樊荣兴，雷海，郭增伍，杨阳，何泽宇,3，王海朋,3

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油(天津)管道工程技术有限公司，天津 300452；3.天津北海油人力资源咨询服务公司，天津 300452)

0 引言

海底管道[1-3]是通过密闭的管道在海底连续输送大量油(气)的管道，是海上油(气)田开发生产系统的主要组成部分，也是最快捷、最安全和经济可靠的海上油气运输方式。由于海底管道服役条件[4-5]苛刻，一旦发生损伤[6]，后续更换维修作业将会产生巨大的经济和时间成本。

近期，渤海某海底管道受船舶弃锚外力拖拽偏离原路由，进而导致局部凹陷受损。已知管道设计内径为330.2 mm，凹陷后最小内径为240 mm，凹陷深度达到26.2% OD，超出行业标准SY/T 6996—2014要求，需要对管道变形段进行更换维修作业。本文对该海底管道的更换维修作业提出设计思路与施工方案，旨在为后续类似海底管道的更换维修作业提供技术参考。

1 作业方案设计

1.1 技术路线

本次更换维修作业的技术路线：(1)对事故管线探摸、勘察，确定管线凹陷及弃锚、锚链位置；(2)制定事故管线修复方案；(3)海管备管、检验；(4)根据修复方案，进行事故管线修复施工；(5)管线回接完成后，管线试压；(6)管线排水复产；(7)新安装管线悬空处理、安装法兰保护器；(8)海管维修段地貌恢复。

事故管线的维修方案确定应以前期管线探摸与勘察结果为依据，当确定需要更换维修后，应严格控制备管的质量，按照标准DNV OSF101—2012对钢管及涂层进行检验，现场施工应严格按照工作程序与技术要求执行。

1.2 探摸与勘察

事故管线的探摸与勘察工作按照下面工作程序执行。(1)对事故管线开展侧扫数据声纳地貌勘察，重点关注指定区域内的锚痕总长、锚痕宽度、锚痕起点及终点、锚链拖痕等；(2)对锚痕与管沟交叉点的定点扫描声呐图像进行分析，重点关注锚痕深度及附近有无障碍物等；(3)通过实时三维扫描声呐对锚痕与管沟的交叉点区域进行地貌勘察；(4)潜水探摸与吹泥勘察，确认障碍物、锚痕与管沟交叉点的情况(如：锚尖、锚冠距沟底距离)；(5)得出调查结论，并根据局部凹陷受损情况，按照SY/T 6996—2014标准进行评估，若超出标准要求，深度大于6%管道直径的凹陷，即开展管线更换维修方案制定。

1.3 管道更换维修方案

本次修复方案采用换管维修，更换维修示意图如图1所示，即为在设计切割点位置进行水下切割，将弃锚及废管回收，然后安装机械连接器，水下测量后甲板预制直管段，水下直管段连接，试压合格后排水复产，安装法兰保护器。施工流程如下：

图1 管道更换维修示意图

修复方案设计—法兰、管线等物料验收—陆地预制及设备调试—设备装船动员—抛锚就位—锚链和障碍物回收—弃锚点两侧及切割点挖沟暴露、涂层清理—管线停产、海管切割—弃锚及废管回收—机械连接器安装—预制直管段、自试压—管线排水复产—法兰保护器安装—船舶、设备及人员复产—倒驳、卸驳。

1.3.1 船舶就位

设备人员动员至现场，船舶抛锚就位。定位工程师根据现场实际情况在陆地绘制施工船抛锚就位图，船舶航行至施工区域后经现场核实无误后通过定位系统指引抛锚船为主作业船抛锚就位。

1.3.2 锚链及障碍物回收

潜水员找到锚链与锚冠位置，利用电氧切割设备将距离锚冠5 m远处锚链环切断，切割前对要切割的锚链环与前面连接的锚链环做好绝缘处理，施工现场可根据实际锚链状态评估采用分段打捞或整体打捞回收。如存在其他障碍物，例如渔网，潜水员应前往裸漏渔网位置切割回收渔网。

