浅谈深水海管预调试工艺的两种模式

郭雷 黄金涛 高磊 张捷

摘 要：海底管道预调试实现了海管在线检查、减少腐蚀，提高了海管流动效率。浅水海管预调试一般采用在两平台上安装收发球筒完成，或者采用潜水员支持的水下收发球方式完成。深水油田多采用水下生产系统开发模式，因此深水海管预调试工作受水深和无作业平台的影响，主要通过合理的安排预调试的相关过程，运用支持船下放柔性软管连接收发球筒完成水下收发球作业，以及采用水下预调试模块等方式完成。本文以南海荔湾气田海管相关预调试作业为基础，分析了荔湾气田22"外输海管完整的预调试过程，对比研究了基于模块化和基于支持船下放柔性软管两种深水海管预调试工艺，可为以后深水海管预调试施工工艺选择和施工方案的合理选择提供参考。

关键词：深水海管预调试；模块化；柔性软管

0 引言

海底管道预调试内容主要包括清管、测径、试压、排水、干燥、惰化过程，新铺设海管在投产前必须进行预调试作业，以实现对新铺设海管的在线检查，确保海管以最佳状态服役；预调试作业能减少海管腐蚀，提高海管使用寿命；通过海管预调试中排水、干燥、惰化能减少输气管道水合物的形成，从而提高海管的流动效率。

随着国内海上石油开采力度的加大，尤其是深水油气田的开发，越来越多的海底管道将会被铺设，发展深水海底管道预调试技术尤为重要。本文以南海荔湾气田22"外输海底管道预调试为研究对象，完成对22"外输海管整体预调试方案的研究，总结了22"海管预调试海上施工工艺，对比研究了深水海管预调试中基于模块化注水试压和基于支持船下放柔性软管两种预调试工艺。

1 海管预调试基本方法

海管预调试包括注水、清管、测径、试压、排水、干燥、惰化，其中注水、清管、测径、排水、干燥过程，一般通过发射清管球实现。因此，根据清管球发射接收位置的不同可以将预调试过程分为以下几种形式：

（1）平台发射清管球技术，从一个平台发射清管球到另一个平台接收清管球；该方式用于两个平台间的海管预调试，预调试在海管连接完成后一次性完成；

（2）回路发射清管球预调试技术，清管球在平台发射，后经清管回路返回平台，清管球的发射接收在同一平台，该方式用于两根相伴管线的预调试过程；

（3）水下发射清管球预调试技术，清管球的发射接收在水下完成，由支持船通过软管连接收发球筒或者水下模块连接收发球筒实现水下收发球作业，一般需要潜水员或者ROV介入。

2 某深水气田海管预调试工艺研究

南海某深水气田采用水下生产系统结合浅水平台开发模式，气田水深1400米，平台处水深200米，通过两条22"外输海管连接中心管汇与浅水平台，气田内部通过12"海管连接基盘与中心管汇。本文主要研究图1中红色部分标记的管线。

2.1 22"外输海管预调试方案

气田22"海管预调试过程分两个阶段，主要是第一阶段的注水清管测径试压以及第二阶段的排水、干燥、惰化。

第一阶段：海管注水通过水下注水模块连接深水端基盘上注水压力帽，通过预装的泡沫球和多功能球完成注水，注入海水通过过滤和化学药剂处理，当管内压力平衡后可以通过在平台端基盘上的注水压力帽连接软管排空，完成注水，当收球筒接收到多功能球后将收球筒调成清管收球模式。注水完成后清管测径通过在深水端下放柔性立管连接水下发球筒完成。

第二阶段：完成清管测径工作，海管进行膨胀弯跨接管的连接后进行预调试第二阶段的工作，膨胀弯、跨接管连接完成后两条管线和中心基盘形成回路，在平台上安装收发球筒，进行系统压力测试之后用处理的海水通智能球，然后发射排水干燥列车完成排水干燥惰化工作。

