鄭虎斌

中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057

建立海底管線應(yīng)急維修預(yù)案的探索

鄭虎斌

中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057

本文研究了海底管線損傷及泄露原因，通過對比分析目前常用的幾種海底管線維修方案的優(yōu)缺點及各自適用范圍，提出了建立長效海底管線泄漏應(yīng)急處置預(yù)案的具體措施，從而將海底管線發(fā)生泄漏造成油田停產(chǎn)損失及環(huán)保風險降到最低。

海底管線；應(yīng)急預(yù)案；機械管卡；球形法蘭；旋轉(zhuǎn)法蘭；PII技術(shù)

0 引言

海底管線按照輸送介質(zhì)可以分為：原油輸送管線、天然氣輸送管線、注水管線、生產(chǎn)水輸送管線等；按照管線的結(jié)構(gòu)形式可以分為單層管、雙層保溫管、水泥配重管等；按照管線路徑可以分為平臺間管線、平臺到外輸單點間管線、平臺到陸岸終端管線等。目前隨著我國海上石油開采工業(yè)的不斷發(fā)展，已在渤海、南海、東海等海域鋪設(shè)了數(shù)十條海底管線，總長度已超過2 000km。海底管線被喻為海上油氣田的生命線，海底管線安全可靠運行是海上油氣田正常生產(chǎn)的根本保證。但是由于海底管線地理位置的特殊性和復(fù)雜性,海底管線的泄漏是無法完全避免。雖然我國海上石油開采作業(yè)起步比較晚，但也已經(jīng)有近30年的歷史，很多海上油氣田都已經(jīng)進入到中后期，海底管線由于腐蝕、疲勞、船舶起拋錨、拖網(wǎng)捕魚或其他因素造成泄漏的事件已經(jīng)逐步顯現(xiàn)出來，并且也引起了相關(guān)部門的高度重視。因此認真分析海底管線產(chǎn)生泄漏的原因、研究安全高效的海底管線修復(fù)技術(shù)、制定必要的海底管線修復(fù)應(yīng)急預(yù)案，力爭將泄漏造成的損失降到最低已經(jīng)成為海上石油開采面臨的重要的課題之一。

1 造成海底管線泄漏的主要原因分析

導(dǎo)致海底管線泄漏的原因是多方面的，歸納起來有以下幾種：1）管線疲勞腐蝕造成泄漏。海底管線通常的設(shè)計壽命在10年～30年左右，由于海底管線的輸送介質(zhì)都不同程度含有腐蝕性物質(zhì)，因此到了設(shè)計壽命的后期會因為腐蝕穿孔造成泄漏。特別是在油氣田開采的中后期，地質(zhì)情況和預(yù)計情況會有一定的出入，導(dǎo)致海底管線的實際運行工況（溫度、壓力、含水率、流量等）和設(shè)計工況有較大出入，從而進一步加大海管泄漏的幾率；2）突發(fā)機械外力損傷造成泄漏。很多海底管線的路由都處于航道下方，可能會因為船舶的拋錨或其他的一些海上作業(yè)，造成海底管線機械外力損傷引起泄漏；3）管線周圍泥土長期受到涌流沖刷，造成管線懸空，從而產(chǎn)生較大應(yīng)力對管線造成破壞導(dǎo)致泄漏；4）管線設(shè)計不合理、管線本身的材質(zhì)缺陷和管線施工中造成的損傷未能及時被發(fā)現(xiàn)；5）由于操作不當或安全系統(tǒng)操作失靈等因素導(dǎo)致海管憋壓泄漏；6）自然災(zāi)害如地震、海嘯等不可抗因素造成管線破壞導(dǎo)致泄漏。

