法兰机械连接器在海洋石油单层保温管维修中的应用

李旸，许光伟，刘岩(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

随着我国能源产业增储上产“七年行动计划”战略的实施，海上油气田对海底管道需求逐年增加。在海底管道服役过程中，存在因腐蚀、外力作用、环境变化等原因出现损伤和泄漏的可能性。这对于油气田正常生产和海洋环境保护造成了很大隐患和不利影响，因此，常态化修复海底管道的突发故障，及时予以修复成为了保障海上油气田稳定运营的关键。常见的海底管道维修方法为外部封堵卡具和更换受损管线，本文介绍了采用法兰机械连接器在海底管道维修中的应用，并对工程实施进行了分析。

1 法兰机械连接器简介

法兰机械连接器作为海底管道维修的手段之一，在国外已有成熟的产品和应用。相对于临时管卡，法兰机械连接器可以提供符合原管道设计压力、强度的能力，可满足修复后长期运行的需求。同时法兰机械连接器在施工过程中，不需要将受损管道出水更换，在很大程度上节省资源投入。

典型的法兰机械连接器为Griplock Mechanical End Connector，即夹锁式机械端部连接器。结构形式包括楔形结构加持锁紧装置和内置密封圈，依靠装置外部螺栓的预紧提供密封驱动力，外置锁紧装置的楔形结构产生径向收缩，卡住管道外壁，同时密封圈压缩变形，紧密贴合管线外表面，从而产生可靠密封。螺栓紧固后进行机械连接器自密封试验，以检验密封可靠性。

Griplock Mechanical End Connector法兰机械连接器的构造及外观形式如图1和图2所示。

2 应用工程概况

某海上油田高压注水管线发生泄漏，该海底管线为单层保温配重管，管道尺寸直径323.9 mm，壁厚12.7 mm，材质 API 5L X65直缝高频电阻焊钢管。管线设计压力13.8 MPa，设计温度86 ℃。该管线为单层保温配重管，采用FBE防腐+聚氨酯泡沫保温+高密度聚乙烯夹克+混凝土配重的形式，海区水深28 m[1]。

图 1法兰机械连接器结构形式

图2 法兰机械连接器实物

3 实施方案

经检查确认，泄漏位置在近井口平台一侧，位于膨胀弯与平管连接的法兰面处，两侧法兰分别为球法兰和旋转法兰。

3.1 修复方案比选

3.1.1 临时抱卡形式

常用的海底管线外部封堵卡具为贴合管线外壁的抱卡形式，适用于管线直管段的点状穿孔或泄漏。对于法兰面泄漏的情况，经与相关厂家调研，需要根据法兰外形尺寸特制卡具，历时较长，而且仅作为临时措施，不能从根本上解决问题。

3.1.2 更换受损法兰

因位置处于平管与膨胀弯连接处，如更换受损法兰，需将平管段和膨胀弯分别吊装出水，切割原法兰，再将新的法兰与海管焊接后，重新连接平管与膨胀弯。此方案一方面需采办同型号法兰，而法兰的供货期一般为24周左右；同时海上施工需大型浮吊配合，选取有利季节施工。经分析，上述情况不利于紧急修复，因此无法采用该种方法[2]。

3.1.3 安装法兰机械连接器

经与相关设备供应商联系，采用法兰机械连接器可达到原管线的压力和强度要求，供货期可以缩短在6周。且整个安装过程均为潜水作业，仅有首节膨胀弯和连接短节需要吊装配合，作业实施风险相对较小，对于维修实施的整体周期、风险和费用比较可控，因此选用此方案。

3.2 法兰机械连接器方案实施步骤

3.2.1 作业区域清理并切除受损法兰

首先移除海管上覆盖的水泥压块，使用水下吹泥设备开挖作业坑，作业坑尺寸为：长以法兰为中心两侧各3 m、宽以管线为中心两侧各1 m、坑底深度距管底1 m。然后采用水下冷切割工具，分别将平管端和膨胀弯端的受损法兰切除并回收。

3.2.2 安装法兰机械连接器及连接短节

首先利用高压水设备清理管端的水泥配重层、保温层及防腐层，直至露出钢管表面，清理长度约2 m。然后根据安装程序的标准化实施要求，水下安装法兰机械连接器。将机械连接器平稳下放至海管侧部，确认内部无杂物，再装至海管端部。使用液压拉伸器对螺栓进行拉伸紧固后，对机械连接器进行自密封试验，试验合格后，水下测量两个法兰连接器之间的间距，确定连接短节的长度并回装。

3.2.3 试压及恢复注水

法兰机械连接器、连接短节及膨胀弯连接完成后，首先进行清管通球，然后根据海管试压方案进行试压，稳压时间及压降均满足要求，并经工程方、作业方及第三方见证，达到海管恢复注水生产的条件。随后在作业坑处填放沙袋处理悬空，在海管上方放置水泥压块进行后保护[3]。

4 实施分析

本次法兰机械连接器在海洋石油单层保温管维修工程中的应用施工正处于春季季风季节，现场统计的风力情况为：6级及6级以上风力天气占70%，对于作业效率影响较大。

采取的措施有：(1)浮吊尽可能在油田现场抗风，减少起抛锚和航行耽误的时间；(2)通过调整船艏朝向、锚缆等措施，保持最佳船位，减少涌浪对潜水作业的影响，在6～7级风时仍有机会坚持潜水作业；(3)实际统计的船舶天气待机率为33.7%，远低于大风天气比例。

主要工作包括拆除膨胀弯、检查法兰面、安装机械连接器、安装连接短节、回装膨胀弯、试压、压块恢复及海床处理，各工序时间分布如图3所示：海管表面处理用时最长，主要原因为水下处理海管水泥配重、聚氨酯泡沫保温和FBE防腐层均由潜水员完成，期间主要是受天气影响较大；而机械连接器和连接短节安装仅用时7 d，施工效率较高。各施工工序时间分布统计如图3所示[4]。

图3 各施工工序时间分布统计

对于潜水作业的效率，也进行了统计分析，基本情况为：(1)受天气影响，大风待机期间无法实施潜水作业；(2)在平潮时段不持续的条件下，流向流速变化大，降低了潜水效率；(3)气候窗与平潮吻合的情况下，潜水效率充分，有利于实施作业。因此为了充分利用该时间段，当时加强协调力度，调集周边潜水员资源，保证了连续作业，使得海管维修整体进度得到保障，顺利完成。

5 结语

综上所述，此次法兰机械连接器在渤海单层保温配重海管维修的应用和实践，实施过程安全可靠，实施效果达到要求，资源投入和成本可控，此次维修同时也积累了相关工程经验。法兰机械连接器形式与封堵卡具和更换海管的维修方式相比，在条件适宜的情况下，具备可实施性和可操作性，总体风险、费用及工期可控，可以作为近海海底管道应急维修方案的选项之一，对于此后海底管道维修提供借鉴参考。