陸對海定向鉆海管穿越項目風險管理研究

摘" " 要：海底管道是海上油氣田的生命線，陸對海定向鉆海管穿越為海上油氣向陸地運輸提供了有力的技術(shù)支持。本文介紹了陸對定向鉆海管穿越項目的特點，分析了該類型項目的風險管理工作流程。結(jié)合南海具體項目，分析項目中施工階段潛在的風險，對相關(guān)風險提出緩解措施，可以在一定程度上保證項目進度及項目質(zhì)量，為類似海管穿越項目提供參考。

關(guān)鍵詞：陸對海定向鉆；海管穿越；風險分析；風險管理

中圖分類號：P751" " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A

Study on Risk Management of Land to Sea Directional Drilling and Subsea Pipeline Crossing Project

WU Xihong

（ CNOOC China Ltd._ Zhanjiang，" Zhanjiang 524057 ）

Abstract： Submarine pipeline is the lifeline of offshore oil and gas field. The crossing of land to sea directional drilling and subsea pipeline crossing provides strong technical support for the transportation of offshore oil and gas to land. This paper introduces the characteristics of land to sea directional drilling and subsea pipeline crossing project. The risk management workflow of this type of project is analyzed. Combined with specific projects in the South China Sea， the potential risks in the project and mitigation measures for relevant risks in construction phase is analyzed to ensure the project progress and project quality to a certain extent. The project provides reference experience for similar land to sea directional drilling and subsea pipeline crossing projects.

Key words： land to sea directional drilling;" subsea pipeline crossing;" risk assessment;" risk management

1" " "引言

水平定向鉆是一種常用的非開挖施工方法，通常用于安裝埋地公用設(shè)施，包括河流、湖泊、航道、海岸穿越等[1-2]。當設(shè)計從海上油田向陸地終端的外輸管線時，登陸段的海底管道需要考慮海岸帶波浪破碎區(qū)的海底管道坐底穩(wěn)定性、混凝土配重層厚度、合理的埋深、安裝應(yīng)力以及潛在的局部沖刷等因素。在上述情況下，定向鉆穿越技術(shù)可作為一種替代方法，有利于克服以上技術(shù)問題。與傳統(tǒng)的岸拖、挖溝埋設(shè)方法相比，定向鉆穿越技術(shù)可以設(shè)計較大的管道埋深，也具有顯著的環(huán)境效益[3]。

相比于陸地對陸地定向鉆管道穿越項目，陸對海定向鉆海管穿越更為復(fù)雜，存在更多的風險，如出土點的可觀測性較差、海底沉積物相關(guān)的地質(zhì)信息較少、潛水作業(yè)較為復(fù)雜、潮汐及風暴潮的影響、套管安裝和海管回拖施工策略、浮力控制等。此外，為控制陸對海定向鉆穿越項目的風險，需及時協(xié)調(diào)設(shè)計方與施工方，還需仔細審查鉆孔作業(yè)及海上作業(yè)，如潛水、補給物流等。

隨著海上油氣田的不斷開發(fā)，陸對海定向鉆海管穿越可為海上油氣田外輸管線登陸段建造提供參考，能有效解決海底管道登陸段地貌復(fù)雜、挖溝難度大等難點。因此，開展項目風險分析及風險管理在一定程度上可以保證定向鉆海管穿越項目的質(zhì)量、工期和成本[4]。本文探討陸對海定向鉆海管穿越項目的風險評估及風險管理，結(jié)合具體陸對海定向鉆海管穿越項目，對項目的施工階段開展風險分析，并提出相關(guān)應(yīng)對措施，對相關(guān)風險及時識別預(yù)防。