2 海底管線泄漏帶來的嚴重后果

由于海底管線在海上石油開采中的重要作用和其特殊的地理位置，因此海底管線出現(xiàn)泄漏所造成的影響和后果都是非常巨大。主要體現(xiàn)在兩個方面：1）引起油氣田停產(chǎn)或減產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟損失。海底管線建造時為了確保其在設(shè)計壽命期間具有很高的可靠性，從設(shè)計到選材都采用十分嚴格的標準和規(guī)范，海底管線的材質(zhì)一般都采用API5LX52ERW以上的鋼管，這種材料以前大部分都需要依賴進口，目前國內(nèi)也只有少數(shù)企業(yè)才能夠生產(chǎn)。另外海底管線鋪設(shè)的難度和風險都遠高于陸地管線，上述因素直接導(dǎo)致了海底管線高昂的建造成本。為降低建造成本，一般海底管線設(shè)計時都沒有備用管線。所以海底管線作為海上油氣田開采的運輸通道，一旦出現(xiàn)泄漏，基本上都會造成油田停產(chǎn)或減產(chǎn)；2）造成嚴重的海洋污染和巨大的資源浪費。海底管線由于其特殊的地理位置和輸送介質(zhì)的特性，一旦出現(xiàn)泄漏不僅會引起嚴重的海洋環(huán)境污染，而且也會造成巨大的資源浪費。近年國內(nèi)外已發(fā)生多起由于海底管線泄漏導(dǎo)致的海域污染事件，并且已經(jīng)引起國際環(huán)保組織的高度重視。

3 目前常用海底管線維修方案各自特點及適用范圍

3.1 利用機械管卡進行修復(fù)

這種方案適用于管線整體狀況良好，僅在一兩個部位集中出現(xiàn)穿孔泄漏，并且泄漏點附近的管線沒有大的變形。此種方法特別適用單層管線的快速修復(fù)。對于雙層管線只要準確定位內(nèi)管泄漏位置，然后切除內(nèi)管漏點處一定長度的外管也可以應(yīng)用。這種維修方案最大的特點和優(yōu)點就是安裝簡單、效率高、成本相對較低。目前這種維修方案中用到的關(guān)鍵維修材料機械管卡，國內(nèi)完全可以自己加工生產(chǎn)，質(zhì)量也能夠滿足要求。具體維修過程如下：

1）找到管線準確的泄漏位置，如果是雙層管需要找到內(nèi)管泄漏點，并將泄漏點處的外管切除一部分，外管切除的長度要滿足下一步安裝機械管卡的長度要求；

2）對于填埋管線，要用吹泥設(shè)備在管段泄漏點四周吹出一定尺寸的安裝坑道，制造出管卡的安裝空間；

3）根據(jù)管卡的安裝尺寸要求對泄漏點附近的管線表面進行清理打磨；

4）在浮筒或施工船吊車配合下安裝機械管卡并上緊到設(shè)計扭力；

5）按照實際生產(chǎn)要求對整條管線進行試壓。

機械管卡結(jié)構(gòu)示意圖

機械管卡安裝示意圖

機械管卡安裝示意圖

3.2 利用機械連接器、球形法蘭和旋轉(zhuǎn)法蘭進行修復(fù)

這種方案適用于海底管線出現(xiàn)較長管段的損壞或變形引起泄漏的情況，尤其是當利用機械管卡沒法進行有效修復(fù)時，這種方法會體現(xiàn)出其優(yōu)越性。但是這種方案本身具有施工難度大、技術(shù)含量高、成本高的缺點。目前這種方案中使用的機械連接器、球形法蘭和旋轉(zhuǎn)法蘭主要依靠進口。具體維修過程如下：

