探究海底管道维修方法

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摘要：海底管道是海上生产与油气外输、油气田开发的主要生产设施,目前海洋石油总公司所铺设的海底管道总长度已经超过2 000 km，进入20世纪90年代后,由于各式各样的原因,如管道运行的状态远超出设计的范围内,船舶起抛锚作业,拖网捕鱼碰撞,海底冲刷及其施工操作不规范,落物冲击,介质腐蚀等,相继出现海底管道损坏的事故,其损坏形式也是多种多样的。根据海洋石油总公司在役油气田海底管道的维修实践、海底管道损坏情况及特点,介绍几种海底管道的维修方法，从而实现海底管道的正常运行。

关键词：海底管道；海上油气田；水上焊接维修；水下干式高压焊接维修；水下湿式维修

中图分类号： P756.2 文献标识码： A

随着中国海洋石油工业的高速高效式发展,新开发的海上油气田也在逐年增多,海洋石油总公司铺设的海底管道总长度目前已经超过2 000 km,而渤海海域最早铺设的埕北油田海底管道已运行近20余年。进入20世纪90年代后,海底管道损坏事故也在逐年增多,仅2002年海洋石油总公司就发生了4起海底管道损坏的事故,这不但影响了海上油气的产量,而且修复费用高达几千万元。我国自1985年以来，中国海洋石油总公司在渤海埕北油田建成第一条海底输油管道以来，在不同的海域已经相继建成47个油气田，各种规格管道有近百条，总长均在4000公里以上，随着我国海洋石油事业的蓬勃式发展，海底管道的里程以每年上百公里的速度逐渐增长。部分海底管道的使用时间已超过15年，个别甚至已经达到25年。

由于海洋油气集输的特性，海底管道在服役期间呈现出了与陆上管道所不同的特点:一方面是海底管道因为故障所造成的经济损失和危害程度也是陆上管道根本就无法比拟的；另一方面，海底管道受到波浪和海流等繁杂的海洋环境荷载的作用，特殊情况下还要考虑到地震和海啸的作用。海底管道的损坏一般都具有突发性的特点,对海底管道的维修，也会因其自身参数的不同,所处环境的条件各异,我们所采取的方法和手段当然也各有不相同。近几十年来，国内外因海底管道破坏造成的油气田停产、海域大面积污染的事件已达数百起，这不仅造成了巨大的经济损失，而且还破坏了海洋的生态环境，在几十年内都难以恢复。因此，海底管道的安全生产问题得到了各国海洋工程界的广泛关注与研究。

1 海底管道维修的主要方法

海底管道维修一般可以分为水上维修和水下维修2大类，又可以将其分为干式维修和湿式维修2种。

1. 1 水上维修

1.1.1 水上干式焊接维修的步骤

海底管道水上干式焊接维修的方法是，首先把水下管道的破损段进行切断或切除，然后就是把管道的2个管端吊出水面上来，焊接修复短节部分，做好NDT检验和涂层后，再者把管道放回海底，也就是完成最终的维修工作，其具体步骤如图1所示：

1. 1. 2 水上干式焊接维修的特点

1、需要进行吊装的计算和分析(只适用于状态较好的海底管道)；

2、需要专门的施工作业铺管船；

3、维修不需要特种机械设备，且维修速度快，维修质量较高；

4、对海底管道维修有较为严格的限制，只适用于铺设在较浅海域的管道。

1.2 水下维修

1. 2. 1 水下干式高压焊接的维修步骤

水下干式高压焊接维修步骤：首先是切除破损的管段，在水下安装焊接工作舱(如图2工作舱内配有动力电源，照明、通讯、高压水喷射、起重、气源、焊接施工设备和生命支持系统等)。工作舱内注入与该海域水深相同压力的高压气体，形成干式环境后，即可进行修复海管的管端，安装短节，实施水下干式焊接等一系列的作业。这种方法多用于管道不能在水面进行焊接，但是又要求在保证管道原有的整体性能不改变的情况下，或者是采用其他方法受到限制的情况下，对管道的附属结构进行维修的时候。

1.2.2 水下干式高压焊接维修的特点

这种方法维修效果一般都较好，可以完全的保证管道原有的整体性能不改变。但是该高压焊接系统比较复杂，维修费用高且需要配备特种的设备，如焊机、大型起重工作船、水下切割工具等，并且还要配备具有干式高压焊接资质的特种潜水员(饱和潜水)，目前国际上采取这种维修方法的实例比较少。