2" " 陸對海定向鉆海管穿越項目概述

陸對海定向鉆海管穿越項目主要分為四個主要階段：規(guī)劃設(shè)計、導(dǎo)向孔施工、擴孔、管道回拖。

1）規(guī)劃設(shè)計：在前期設(shè)計階段，陸對海定向鉆海管穿越主要任務(wù)之一是在項目位置及其周圍開展地質(zhì)情況勘察，以確定設(shè)計方案和施工規(guī)劃。地質(zhì)勘探包括測試巖石和土樣的地質(zhì)特征和工程特性。已有的埋地管線和土質(zhì)條件信息用于規(guī)劃合理的鉆孔路徑，并選擇適合土質(zhì)條件的鉆孔設(shè)備。此外，潮汐、海流、波浪等海況信息的觀測及數(shù)據(jù)收集，不僅是設(shè)計的基礎(chǔ)條件，也是后期施工選擇適當?shù)淖鳂I(yè)船、交叉施工、規(guī)劃合理的施工程序、成本估算及項目進度等的制約因素。

2）導(dǎo)向孔施工：決定定向鉆工程成功的最關(guān)鍵因素是控向，開鉆前根據(jù)詳細的地質(zhì)資料設(shè)計合適的控向方案。為減小導(dǎo)向孔與設(shè)計穿越曲線的誤差，需配備相關(guān)導(dǎo)向系統(tǒng)或?qū)蜍浖?，對?dǎo)向探頭進行精準定位控向，確保導(dǎo)向路徑符合設(shè)計所規(guī)定的曲率半徑范圍、施工操作符合規(guī)范要求。導(dǎo)向孔施工示意圖如1圖所示。

3）擴孔：這一階段通常稱為反向擴孔，即擴大已鉆的導(dǎo)向孔。擴孔器連接在出口處的鉆桿上，然后將鉆桿拉回到鉆孔中，擴大導(dǎo)向孔的尺寸，使海管能夠穿過導(dǎo)向孔。擴孔器的尺寸和類型由海管的尺寸和地質(zhì)條件確定。擴孔階段的施工方法如圖2所示。

4）管道回拖：擴孔完成后，將預(yù)制好的海管沿作業(yè)船上滾輪架分段回拖。為了降低海管承受的扭矩，采用旋轉(zhuǎn)接頭連接導(dǎo)向裝置及拖拉管段。旋轉(zhuǎn)接頭在鉆桿轉(zhuǎn)動的情況下，能有效預(yù)防海管扭轉(zhuǎn)。海管回拖至入土點時，需確保與設(shè)計入土點吻合。圖3展現(xiàn)了管道回拖階段的施工過程。

3" " 項目風險管理及流程

3.1" "項目風險管理概述

項目風險管理是通過開展風險辨識、風險分析和進行風險評估等方式來正確認識一個項目的風險，并基于這些風險，綜合采用相對應(yīng)的應(yīng)對策略、管理方法和手段等方式，有效控制項目的風險，妥善處理由于這些風險事件所帶來的負面影響，在保證項目的目標能實現(xiàn)的前提下，降低項目成本[5]。

通過劃分項目的工作范圍，明確各個階段及相關(guān)組織機構(gòu)的工作內(nèi)容，分解項目總體任務(wù)，從而達到避免遺漏而產(chǎn)生風險的管理目的。在項目實際執(zhí)行過程中，會產(chǎn)生各種類型的項目變更，項目變更伴隨著新的不確定性風險[6]。因此，風險管理是隨項目進程動態(tài)變化的一個過程。

3.2" "陸對海定向鉆海管穿越項目風險管理工作流程

風險管理是在整個項目周期內(nèi)識別、分析并采取措施應(yīng)對風險，達到可接受的風險水平，盡量避免或減少負面影響的過程。

1）項目風險識別

項目的風險主要來自于項目執(zhí)行過程中的不確定性，項目執(zhí)行過程中的不確定性將影響項目進度及成本[7]。因此風險識別的首要任務(wù)是識別出項目的不確定項會引起的具體風險。在項目設(shè)計階段，考慮定向鉆海管穿越施工及服役過程中的風險控制和風險監(jiān)測并有效管理，可以從根本上預(yù)防項目的潛在的風險。項目設(shè)計的管理應(yīng)該按照相關(guān)質(zhì)量體系文件執(zhí)行，對應(yīng)的風險管理工作主要是收集和保存各個階段的設(shè)計文件、施工記錄、施工質(zhì)量評定等相關(guān)資料，以及方案具體實施過程中對反饋的設(shè)計問題的落實情況[8]。項目風險監(jiān)測是項目取得成功的重要工作，包括設(shè)計階段的方案變更管理、施工前對已有設(shè)施保護管理、海管無損檢測管理、海管臨時保護管理等相關(guān)內(nèi)容。

