叶永彪， 黄佳瀚， 齐兵兵， 尚宪朝， 李丽娜

（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 300450）

0 引言

随着我国海洋石油事业的不断发展，海上生产设施逐步由浅水走向深水。海上生产设施主要包括海底管线、海底柔性管线、水下基盘、单点系泊系统等多种设施。海上油气田在生产期间，可能出现的需要应急维修的情况主要有海管泄漏、海底电缆损坏和系泊锚腿等。当这些情况发生时，如果处置不当，将有可能造成人员伤亡、财产损失、环境污染等后果，这就需要油气田管理方和工程公司快速做出反应，首先实现停产，控制现场情况，抢救受伤人员，降低财产损失、环境污染以及其他负面影响，接下来应立即展开受损设施的维修工作，以实现油气田恢复生产。在应急维修过程中就需要相关设备和技术支持，通过对海管、海缆和系泊锚腿主要应急维修过程分析，以便给应急反应维修工作及准备工作提供参考依据。

1 作业形式

海上油气田在生产期间，生产设施分布在不同水深，0～1500 m。水下作业主要使用潜水和水下机器人（ROV）两种形式，其中ROV可以实现0～1500 m水深范围全覆盖，而潜水资源根据水深不同主要分为三种潜水方式，如表1所示。

表1 三种潜水资源

ROV和潜水两种作业方式各有其特点。ROV的优点为不受水深限制，动员时间快，目前市场上的ROV一般均能覆盖0～1500 m范围，甚至能够达到3000 m；ROV的缺点是不能进行非常灵活的操作，对水下能见度要求高。潜水资源的优点是可以进行非常灵活的操作，缺点是受水深限制、动员时间长，空潜相对来说0～50 m水深调整水深耗时较少，而饱和潜水的特点为加压快、减压慢，作业范围为50～300 m，ADS潜水不用加减压，潜水员水下作业效率低，作业范围为50～500 m。

2 作业设备

2.1 施工支持船舶

进行深水应急维修最主要的设备是施工支持船舶，没有施工支持船舶，所有维修工作无从展开。现以三条典型施工船舶为例进行比较，三条船舶为：抛锚作业船-A船；DP 2动力定位船-B船；DP 2动力定位船-C船。如表2所示。

表2 三条典型施工船舶

综上可以看出，进行应急抢修作业时，可以选择不同类型和能力的船舶，需要根据应急抢修的严重性、紧急性进行综合考虑决定，能力越强的支持船舶将会有更高的施工效率，费用也将更加昂贵。

2.2 ROV设备

ROV可应用于0～1500 m水深。ROV，即水下机器人（Remote Operated Vehicle）。ROV功能多种多样，不同类型的ROV用于执行不同的任务，被广泛应用于军队、海岸警卫、海事、海关、核电、水电、海洋石油、渔业、海上救助、管线探测和海洋科学研究等各个领域。

2.3 空气潜水设备

空气潜水设备主要用于0～50 m水深。空气潜水系统主要由甲板控制房、减压舱、机械集装箱、收放系统、脐带缆等组成。潜水员下水时，进入潜水吊笼里，由收放系统下放至水面以下指定深度，潜水员从吊笼里游出来进行相关作业。

2.4 饱和潜水设备

饱和潜水设备主要应用于50～300 m水深。一般常见的饱和潜水水深等级为250～300 m，300 m饱和潜水设备，该设备主要由甲板减压舱、潜水钟、逃生舱、控制集装箱、环境控制系统等组成。相对于ROV，饱和潜水员对作业地点的安全性及海况要求更高，所以在进行潜水员作业时一般首先由ROV完成初步的调查，确认现场情况后，再由饱和潜水员前往作业。

2.5 ADS潜水设备

ADS潜水设备主要应用与50～500 m作业水深。ADS潜水由潜水员穿戴机械潜水服入水进行作业，其达到的作业水深与潜水服密切相关。潜水服一般由铝合金材料制成，坚硬金属潜水服被设计成具有柔韧性，使潜水员保持“特殊的敏捷性”完成复杂的水下任务。它具有常压潜水系统（ADS），可维持水面座舱压力，相当于人形结构机械潜水艇。潜水员在水下作业风险极高，机械潜水服一般不具有外接接口。

3 应急维修

需要应急抢修生产设施主要包括海管、海缆和系泊锚腿，由于生产设施的损伤情况不同，维修时所需设备和施工步骤也不同。

3.1 海管临时维修

对于海管临时维修，主要应用合适卡具对漏点进行密封即可。在施工时主要用到的设备包括：施工支持船舶、ROV设备、饱和潜水设备、海管漏点封堵卡具、液压扭矩扳手。

海管临时维修，应急反应（0～1500 m水深）的步骤大概为：1）停止生产，通过注水等形式将海管内部已有原油推至海管另外一端生产设施，使海管内注满无污染的含染色剂海水；2）最快的速度动员施工设备，对整条管线进行调查，同时使海管保持在一定的压力，使染色剂不断从漏点漏出，以便ROV观察，确认漏点的情况，并进行标记；3）根据调查结果，确认可以使用安装密封卡具的形式完成维修；4）在无永久密封卡具的情况下，可选择制作临时卡具，进行快速复产；5）动员施工设备资源，前往现场，完成卡具密封，进行海管清管试压，恢复生产。

