fā)情況的響應(yīng)速度和處置能力，對海洋工程企業(yè)尤為重要。通過南海某深水項(xiàng)目實(shí)例分析，提出三個方面應(yīng)急管理能力建設(shè)的意見。

（1）現(xiàn)場管理方面。作業(yè)前進(jìn)行技術(shù)交底、風(fēng)險(xiǎn)分析、班組級別的工前會議，對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行宣貫，保證每位作業(yè)人員清楚落物的風(fēng)險(xiǎn)；作業(yè)過程中，勞保用品等容易掉落的物品都系好防落繩、安全繩，杜絕落物風(fēng)險(xiǎn)；作業(yè)后，及時(shí)做好管口的封蓋防護(hù)。

（2）組織管理方面。加強(qiáng)施工隊(duì)伍建設(shè)，提升施工單位應(yīng)急響應(yīng)能力，陸地資源比海上容易協(xié)調(diào)，各項(xiàng)模擬作業(yè)較海上容易實(shí)現(xiàn)，發(fā)生應(yīng)急情況時(shí)，陸地需要和海上保持高效聯(lián)動，快速響應(yīng)，通過建模測試等獲取第一手的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為海上現(xiàn)場決策提供參考依據(jù)。

（3）技術(shù)管理及革新。一方面，該類應(yīng)急事件發(fā)生后，設(shè)計(jì)人員在制訂方案時(shí)宜盡可能優(yōu)先考慮選用現(xiàn)場的資源設(shè)備，使用成熟的技術(shù)方案，減少新設(shè)備動復(fù)員的時(shí)間成本，規(guī)避選用不成熟方案而產(chǎn)生次生風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，SCR由J-lay船鋪設(shè)完成后只能懸掛在水面以下30 m處，之后由空氣潛水員在其端頭安裝短節(jié)，水面下作業(yè)視野受限，人員行動受限，增加了發(fā)生落物的風(fēng)險(xiǎn)；通過安裝船舶吊機(jī)、平臺吊機(jī)和平臺絞車協(xié)助，將SCR端頭懸掛到海平面以上，或使用軟管替代SCR，通過抽拉上平臺甲板，可杜絕落物風(fēng)險(xiǎn)，從技術(shù)源頭上降低此類突發(fā)事件的發(fā)生。