2）項目風險評估

風險評估的過程分為：采用科學(xué)分析和定量計算的方法預(yù)測風險發(fā)生的概率以及風險可能帶來的損失程度，劃分不同的風險級別，對風險靶向處理。在陸對海定向鉆穿越中，項目風險評估的主要內(nèi)容為：收集已有定向鉆穿越項目相關(guān)的風險歷史數(shù)據(jù)，分析不同的風險產(chǎn)生的原因、發(fā)生的機率以及風險產(chǎn)生的后果；分析各類風險可能造成的工期損失、成本損失、對管道實際使用等方面的影響；結(jié)合各類風險可能發(fā)生的概率及風險造成的損失數(shù)額，詳細劃分不同類型的風險級別，對不同級別的風險指定不同優(yōu)先級別的響應(yīng)程序。

3）項目風險應(yīng)對

風險應(yīng)對是指針對風險評價的結(jié)果，使用有效的方法處理各種風險，制定具體的實施方案手段并跟蹤處理風險的進度。

4" " 陸對海定向鉆海管穿越項目案例分析

4.1" "項目背景

南海某陸對海定向鉆海管穿越項目為新建輸氣管道登陸段建造，管道將氣輸送至下游客戶，不僅解決上游終端富余伴生氣放空燃燒帶來的資源浪費和環(huán)保問題，還為下游城市工業(yè)園區(qū)及民生用戶提供優(yōu)質(zhì)的天然氣。輸氣管道建設(shè)符合綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略，助力實現(xiàn)碳達峰、碳中和的目標。

該項目海底管道外徑323.9 mm，壁厚15.9 mm，材質(zhì)為API 5L PSL2 x65無縫鋼管。定向鉆長度約1413 m，包括定向鉆穿越段1 013 m及返平段400 m。定向鉆穿越最低點管底標高為-36 m，相對入土點穿越深度為40.5 m，彈性敷設(shè)曲率半徑為495 m（1 500倍管徑）。定向鉆穿越完成后，配合管道回拖，出土端與返平段的海底管道采用彈性敷設(shè)的方式進行連接，曲率半徑為330 m（1 000倍管徑）。定向鉆管道走向南西，自入土點SP1-1入土，入土角度為18°，經(jīng)過防浪堤、沙灘后，至岸灘出土點EP1出土，出土角度為4°，連接長400 m的返平段。定向鉆平面示意如圖4所示。

4.2" "風險管理

項目施工階段是決定了項目設(shè)計預(yù)期結(jié)果與實際結(jié)果差異的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，施工階段開展有效的風險管理可以減少相關(guān)風險對項目產(chǎn)生的影響。而施工階段的風險源具有專業(yè)性強、風險發(fā)生率高、損失連帶性強等特點[9]。本文主要分析該陸對海定向鉆海管穿越項目施工階段存在的技術(shù)風險，提出應(yīng)對措施，一定程度上可以確保項目質(zhì)量，防止出現(xiàn)浪費人力物力的損失。