3.2 海管永久维修

由于海管已发生了大的裂缝，无法使用卡具的形式完成维修，必然要将受损段切割，之后使用替换段重新完成联接。在施工时主要用到的设备包括：施工支持船舶、ROV设备、饱和潜水设备、为法兰联接创造干式环境所需设备、机械联接器、吹泥设备、混凝土涂层清理设备、海管切割设备、螺栓拉伸器、水下清理设备。

海管裂缝大漏应急反应（0～1500 m水深）的步骤大概为：1）停止生产，通过注水等形式将海管内部已有原油推至海管另外一端生产设施，使海管内注满无污染的含染色剂海水。2）最快的速度安排带有ROV的施工船舶，对整条管线进行调查，ROV调查整条管线，确认漏点的情况，并进行标记；3）调集维修资源，准备施工设备资源，完成海管裂缝段切除，清理切割端，安装机械联接器法兰；4）下放裂缝海管替换段，使用液压拉伸器完成法兰组对，进行海管清管试压，恢复生产。

3.3 海缆维修

海缆主要包括以下几种，电力海缆、通讯海缆、光电复合海缆等，海上油气田海缆以光电复合缆为最多。根据统计，绝大部分海缆的故障是由捕鱼作业和锚造成的，其他造成海缆故障的原因还有海缆铺设过程中的故障、海缆接头故障、地震或泥沙运动、海缆悬跨、鱼类咬伤、疏浚和钻井、电缆老化等。在施工时主要用到的设备包括：施工支持船舶、ROV设备、饱和潜水设备、TSS440及TSS350、张紧器、海缆切割工具、入水桥、海缆舱、备用海缆、接头盒。

海缆维修施工过程：1）施工支持船携带施工设备资源到达作业现场；2）ROV携带TSS440或TSS350，调查海缆路由及埋深（如果有），并确定故障点；3）通过吹泥暴露电缆，确定电缆断电后，海底在海缆故障点完成切割，两端分别为A端和B端；4）打捞A端至甲板，安装密封套后下放至海底，防止海水进一步侵入海缆内部；5）打捞B端至甲板，持续回收切割海缆，直到海缆内部干燥且进行测试，海缆末端安装密封套，下放至海底；6）打捞A端至甲板，持续回收并切割海缆，直到海缆内部干燥且进行测试；7）使用接头盒连接备用海缆和海缆A端，进行测试，铺设接头盒和备用海缆至B端；8）打捞B端至甲板，切割备用海缆，完成备用海缆与B段连接，将接头盒下放至海缆，进行完工测试，恢复供电和通讯。

3.4 海上浮式生产设施系泊锚腿应急抢修

在施工时主要用到的设备包括：施工支持船舶、ROV设备、饱和潜水设备、吹泥设备、切割设备、大绞车、鲨鱼钳、钢缆索接头适配器、锚链防松卡子、锚缆角度测量、销杆专用拆卸工具等工机具。

系泊锚腿应急抢修作业通用步骤为：1）主作业船定位于锚系预先装好的回收索具上方；2）主作业船通过主拖缆下放ROV打捞钩；3）在ROV的配合下，主作业船主拖缆连接至锚系的回收索具上；4）主作业船回收主拖缆，并将待维修锚缆/锚链回收至甲板，拆除破损锚缆并回收，或通过计算确认切割锚链的长度；5）主作业船甲板工作人员进行新锚缆更换或切割锚链作业；6）主作业船通过主拖缆辅助下放已维修更换的锚缆及锚链，沿锚系路由重新布设维修、更换完成的新锚系，直至锚系沿着设计的路径全部放置到海底，ROV解开锚系与主拖缆连接的索具，回收主拖缆至甲板，等待进一步的浮筒回接作业。

4 结语

通过对海管、海缆和系泊锚腿三种主要应急维修过程的梳理，临时维修和永久维修两种主要损伤情况下的维修过程和维修设备进行了介绍，对海缆和系泊锚腿应急维修施工过程和所需维修设备进行了介绍。

可以发现水深是影响维修过程的制定和维修设备的选择的关键因素。0～300 m水深情况下，应急抢修工作可同时使用饱和潜水和ROV进行；在300～500 m水深的情况下，可使用ROV或ADS潜水进行作业；在500～1500 m水深的情况下，只能使用ROV设备进行作业，所以在准备设备时要确定是潜水员操作还是ROV操作。在应急抢修工作中，建立有效、快速的应急反应机制，对水下设施进行风险评估，系统化、规范化、流程化应急抢修过程，及时发现问题，用简单有效的手段解决问题，才能更好地保障人员财产安全。目前我国在浅水应急抢修方面积累了很多经验，但是在深水应急抢修方面还有很多欠缺的地方，经验少、设备开发和研究不足。未来应该加强深水方面应急抢修设备的开发和研究，为我国海洋石油事业走向深水保驾护航。

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