海底油气管道水下维修技术综述

海底油气管道水下维修技术综述

海底管道是海上油气田的重要基础设施，由于各种原因海底管道会出现损伤造成事故，需要及时修复，尽可能减少海底管道停输带来的各种损失，文章对海底管道维修水下技术和深水海底管道系统进行了介绍和分析，并对海底管道安全运行与维修提出了建议。

标签：海底管道；水下湿式维修；海底管道维修系统

随着海洋油气资源的不断开发，海底管道是海洋油气资源开发的重要基础设施之一，海底管网的规模不断增大，目前已超8000km。海底管道的安全对海上油气田正常运行至关重要，相对于陆地油气输送管道，海底管道长期暴露与恶劣的海洋环境，承受复杂的工作载荷、环境载荷及意外风险，具有极大的失效概率。研究表明第三方破坏、腐蚀、波流冲刷、海床运动、台风、材料焊接/结构缺陷、设计安装不当、操作失误等因素都可能造成海底管道失效[1-2]。对于海底管道一旦发生失效，就会造成巨大的油田停产、输送中断等方面经济损失，同时也会造成极大的海洋环境破坏，对被供应方造成影响。因此，在海底管道发生失效时，需及时进行修复，尽可能地减少因海底管道失效造成的各种损失。

发现海底管道发生失效和损坏一般是突发性的，由于每一条海底管线自身的工作状态、所处海洋地理环境都有所不同，采取维修的方法和手段也有所差异。目前，对于海底管道维修主要水上维修和水下维修。对于水上维修通常是将管道切断拖吊出水面，焊接修复后再放回海底，这种维修方法只适应于状态较好的海底管道，对海域工况有较为严格的限制，适应水深较浅。对于水下维修又区分为水下干式维修和水下湿式维修，水下维修技术相对于水上维修具有更大的适应能力，因此文章主要讨论水下维修技术。

1 海底管道水下干式维修

对于水深较浅的海底管道且具备一定条件的海底管道常采用水下干式维修，主要维修步骤为：通过多波束剖面声呐、磁探测仪及各种潜水检测结合的方法，确定海底管道泄漏位置，引导作业船舶就位，利用开挖设备对水下作业区域进行开挖，满足水下干式维修装备的就位与空间需求，并对管线泄漏点进行开孔封堵；干式维修装备就位与管线上部，U型口合拢，管道密封，将内部海水排出，形成一个干式作业环境，利用切割机具切开破损管道，然后管道组对、管道焊接、焊缝NDT检验，管道试压合格后，干式维修装备回收；作业区域海床进行回填掩埋。

水下干式维修效果可以保证原有管道整体性能不改变，但是该项技术焊接系统复杂，同时维修过程需要配置大量配套特种装备，如水下切割机具、大型起重船舶、焊接辅助机具等，对水深和作业海况都有一定的限制。国内研发过水下干式管道维修系统，曾在JZ20-2油田海底管道改线工程、CFD11油田海底电缆检测维修及复位工程、PL19-3油田WHPB平台靠船件拆除、涠洲11-4油田等依托

工程中应用[3]。国外目前采用该种方式的维修应用较少。

2 海底管道水下湿式维修

对于海底管道水下湿式维修又可区分为不停产开孔维修、停产维修。不停产开孔维修主要针对管道出现腐蚀泄漏但未发生变形，维修步骤为：在管道安装水下机械三通和开孔机，在不停产的情况下对管道开孔，安装封堵机和旁路三通，利用封堵机堵住需更换的管道，油气介质从旁路通过，冷切割切除需更换的管段，安装连接法兰、球形法兰及管段，打开封堵，旁路泄压，拆除封堵机，管道恢复，海床复原。

停产维修主要包括机械连接器维修与外卡维修。机械连接维修主要包括一系列管段固定和机械密封的构件，长度可以调节，并可与各种法兰配套，适应于各类海域、水深和作业要求，具有维修时间短费用低等特点。外卡维修主要用于破损较小（裂纹、腐蚀穿孔）的管道，管道外卡应在精度允许范围内，适应于管道压力等级和安全等级较低管道[4]。主要步骤为：管道破损处海床清理，切割机具切除管道破损管段（外卡维修不用切除但须清理受损管道表面），管道修复短节（或卡具）就位，安装更换，管道恢复，海床复原。根据作业水深的不同，修复过程使用潜水员或水下机器人配合机具就位和水下作业。