1）駁船施工風險

對于海上施工，駁船是人員安全施工的基本保障，也是擴孔和管道回拖的主要施工場所。為保證人員安全以及施工的順利開展，對駁船的相關(guān)要求如下：

（1）駁船進入施工區(qū)域前要安全準確地就位在指定位置，并采取切實有效的固定措施，確保臺風和熱帶風暴等惡劣天氣不會對設(shè)備機具造成大的傷害；

（2）需按規(guī)定做好防雷、防靜電工作；

（3）系統(tǒng)配備足夠數(shù)量的應(yīng)急救生設(shè)施。

2）臺風及汛期風險

隨著全球氣候變化，極端天氣頻發(fā)，同時，極端天氣的強度也隨之增加[10]，該項目施工階段正值臺風季和雨季，需要充分考慮臺風和汛期的影響：

（1）建立防臺防汛的各級崗位責任制，明確責任，分工到個人；

（2）在遇到特大風天氣前，應(yīng)提前把所有人員疏散到永久建筑內(nèi)躲避；

（3）應(yīng)對施工作業(yè)作區(qū)、庫房區(qū)等相關(guān)設(shè)施進行加固；

（4）在施工場所內(nèi)備用足夠數(shù)量的應(yīng)急照明燈，在疏散區(qū)域內(nèi)合理布置放置點；

（5）為避免施工過程中被困在工作區(qū)域內(nèi)，應(yīng)預(yù)先配備好應(yīng)急食品、礦泉水等；

（6）如遇到臺風警報，應(yīng)立即切斷現(xiàn)場所有電源，關(guān)閉所有機械設(shè)備，檢查現(xiàn)場設(shè)備是否固定牢靠，并嚴禁現(xiàn)場進行施工作業(yè)。

3）泥漿粉塵風險

泥漿是擴孔過程中減小擴孔阻力的關(guān)鍵，對于泥漿配制人員及作業(yè)人員應(yīng)有充分的健康保證。

（1）應(yīng)為泥漿配制人員發(fā)放口罩、防塵罩，減少塵土吸入量，泥漿配制場所設(shè)置防風擋板，調(diào)節(jié)施工人員勞動強度。

（2）要求泥漿配制作業(yè)人員要嚴格按照作業(yè)要求進行施工，每半年進行一次體檢。

4）泥漿質(zhì)量控制風險

根據(jù)前期的勘察資料，本工程穿越地層主要為巖石和中粗砂。針對這種地層，要求泥漿具有良好流動性、攜帶性和護壁性能，并要求高密度、高粘度。根據(jù)目標工程地質(zhì)參數(shù)和類似工程地質(zhì)經(jīng)驗，結(jié)合施工規(guī)范和泥漿手冊的泥漿漏斗粘度要求，構(gòu)建淡水泥漿體系要求如下：

（1）鉆井液塑性粘度PV控制在10-20 mPa·s；

（2）鉆井液動切力YP控制在15-25 Pa；

（3）鉆井液靜切力10 s控制在15-20；

（4）鉆井液靜切力10 min控制在17-24；

（5）鉆井液失水控制FLAPI＜12 ml；

（6）與地層水配伍性好。

泥漿配比需采用適量環(huán)保型膨潤土+淡水的方案，保證馬氏漏斗粘度在100 s以上，合理提高護壁泥漿粘度，增加泥漿的懸浮性和攜帶能力，保證供給量帶出鉆屑。

5）導(dǎo)向孔精度控制風險

導(dǎo)向孔鉆進過程中易發(fā)生方位失控、跑冒漿、泥包鉆等問題，出現(xiàn)上述情況應(yīng)立即回撤鉆桿，防止孔內(nèi)鉆壓過大，降低扭矩和推力后再次鉆進；針對泥包鉆的問題，應(yīng)適采取調(diào)整泥漿配比、進行洗孔等一系列措施，降低鉆孔對鉆桿的粘滯力，待扭矩和推力下降至合理值后再次鉆進。

6）預(yù)擴孔階段風險

在預(yù)擴孔階段，施工機組將采取如下針對性的措施：

（1）如遇擴孔器卡鉆時，可使用輔助鉆機反拽解卡；

（2）如遇擴孔器包鉆時，應(yīng)采用套洗專用工具套洗解卡；

（3）如遇擴孔器斷裂時，應(yīng)采用專用打撈器進行孔內(nèi)打撈。

7）回拖階段風險

回拖卡鉆是最主要的風險之一，處理不及時或不當造成的損失非常巨大。針對此次穿越的實際情況，特制定以下措施：

（1）輔助鉆機反回拖。在管道回拖過程中，回拖力大于設(shè)計的最大安全拉力時，可初步認定為管道在孔洞中遭遇孔壁坍塌而產(chǎn)生抱管現(xiàn)象。根據(jù)回拖進尺將輔助鉆機固定于合適位置，連接回拖鉆具后進行管道反回拖，避免管道被抱死；