1. 3 水下湿式维修

管道水下湿式维修分为不停产开孔维修、外卡维修和法兰对接维修等。

1．3.1 油气田不停产管道的开孔维修

不停产开孔维修主要是针对由介质而引起的管道大面积腐蚀从而出现的泄漏，或由外力造成管壁局部凹陷影响清管作业但尚未变形的这类管道。采用这种方法的主要优点是，油气田不需要停产就可以实现管道的单封堵或双封堵开孔作业，并且施工作业方法较为成熟。2001年，海洋石油工程股份有限公司美国T. D. Williamson公司和Hydrotech公司合作，对渤西油田直径305 mm天然气海底管道进行不停产双封双堵得维修，就是成功的一个案例。

油气田不停产海管升孔的维修步骤为:在管道的一端安装水下机械三通和开孔机，在油气田不停产的情况下对管道进行开孔，在管道的另一端进行同样的作业(图3)；水下安装封堵机和旁路三通；安装旁通管道；打开三文治阀，用封堵机堵住需要更换的管道，使天然气从旁通通过；将需要更换的管段泄压，并检查封堵的密封度；用氮气置换需要更换的管段处天然气；在安全的情况下用冷切割锯切除需要更换的管；在管道的2个切割端分别安装Hydrotech连接法兰，或冷挤熔法兰，或Smart法兰；测量2个法兰之间的长度，并按此长度准备带球形法兰的管段；在油气田不停产的情况下安装球形法兰；调整平衡管道的压力；打开封堵头，关闭三文治阀；旁通管道泄压后去除旁通管道；进而拆掉封堵机；放进内锁塞柄；封好言板，对海底管道冲泥区域进行海床表面的复原，其中包括必要的砂袋覆盖。

图3 机械三通、开孔机安装及开孔作业

1.3.2 机械连接器维修

1.3.2.1 机械连接器维修步骤

机械连接器维修的步骤见图4

机械连接器包括一系列的管端固定和机械密封构件，是一种可提供长度调节的水下管道的修复设备，也可与各种法兰进行配套的使用。

图4 机械连接器维修步骤

1.3.2.2 机械连接器维修的特点

1、适合于各类海区、水深的作业要求；

2、不需要第三方检验合格的焊接程序和焊工；

3、不需要特种的船舶和设备；

4、维修时问短且费用比较低；

5、晒氢然虽然不能保证原有管道的整体性能不变，但是可以提供足够的机械强度和可靠性。

1.4 利用封堵卡具进行永久性封堵修复

利用专门的封堵卡具（如图5所示）对海底管道的损伤部位进行维修，达到永久修复的目的，该方法一般适用于穿孔小漏和变形损伤的修复。

根据对破损部位的大小、尺寸的初步测量结果，选取合适的修复卡具。对海底管道的破损处进行及时的清理后，测量海底管道的直度和椭圆度，然后下放卡具。当卡具安装到位后，卡具的水压气缸产生一个闭合的压力，主栓和螺母的加紧使卡具产生夹子作用并产生纵向密封:而卡具的填充抱紧法兰构件在管子的两端加紧，产生了一个周向的密封，这样就完成了利用卡具对海管进行永久性的修复。

图5 机械式封堵卡具

利用补强材料进行永久性修复。

利用具有特殊性能的材料，对海管进行修复。该类材料为水下设备而特别设计，能够在潮湿，有油或者在海水环境中很好地和管线粘合，从而实现修复的目的。该方法一般适用于穿孔小漏和变形损伤的修复。（如图6所示）

潜水员对损伤部位的附近外管进行一番打磨后，在其一定范围内涂抹补强材料，并用增强带进行缠绕，经过一定时间后，补强材料凝固，从而达到修复的目的。

图6 补强材料示意图

总之，由于海底管道事故具有突发性和不确定性的特点，当海底管道发生损伤时，要根据海管的事故类型、、可用船舶资源和所在水域的特点等情况，综合考虑维修的时效性、社会和经济的效益，选择适当的维修施工方法，将海管事故造成的损失程度能够在在最短的时间内降到最低。

参考文献：

[1].刘春厚;潘东民;吴谊山.海底管道维修方法综述[J].中国海上油气,2004(02)

[2].刘楚;王佐强;韩长安.海底管道事故类型及维修方法综述[J].中国石油和化工标准与质量,2012(12)