1.3.3 修复管段挖沟暴露

为方便切割设备及水泥涂层清理设备的安装及运转，利用挖沟机对弃锚两侧的管段进行挖沟暴露，挖沟暴露作业坑长约10 m，宽约4 m，管线悬空约1 m。

1.3.4 水泥层及涂层清理

管线挖沟暴露作业结束后，使用高压水设备清理水泥涂层和防腐层，露出金属管道，满足安装机械连接器的空间要求，涂层清理尺寸示意图如图2所示。

图2 涂层清理尺寸示意图

1.3.5 管线切入点切割

停产清洗完成后，现场使用金刚石绳锯机对选好的切割点进行冷切割。水下最终切割位置要满足法兰安装的要求，即切割后的光管长度至少为70 cm，海管切断后使用机械管堵进行临时封堵。

1.3.6 弃锚回收及废弃管线回收

弃锚回收：对弃锚的位置进行吹坑暴露，潜水员下水捆绑吊带，利用吊机吊装弃锚(含5 m锚链)出水。

弃管回收：对水下废弃管线进行吊装回收至船舶甲板。

1.3.7 安装机械连接器

机械连接器需满足管线的设计及试验载荷，机械连接器用来连接管线，其一端采用机械式的压紧密封与管线连接，另一端与标准法兰面连接，避免水下焊接。

1.3.8 更换短节预制

使用水下测量仪测量两管端法兰平面之间的距离和角度，若海管的两个法兰端面不在一条直线时，需要使用施工船浮吊或卷扬机将焊有法兰的两端调整到一条直线上；根据测量结果甲板预制更换短节，短节两端焊接旋转法兰；为保护管线不受腐蚀，需在一节短节上焊接阳极；短节预制完成后，在甲板对短节进行水压试验，试压压力为设计压力的1.15倍，稳压时间6 h。

1.3.9 短节水下安装

短节预制完成后，甲板配扣，调平短节，浮吊船吊机将短节吊装下水；潜水员拆除管堵并指挥吊机完成短节对接；潜水员穿上所有法兰螺栓后，先使用棘轮扳手紧固螺栓，然后使用液压拉伸器按照液压拉伸程序对螺栓进行对称、均匀加力。

1.3.10 海管验收复产和保护

每个法兰安装完成后，在法兰连接处使用自试压垫圈，试压压力为设计压力的1.15倍，稳压时间15 min；平台侧向管线内放入直板排水球，注天然气升压排水，升压至正常压力后，潜水员观测法兰无泄漏，管线复产；法兰位置安装法兰保护器。

2 地貌勘察及修复

凹陷海管维修完毕后需要对该区域地貌进行修复，采取相应防护手段保证海管能够抵御海流冲刷和通航船舶的锚刮、锚击，主要工作包括以下3项：(1)根据管线参数、修复区域海底海流流速、海床地质条件和通航评估等数据进行计算，设计维修后地貌修复方案；(2)根据设计方案编制具体地貌修复施工方案；(3)组织现场施工。

本次海管修复过程中，管道凹陷位置区域存在一处较大坑区，该处坑长约为85 m，宽度为10～15 m，最大坑深约2.5 m。维修后海管处于悬空状态，需对开挖的沟槽进行回填修复，传统的砂袋回填需要人工潜水搬运，考虑沟槽空间狭窄且海流冲刷严重人工潜水作业风险高，故采用抛石回填恢复地貌。此外，本段管道距锚地仅2 km，船舶落锚、拖锚频率较高，已发生锚挂造成海管凹陷事故，属于高风险区域，勘察结果显示该区域海流冲刷严重，存在大范围埋深不足情况，单纯回填覆盖不足以形成有效防护。因此，采用抛石回填和铺设柔性防护垫相结合的方式进行恢复治理，此种方案既可以消除管线的悬空隐患，又可以有效防止第三方对管道的破坏。

3 结语

我国海洋油气资源丰富，随着“海洋强国”战略的实施，围绕海洋油气开采的相关仪器设备国产化替代以及相关设备的维修维护技术开发将会愈发重要。海底管道完整性事关油气开采连续化生产，第三方破坏的维修工更换作属于应急处理范畴，一旦事故发生后，需要立即组织资料开展维修工作。海底管道维修前需根据管道的损坏程度、维修能力及作业支持船舶的综合能力等因素选择合适的维修方法[7]。本文针对局部凹陷受损的事故管线如何开展应急维修，提出了参考性的作业方案设计思路，旨在为后续类似海底管道的更换维修作业提出技术参考，具有重要意义。力争海底管道维修技术向程序化、科学化、定量化评估方向发展。