2.2气田内部管线预调试方案

气田内部12"海管预调试作业水深1400m，采用下放柔性立管的形式向海管内注入纯净水完成注水，纯净水推清管测径列车完成清管测径工作。

2.2.1 海管预调试前初始状态

（1）海管：海管内压力为一个大气压；

（2）表面隔离阀基盘（SSIV PLET）：陆地建造前完成清管、测径、试压，表面隔离基盘隔离阀关闭状态；

（3）深水侧基盘：陆地建造完成清管、测径、试压，注水压力帽连接2″HOT STAP母头，相应的阀门关闭，用于注水的多功能球和泡沫球已装入基盘。

2.2.2 22″外输海管注水、清管、测径

1.作业船到达深水基盘位置；

2.获得作业许可，ROV下水确定球阀处于关闭状态，ROV移除DUMMY HOT STP；

3.作业船下放水下注水模块及相应体积的化学药剂，ROV通过HOT STAP连接注水模块与注水帽；

4.ROV打开注水帽处阀门，操作注水模块注水；ROV观察注水过程一小时，确保注水球的参数符合预期；

5.作业船移船到中心平台处（SSIV PLET）；

6.ROV下水确定隔离阀关闭，移除压力保护帽，安装水下收球筒；

7.作业船下放2″柔性立管连接到收球筒；

8.打开隔离阀通过软管产生“负压”，使海管充满水；

9.确定多功能球和泡沫球进入收球筒后，将收球筒设置到接受清管、测径球位置；

10.回收柔性立管，移船到深水基盘位置；

11.断开注水模块与注水帽，回收注水模块；

12.拆掉注水帽，回收到甲板，下放水下發球筒，连接到深水基盘；

13.发球筒内在甲板上装好四个清管、测径球（清管球1：密封双向直板球，装有声波脉冲发射器；清管球2：密封双向直板球；清管球3：密封双向直板球；清管球4：测径球，装有声波脉冲发射器）；

14.下放柔性立管，通过HOT STAP 连接到发球筒，进行1.1倍的最大推球压力密封测试15min；

15.确认最后一个球进入收球筒后，解开柔性立管与发球筒连接，回收柔性立管；

16.拆除发球筒并回收到甲板，重新安装注水压力帽；

17.移船到中心平台；

18.ROV水下确认所有的球都在收球筒，拆掉收球筒与基盘连接，回收收球筒到甲板，重新安装注水压力帽；

19.检查清管球；

20.验收注水、清管、测径工作；

21.清管、测径验收以后，海管进行48小时热交换；

22. 热交换完成后，下放水下试压模块，连接试压模块到基盘压力帽；

23.下放2″高压柔性立管连接到试压模块；

24.进行15min泄露测试，测试完成后进行打压工作，打压过程如下：

（1）0～35%实验压力，1bar/min，打压到35%实验压力后，保压半小时，计算空气含量；

（2）继续打压到95%测试压力，稳压2小时；

（3）继续升压到102%的测试压力（2%的压力用于稳压时压力降）；

（4）稳压2小时，切断试压模块与软管连接，回收软管；

（5）继续稳压直到压力稳定，进行24小时保压；

25.试压完成后进行试压验收；

26.试压合格后，回收试压模块。

3 深水海管预调试模块化施工工艺和支持船下放柔性立管工艺

3.1 深水水下注水试压模块

随着深水海管的铺设，海管预调试工作变得愈加复杂，使传统的工程船下放软管注水试压方式要求更长、更大的软管，对试压泵尺寸要求也更大继而船舶要求更高，使预调试费用更高；随着软管长度和尺寸的加大，软管下放回收过程更加复杂，风险变得更高；工程船连接软管的预调试方法注水、试压过程船舶必须守护在作业点，恶劣海况下会出现作业中途停止，如果在试压阶段需要重新打压保压，大大增加了施工成本。基于成本和安全作业的考虑，国外公司研发了一套水下试压模块用于预调试过程中的注水、试压。

水下注水试压模块与传统工程船下方柔性立管完成的注水、试压方式相比由于不需要下放软管、且试压泵内置在模块内部从而大大减少了预调试过程对甲板面积的要求以及对船舶要求；注水、试压过程中模块与施工船分离，施工船可以就近完成其他工作；注水使用底层海水，减少大量热交换时间，缩短工期；通过使用水下试压模块，能减少人员设备的投入。

3.2 一种支持船下放柔性软管海管预调试模式

深水清管试压工程中通过施工支持船舶布放柔性立管，并连接到水下清管球发射器完成预调试中发球工作。整个结构主要包括以下几个部分组成：

（1）一段1600m内径3英寸的立管。这段立管是整个柔性管的顶端部分，从水面延伸到水下软管连接处；

（2）一段30m长软管束。软管束采用30m长的柔性管，是整个结构的水下部分，采用缓波形的布局衔接立管到清管器发射装置之间的距离；

（3）浮力块装置。这是构造缓波形布局的关键；

（4）配重块。深度达到千米级别的立管在海流冲击中有很大的动态载荷。需要配重块以使立管保持稳定；

（5）清管球发射装置。

4 结论

深水海管预调试是一个复杂的过程，连接注水泵、试压泵的软管端头一般使用适合ROV操作的快速接头以便完成ROV水下介入的快速连接。完成深水海管预调试的关键是实现注水、清管、试压、排水、干燥、惰化装置与海管、基盘的连接，由于水深的影响，不能采用传统的水下法兰连接收發球筒，更无法实现平台上连接收发球筒布置预调试设备，通过采用水下模块和下放柔性立管的方法可以实现深水海管的预调试作业，深水预调试作业可以穿插使用水下模块和下放柔性立管两种模式完成以提高作业效率和作业安全性。例如，在台风期作业我们可以选择模块化模式以减少“待机”，而对于水深较浅则适合下放柔性立管。

深水海管预调试作业亟待解决的问题在施工上主要是深水柔性立管的下放安装技术、收发球器的水下下放安装技术；设备上要解决的是水下模块、收发球器的设计制造，ROV接口的设计制造。收发球面临的是流动安全保障方面的考验。

参考文献

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[6] 荔湾3-1深水海管预调试相关资料.