金刚石线切割锯在海管维修中的应用

魏行超， 齐兵兵， 王迪祥， 刘玉强， 高峰， 卢伟强

（1.深圳海油工程水下技术有限公司，广东深圳 518067；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

海底管道是指设置于海底用于输送原油、天然气、淡水、污水的管道。随着海洋油气资源的不断开发，海底管道的规模不断扩大，目前已超过8000 km。依有关资料，目前海管每年出现损伤和泄漏的概率为2%左右。随着海底管道的增多和使用年限增长，海底管道发生事故的概率亦随之增加。海底管道一旦发生损坏，不仅会污染海洋环境，而且会造成巨大的经济损失[1-3]。因此需要在最短时间内进行修复。对于受损面积较大或者通过管卡无法完全修复的海管，维修过程需要对受损段海管进行切割、更换。切割工具是影响水下管线切割作业效率的最重要因素，其效率高低直接影响到海管维修速度的快慢。选择合适的水下管线切割工具，不仅要确保切割管线端面满足施工要求，同时也保证快速地完成切割作业。

金刚石线切割锯，又叫钻石线切割锯，是一种水下专用管线切割工具。由于其安全、高效的特点，越来越多地受到作业者的青睐，使用范围越来越广。文中结合恩平23-1海管抢修项目，详细阐述金刚石线切割锯构成与工作原理，以及具体实施步骤。

1 工程概况

恩平23-1油田地处中国南海珠江口西侧，距香港南约200 km，水深90 m。海管为10"/14"双层管，内管材料X65（SML）,壁厚15.9 mm,外管材料X65（HFW），壁厚12.7 mm。2016年初调查发现，因渔船拖拉管头导致海管端部约500 m海管产生剧烈弯折。根据施工方案，需要对该段海管进行切割更换。

2 切割锯设备

根据海管特点，该项目选用的海管切割设备是WACHS生产的型号为WS3012金刚石线切割锯，海管切割范围从12"～30"。

2.1 设备组成

金刚石线切割锯共包含三部分：控制系统、液压管线和金刚石线切割锯本体。

1）控制系统。兼容液压动力站并通过控制输出液压动力来控制金刚石线切割锯切割海管作业，包括金刚石线切割锯夹持海管、驱动线锯运转、切割海管等动作。控制板上的液压表实时监控输出压力，见图1。

图1 切割锯控制系统

图2 液压管线

2）液压管线。负责传输从控制系统至金刚石线切割锯的液压油，提供动力至金刚石线切割锯。共6条，长度均为200 m。其中直径为1"管线一条，直径3/4"管线一条，直径1/2"管线4条，耐压达到17.24 MPa。每两条管线组成一个液压回路控制钻石切割锯一个功能，由滚筒协助下放，见图2。

3）金刚石线切割锯本体主要包含3个系统：金刚石线驱动系统、进给系统和夹紧系统。

a.驱动系统。驱动轮通过液压马达使切割线绕着切割系统回路转动，由驱动轮、张紧轮、两个滚轮以及张紧弹簧等组成，见图3。

b.进给系统。用于上下驱动锯弓和切割系统对管线进行切割，并在切割后将锯弓收回，包括进给横梁、进给丝杠及锯弓等,见图4。

c.夹持系统。两个夹持臂通过两个带尖形的叉形销子固定在主框架上。通过调整叉形销子的位置来调节切割锯夹持海管时的工作尺寸 ：14”、18”、20”、26”、30”。可通过在夹持板中间垫钢板等夹持更小尺寸的海管。夹持臂通过安装在框架上的液压油缸进行啮合。当油缸被展开时，夹持支轴向内去抓管子的下面，并将设备牢牢地固定在上面,见图5。

图3 驱动系统部件

图4 进给系统部件

图5 切割锯夹持系统部件

2.2 工作原理

工作时，首先调节叉形销轴的位置，使切割锯的夹持尺寸与海管相符；其次将金刚石线切割锯安装至海管上，使其垂直于海管，控制液压油缸的延伸来完成对海管的夹持；确认夹持牢固后，通过控制面板驱动金刚石线高速运转，同时开启进给系统；金刚石线高速旋转缓慢前进，金刚石线上的人造钻石（金刚石）颗粒对海管进行高速摩损，利用钻石比海管材料硬度高的特性，从而达到“切割”海管的目的，见图6。

3 具体施工步骤

图6 海管切割

利用金刚石线进行海管切割具体施工步骤如下：1）船舶甲板确认金刚石线切割锯夹持尺寸与目标海管尺寸相符，将金刚石线切割锯连接液压管线进行调试，确保其夹持、进给、切割等功能正常使用；2）吊机下放金刚石线切割锯入水，同时绞车下放液压管道入水；3）吊机入水10 m后，缓慢靠近船舷边，施工人员将液压管线绑扎固定在吊机钢丝绳上。每5 m绑扎一次，绑扎好以后，吊机下放5 m，共绑扎18次,见图7；4）甲板各方保持充分沟通，液压管线下放速度与吊机下放速度保持一致。金刚石线从甲板下放至海底指定位置。ROV在水下监控整个下放过程，见图8；5）吊机下放切割锯距海床10 m左右，吊机旋转将金刚石线切割锯下放至海管附近位置；6）下放潜钟至海底，潜水员出钟,ROV回收待命；7）潜水员引导吊机将金刚石线切割锯下放至海管切割位置；8）设备工程师根据潜水员视频监控，指导潜水员进行金刚石线切割锯安装,见图9；9）切割锯垂直安装至海管上方，工程师操作甲板控制面板，控制切割锯油缸缓慢夹紧海管,见图10；10）潜水员检查液压管线有无泄漏及确认切割锯是否夹紧海管；11）切割锯夹紧海管后，工程师开始操作金刚石线切割锯进刀；12）潜水员确认金刚石线高速运转，进给系统正常工作，潜水员离开3 m左右安全距离，监控海管切割过程；13）根据海管材料及半径，金刚石线切割锯调整合适切割速度，切割速度设定为8 mm/min,见图9；14）海管切割完成后，工程师控制油缸回收，潜水员协助将金刚石线切割锯拆除；15）吊机将金刚石线切割锯回收甲板。

图7 液压管绑扎至吊机钢丝绳

4 施工注意事项

图8 金刚石线切割锯下放示意图

图9 金刚石线切割锯安装示意图

图10 设备工程师操作切割锯

1）潜水员监控时应站在弯曲海管内侧，防止海管在切断后回弹造成安全隐患；2）切割过程中，吊机与切割锯始终保持挂钩状态，液压管及吊机钢丝绳需保留一定的余量，避免由于风浪影响而对海管及切割锯造成损坏；3）切割过程中，金刚石线会有磨损，切割效率会越来越低。为提高水下施工效率，通常每条金刚石线用于切割海管次数为1～2次；即每切两道口，需更换一次金刚石线；4）弯曲海管切割时需考虑到海管所受的扭力，防止在切割完成95%左右时，海管端面发生错位，卡死金刚石线，造成切割中断。

5 结语

金刚石线切割锯不仅适用于海底石油管道切割，也适用于天然气管道切割；不仅可用于单层管，也可用于双层管切割。因其操作简单、切割效率高、且切口端面平整，故得到广泛应用。当水深超过200 m后，金刚石线切割锯由ROV直接在水下提供动力，不再由甲板下放液压管线。其金刚石线价格不菲，且需频繁更换，若项目中切割工作量过大，则需重新评估其经济性。因此需要根据水下管线切割项目的特点，选择合适的水下切割工具。

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