国外目前以水下湿式维修为主，主要为国家几家海洋工程公司所掌握，其海底管道修复連接器能适应各种类型的海底管道，具有代表性的主要有墨西哥的Oeeaneering公司、美国T.D. Williamson、美国的Hydratight公司以及QCS公司，这些公司都具有成熟技术与产品，且都有成功的工程实际应用[5]。国内水下湿式维修技术处于发展阶段，基本通过与国外公司合作的方式进行。如渤西油田直径天然气海底管道的不停产双封双堵维修[4]、东海平湖油田输气管维修、南海西江24-3油田海管维修等。

3 深水海底管道维修系统

上世纪70年代国外开始了深水油气田勘探开发，特别是墨西哥湾和北海，主要的深水管道也集中于此，经营此油气田的大型公司，为了防备飓风或者发生其他不可预料的情况导致管道失效而中断输送时，系统和设备能够快速运至现场并进行抢修，降低各类损失，由Sonsub、Oceaneering、Oil States、Statoil等公司设计和制造了深水海底管线维修系统（Deepwater Pipeline Repair System，简称DPRS）及其所需的主要设备和工具[6]。2005年在Katrina飓风影响中，Mars油田TLP的主要出油管线和输油管线损坏后，使用DPRS抢修得到快速复产，证明了DPRS的重要性和必要性。

一套完整的DPRS主要包括夹具、法兰、跨接管膨胀弯、提管设备、吹泥泵、管线切割设备、管线终端修理工具、管线回收工具、混凝土加重层或FBE涂层清除工具、焊缝清除工具、连接器、龙门托架、焊接设备、管线终端测量系统等。完成深水海底管线维修还需要ROV作业、饱和潜水作业、DP支持船等的支持；此外，还需要使用索具、进出坞吊、隔离液压动力模块、管线脱水装置、海上动

力站等辅助设备[7]。

1987年，美国Mohr 工程公司发起组建了浅水海底管道维修联盟，为成员多为油公司和油气输送商，联盟为成员出现管道损坏的紧急情况下提供所需设备，从而降低管道停产、停输的损失。这为深水海底管道运营商提供了参考，更多公司组成联盟共同拥有DPRS。2004年，Stress Subsea工程咨询公司组建深水海底管道紧急维修响应系统联盟，拥有系列堵漏夹具、膨胀弯和连接器，可以应对1000ft-10000ft水深范围内4”-24”的深水海底管道的维修，存储于墨西哥湾，供联盟内成员使用，从而解决了深水管道维修停产、停输时间长的问题。

国内海底管线以浅水为主，深水管线较少，对于DPRS相关研究和应用还处于起步阶段，但对海底管道维修系统的需求还是迫切，如南海A3油田海管抢修由于维修技术、工具和设备的储备不足，导致原本计划1个月的抢修工作历时近3个月才完成，且对部分漏点只实现了临时性修复，损失巨大[7]。随着我国深水油气田的开发和深水海底管道发展，也需加强DPRS相关装备研制，尽早形成自有的海底管道维修联盟，实现资源共享，提高设备利用率。

4 结束语

海底管道是一个系统工程，为保证管道安全运行，应从海底管道设计、制造、运行、检测、评估、维修等各个阶段进行综合管理，形成海底管道完整系统。另外，应加强定期对海底管道进行检测，及时发现管道存在的各种几何缺陷、腐蚀、变形、外力损伤、悬空、冲刷等，进行评估及时发现海底管道潜在的问题并进行相关治理与修复。在海底管道维修系统和联盟未形成前，应根据管线运行状态和检测数据，结合损伤出现的频率，制定不同的维修预案，对重要的海底管道建立对应的维修备件库，当发生海底管道损伤时，可及时提供相应的维修配件，缩短整个维修周期，有利于降低由于海底管道事故带来的损失，减少海洋环境污染。

参考文献

[1]张秀林，谢丽婉，陈国明.海底管道完整性管理技术[J].石油矿场机械，2011，12：10-15.

[2]方娜，陈国明，朱红卫，等.海底管道泄漏事故统计分析[J].油气储运，2014，1：99-103.

[3]房晓明.海底管线干式维修技术[J].哈尔滨工程大学学报，2008，7：651-657.

[4]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，2004，1：61-64.

[5]刘永.海底管道修复连接器的研究[D].哈尔滨工程大学，2011.

[6]王常文.深水海底管道维修系统工程应用研究[D].天津大学，2010.