（2）推管機助力解卡或助力回拖。推管機在定向鉆施工中，可起到重要作用。推管機既可助力回拖，也可助力解卡，當回拖過程回拖力過大時，可采用推管機助力。如果回拖時發(fā)生卡鉆的情況，可使用推管機反回拖管道，達到解卡的目的。

8）塌孔風險

塌孔現(xiàn)象：在鉆頭鉆進的過程中，大部分時間是在裸眼情況下進行，由于各種原因使孔壁上的土塊或巖石不同程度地掉入孔內(nèi)的現(xiàn)象。

造成塌孔的原因很多，如孔內(nèi)壓力與地層壓力不平衡，泥漿液流的沖蝕，回拉過快，軌跡曲率過大，孔壁浸泡時間過長。

（1）針對塌孔提出的預(yù)防措施如下：

① 在前期設(shè)計階段，根據(jù)實際地質(zhì)勘查資料設(shè)計鉆孔軌跡設(shè)計和擴孔程序，并需要通過審查，及時將設(shè)計文件歸檔，為后續(xù)項目執(zhí)行過程中產(chǎn)生變更做對比；

② 提高泥漿密度，以較高的液柱壓力平衡地層壓力；

③ 為保證鉆孔質(zhì)量，應(yīng)避免\"大肚子\"等現(xiàn)象的出現(xiàn)；

④ 為縮短施工周期，保證安全及質(zhì)量前提下提高鉆進速度，減少泥漿浸泡時間。

（2）若塌孔現(xiàn)象出現(xiàn)，施工機組將采取如下針對性的措施：

① 適量提高泥漿的粘度、切力以及密度，盡可能控制泥漿低失水，采用小排量循環(huán)沖洗或鉆進，使環(huán)形空間的泥漿形成平板型層流的狀態(tài)，有利于將塌塊帶出；

② 當塌孔較為嚴重、塌塊尺寸較大時，在保持環(huán)形空間層流狀態(tài)的條件下，可適當加大鉆頭水眼，采用高泵壓和適當排量進行沖洗，以便將較大塌塊帶出。

9）卡鉆風險

由于海水環(huán)境對定向鉆泥漿體系的侵蝕，再加上洋流暗流的稀釋和攜帶作用，泥漿會嚴重失效，當巖屑堆積在鉆頭或擴孔頭周圍，卡鉆的現(xiàn)象也會經(jīng)常發(fā)生，應(yīng)采取一定的預(yù)防措施避免嚴重卡鉆甚至卡死現(xiàn)象的發(fā)生。

（1）針對卡鉆提出的預(yù)防措施如下：

① 應(yīng)保證泥漿高性能。在施工作業(yè)前通過實驗，配制出懸浮能力大、流動性強、具有較為合理PH值的泥漿，在作業(yè)的同時加大泥漿排量；

② 需嚴格執(zhí)行根據(jù)擴孔級差計算出的擴孔速度，確保在施工作業(yè)過程中最大限度地把鉆屑帶出孔外，保證成孔的暢通。

（2）卡鉆的應(yīng)急措施：

① 加大扭矩和拖力設(shè)置，調(diào)整泥漿性能進行解卡；

② 使用預(yù)先制作的專用套洗工具進行套洗作業(yè)解卡。

5" " 結(jié)論

本文介紹了陸對海定向鉆海管穿越項目的主要內(nèi)容，分析了這一類項目的風險管理工作流程。結(jié)合具體的陸對海定向鉆海管穿越項目，提出該項目中施工階段存在的技術(shù)風險，并對風險提出應(yīng)對措施，可以達到有效管理項目的效果，在一定程度上確保項目質(zhì)量，為后續(xù)類似陸對海定向鉆海管穿越項目提供經(jīng)驗參考。

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