1）根據(jù)管線的損壞程度，確定損壞管線的切割長度；

2）利用吹泥設(shè)備在計劃更換管段周圍吹出一定尺寸的作業(yè)坑道，制造下一步切割和安裝的空間；

3）利用液壓自爬式切割機切除損壞的管段，如果是雙層管，還要根據(jù)機械連接器的安裝尺寸要求，在左右切口處將外管切除一定長度；

4）利用施工船起重設(shè)備將切除管段吊開；

5）對兩邊切口的管線表面進行清理打磨；

6）在左右管線頭處安裝機械連接器；

7）將預(yù)制好的兩端裝有球形（旋轉(zhuǎn)）法蘭的管線吊裝就位；

8）進行機械連接器和球形（旋轉(zhuǎn)）法蘭的調(diào)整和連接螺栓緊固；

9）按照實際生產(chǎn)要求對整條管線進行試壓。

損壞管段修復(fù)示意圖

3.3 水上焊接和水下干式艙修復(fù)方法

除了上述兩種修復(fù)方法外，還可以先在水下把管道切斷或切除破損段,然后把兩邊管頭吊出水面,進行水上焊接修復(fù)。目前較先進的修復(fù)方案是一種稱為水下干式艙的修復(fù)方法，我國自行研制的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“十五”863計劃項目“水下干式管道維修技術(shù)”已經(jīng)在渤海進行過試用并已經(jīng)取得成功。水下干式高壓焊接維修步驟為切除破損管段，在水下安裝焊接工作艙。向工作艙內(nèi)注入與檢修海域水深相同壓力的高壓氣體，形成干式環(huán)境后，即可進行修復(fù)海管管端，安裝短節(jié)，實施水下干式焊接等作業(yè)。這種修復(fù)方法的成本高、技術(shù)含量高，但由于在干式艙內(nèi)提供的海管修復(fù)環(huán)境幾乎和陸地相當，因此更能夠保證修復(fù)的質(zhì)量。

3.4 檢修注意事項及露點查找方法

需要說明的是，無論采用哪一種方案，在進行海底油氣管線維修前都要嚴格按照規(guī)范進行置換清洗，否則可能在整個維修中造成二次環(huán)境污染。同時如何快速準確的定位漏點，是保證快速修復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在進行漏點定位時，對單層管可以采用向管線內(nèi)注氣查找漏點，這種情況相對簡單。但對雙層管漏點的定位就相對困難些，因為外管漏點和內(nèi)管的漏點位置不一定重疊，實踐證明內(nèi)管漏點和外管漏點可能相差幾十甚至上百米遠。對于雙層管漏點查找，可以通過在外管開觀察孔或切環(huán)向切口，然后向管內(nèi)注氣，通過比較觀察孔處氣體泄漏的大小和方向，逐步縮小內(nèi)管漏點范圍，直至最終鎖定內(nèi)管漏點位置。

4 建立海底管線應(yīng)急預(yù)案的具體措施

隨著海洋石油開采力度的不斷加大，海底管線的數(shù)量日益增多，并且很多在用的海底管線都已經(jīng)接近甚至超過設(shè)計壽命，因此海底管線泄漏的隱患也日益嚴重。為了有效的預(yù)防海底管線泄漏帶來的經(jīng)濟損失和環(huán)保風險，海底管線所有單位制定系統(tǒng)的海底管線應(yīng)急維修預(yù)案顯得日益迫切，具體包括如下內(nèi)容：

1）認真做好海底管線基礎(chǔ)資料的整理和管理工作。對每條海底管線建立各自的檔案，詳細記錄海底管線的相關(guān)參數(shù)如：管線起始/止點坐標、管線長度、管線路由情況、管線的填埋情況、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、設(shè)計流量、管線材質(zhì)及壁厚、管線內(nèi)外表面的防腐材料及厚度、犧牲陽極的布置等；

2）利用目前先進的PII（管線完整性檢測）技術(shù)對海底管線制定出詳細的檢測計劃，對海底管線的腐蝕狀況、填埋狀況等進行定期檢測。根據(jù)每條海底管線的檢測結(jié)果，制定出相應(yīng)的維護計劃，對發(fā)現(xiàn)的隱患及時進行整改，力爭將隱患消除在萌芽狀態(tài)。對檢測結(jié)果顯示管線的腐蝕速率異常情況，要進行深入調(diào)查，找出原因并制定整改措施，使海管的壽命得到最大限度的延長；

3）結(jié)合海底管線的尺寸參數(shù)、使用壽命和路由情況，有針對性的儲備一定型號和數(shù)量的管卡及備用管線。目前國內(nèi)生產(chǎn)制造的管卡已經(jīng)能夠完全滿足要求，并且價格也比較便宜，對比海管泄漏帶來的損失和風險，這樣的投資還是十分必要的；

4）由海管所屬單位相關(guān)職能部門牽頭，建立專門的海管管理及應(yīng)急搶修隊伍（避免兼職），配備專業(yè)人員負責海管日常的檢測維護、應(yīng)急維修材料備件的管理、維修資料記錄及新海管建造的全程跟蹤，將海管的管理落到實處。

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1674-6708（2011）57-0050-02