大管径含油管道水上维修技术开发及应用

运涛

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300459）

1 大管径含油管道修复技术应用的背景及意义

1985年起，我国在渤海埕北油田铺设了第一条海底管道，短短的20 多年仅中海油系统就建造了总长度超过4000km 不同管径、不同结构形式、不同功能的海底管道，同时，在中石油、中石化和地方政府的滩海油气田开发、进口原油码头配套管道工程及小型的排污管道等方面已经建成和正准备建设不少海底管道。

但是由于各种原因，如运行超过设计范围、船舶起抛锚作业、海上工程作业、拖网捕鱼、海流冲刷及人为操作不当，落物冲击、介质腐蚀、都会造成在役生产海底管道的损伤或发生泄漏[1]。为了降低泄漏风险，生产单位也在利用各种检测技术对管道进行检测，尽早发现隐患或缺陷，做好防范措施。

生产管道发现缺陷后，确认无法满足管道强度、壁厚标准要求或者无法满足安全运行要求的，都需要及时更换或维修，即使是经过置换后的油管道，在拆除维修时，由于运行管道内壁常年积存的油泥也无法彻底清洗干净，在管道拆除、维修时会有零星的油花渗出。由于大管径双层管道满管起吊，重量较大，仅仅靠甲板悬吊起管，吊点拉力很容易超过管道材料的所承受的最大屈服强度值，管道存在很大的弯曲变形的风险。为了保证实现公司零排放、无污染的目标，更加高效、安全地实现对大管径双层含油管道进行修复，也是我们必需认真分析和总结的问题。

2 大管径含油管道水上修复技术分析

2.1 海底管道水上干式焊接修复技术

海底管道水上干式焊接维修的方法是先把水下管道切断或切除破损管段，然后把管道的2个管端拖吊出水面，焊接修复短节部分，做好NDT 检验和涂层后，再把管道放回海底，即完成维修工作，过程如图1所示。

图1 海底管道水上修复示意图

2.2 大管径含油管道水上维修技术难点

大管径双层含油管道水上修复技术在渤中25-1/25-1 南油田永久复产工程项目中得到了成功应用，该项目重新利旧两条混输海管通过解堵置换、清洗，残留在海管内壁的油污，在海管拆除更换过程中，污油水外溢的风险很高；24、28 寸管线起吊有发生损伤的风险。在实际施工中总结了具有共性的两个难点问题。

2.2.1 海管起吊过程中局部应力大和水下拆除中需要防止溢油

海底管道为双层结构，且管内充满油水混合物，管线入泥1.5m，仅仅依靠船上的悬吊起吊管体，使得管体局部受力远远高于管体材料所能承受的屈服强度，容易造成管体弯曲，不能再次使用。管道起吊前，需要将水下法兰拆除，拆除过程中，需要全程控制管内的油水混合物溢出管体，保证管端在露出水面前，海水不受到污染。

2.2.2 起吊管段土壤吸附力较大其影响不可估量

由于管线挖沟暴露后的回淤，给水下潜水员对海管缠吊带挂扣带来了困难，回淤造成的土壤吸附力大小无法确定，使起吊过程难以控制，且起吊力无法计算，因此，必须将淤泥的吸附力克服掉，才能保证起管的计算和施工安全。

3 技术适用范围及创新点

大管径双层含油管道的修复技术适用于管内介质未达到排海要求的油水混合管线，水深小于60m 海域借助于常规空气潜水进行水上修复作业的工程。

3.1 含油管道水下拆除的防溢油技术

3.1.1 隔离法

在海管法兰螺栓拆除前，在主作业船周围布置事先准备好的吸油拖缆，吸油拖缆使用4 条交通支持船互相协同进行布设。吸油拖缆必须设计成闭环形式，总体长度按照施工海域面积进行计算，布设拖缆的天气海况要良好，便于溢油控制，因为拖缆是控制溢油的最有效也是最后的措施。

3.1.2 在须拆除的法兰连接处安装集油罩

设计制作了一个作为溢油控制的集油罩（见图2），集油罩外形尺寸为5m×5m×4.8m，主体结构有槽钢和钢管焊接而成，下方是类似于导管架的防尘板结构，周围使用厚钢板包围，两侧的钢管在集油罩安装时入泥深度至少10m。集油罩两面设计成空门，使用玻璃钢卷帘门方式设计，潜水员从侧面进入开展海底管道法兰的拆除工作，凡涉及棱角的地方均使用圆滑过渡；集油罩上部设计安装一个带有阀门的4 寸软管，在潜水员拆除法兰时，便于从集油罩内部抽水。

3.1.3 使用封堵气囊对法兰两侧平管端及膨胀弯端进行快速封堵

图2

在海管法兰螺栓拆除后，用卡具劈开法兰，在两个法兰端安装封堵气囊球，气囊球规格为直径609mm（管外径为609mm），长度791mm（充气后），气囊球可承受压力0.6MPa。气囊球安装后通过压缩机连接软管进行充气，充气完成后关闭气囊球端部球阀，临时封堵完成后拆除管线。

3.2 大管径混输管道膨胀弯拆除及平管起吊技术

3.2.1 对比计算确定起吊步骤

被修复海管或者叫拆除的法兰的吊装安全问题至关重要，在海管起吊前需进行起吊计算分析，计算采用标准DNV1981“Rules for Submarine Pipeline System”。在海管充满海水的状态下进行计算，计算充分考虑了海管最大的腐蚀裕量。采用OFFPIPE 软件进行计算分析，并采用更为保守的BCT35 计算软件进行了校核，从而优化了起吊步骤，使海管起吊更趋于安全。

3.2.2 采用长条形起重载动气囊辅助起吊

由于管线尺寸较大，加之内管满液，造成管线重量过大，空气中重量为780kg/m，水中重量为370kg/m。将用于船舶下水用的起重载动气囊进行改造后应用于海管起吊。重物起重运动、船舶上下水用气囊，广泛应用在船舶上下水、沉箱起重移运、其他重物搬运、水下安装工程的助浮等领域。船用气囊的应用受场地限制少，无需大型的机械设备，因此，能够缩短工程周期、节省大量资金。经过二十多年的发展实践，证明这种产品具有安全高效、绿色环保、机动灵活等特点。起重载动气囊充气后自重500kg，有效起重重量为10t。长条形起重载动气囊的应用使管线的受力情况更加均匀，大大降低了管线局部应力过大给管线造成损伤的风险。

3.2.3 采用甲板吊机配合3个舷吊同时应用的方法进行起吊

应用甲板吊机、舷吊同时进行平管起吊作业。舷吊可以垂直方向调整高度，同时水平方向可以调整起吊管道与船舶的安全距离，舷吊上的钢丝绳连接甲板电动卷扬机，钢丝绳连接张力卸扣，能够随时显示舷吊的起吊重量，因此，更加安全、可控。同时，甲板吊机也具有吨位可以显示的特点，此特点为起吊过程的吨位控制提供了依据。

4 结语

两条混输管线的重新利用涉及含防溢油技术、大尺寸海管平管起吊技术、膨胀弯水下拆除封堵技术等在国内属首例，填补了该领域的空白，通过混输管道水上修复技术，包括防溢油技术及大尺寸混输管道平管起吊技术等应用，有效控制了工程项目的投资成本。新技术应用大大降低了海上施工的风险。本次海上施工通过采用各项新技术，保证了旧管道的重新利用，为今后类似项目的开展提供了宝贵的成功经验，为施工单位赢得了巨大的经济效益。