海底管道水下不停输解堵方案设计

杨乾 杜应军 吴华林 张宇 陈胜利(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引言

通球是了解在役海管运行状况的重要手段，但在通球过程由于种种因素，发生卡球的风险较高(图1)，即便是国外知名内检测公司如Rosen、TDW，也无法做到100%通球成功。在常规办法无法取出卡球、解除堵塞的情况下，相较于管线弃置，水下拆除、替换卡球段不失为一个经济的选择。

图1 海管卡球堵塞模拟图

1 方案设计思路

针对水下拆除、替换卡球段，大致有停输解卡和不停输解卡两个思路进行方案设计。

1.1 停输解卡

(1) 卡球定位

清管球是管道清理的主要设备，为了准确地确定管道堵塞的位置，会对清管球进行精确定位。低频电磁波对物质具有一定的穿透能力，是检测定位的一种有效手段。在管道清洗器上安装磁发生装置，可以通过磁定位仪确定清管球的位置。

对于没有安装磁发生装置的清管球，通常需要先根据行程上的管件情况分析可能的卡球位置，并向海管内发射另一个装有磁发生装置的、通过性较好的泡沫清管球，根据泡沫球停留的位置，结合分析出的可能的卡球位置，也可以准确的指出卡球的位置。

(2) 停输置换清洗

由于海管已经发生卡球，不具备采用清洗列车整体清洗的条件，通常以“清水+药剂置换”进行开路置换清洗。因此清洗难度较正常的清管要大，时间上也比正常的清管要长。

(3) 卡球段水下切割

在定位卡球位置，以此位置为中心，为方便水下操作，不妨以2倍的清管球长度或长于2倍清管球长度的预定长度为间距，使用钻石线切割机等水下切割设备进行切割，并回收卡球段至施工船，确认清管球是否在切割段内。

(4) 更换新管段

水下在已切断的海管两端安装机械连接器，测量两个机械连接器之间的长度，预制新管段并水下安装。

对于水深较浅的水域，也可以直接将海管两端捞起至工程船舷边，将新管段接到两端焊接后重新下放至海床。

(5) 清管重新投产

对解卡后的海管进行清管，满足生产要求后，重新输送油气。

1.2 不停输解卡

不停产解卡示意图如图2所示。

图2 不停产解卡示意图

(1) 卡球定位

与“2.1停输解卡/1)卡球定位”相同，不再赘述。卡球位置确定后，设定切割长度，基于切割长度，根据相关规范要求设计带压开孔、封堵、旁路位置。

(2) 带压开孔

使用水下带压开孔设备，在设定位置进行开孔，如图二所示，需要开四个孔，开孔顺序通常为上游至下游。

(3) 旁路建立

在海管旁边，利用短节绕开卡球位置连同，形成与卡球段海管的旁路。旁路有闸阀或球阀控制，打开阀门，形成通路。

(4) 卡球段海管隔离

将海管输送压力降至安全范围，通常为封堵设备的最大操作压力以下，使用水下封堵设备，对卡球段海管进行封堵隔离。封堵顺序为先上游，后下游。

针对卡球段，使用小尺寸的开孔设备设置清洗孔，通过清洗孔，释放管段内压力，进行隔离建立的测试，确认隔离有效。

(5) 卡球段清洗置换

通过清洗孔，使用“清水+药剂”对管段进行置换清洗至排出液体达标。

(6) 卡球段水下切割

在设定位置进行切割，将卡球管段回收至施工船，确认清管球在管段内。

(7) 水下更换新管段

水下在已切断的海管两端安装机械连接器，测量两个机械连接器之间的长度，预制新管段并水下安装。

(8) 正常生产

解除封堵隔离，顺序为下游至上游，关闭旁路阀门，拆除封堵设备和旁路，加盖盲板，升压至正常生产压力。

2 方案设计思路对比

两个方案设计思路对比如表1所示。

表1 方案设计思路对比

对比两个方案设计思路，不难得出如下结论：

(1) 对于有停输检修计划的管线，采用停输解卡方案可有效利用停输检修时段，降低解卡的直接费用；

(2) 对于主干线等重要管线，采用不停输解卡方案，可将解卡施工的减产影响降到最低，确保下游供气；

(3) 对于没有停输检修计划的支线管线，应综合考虑直接成本、技术难度影响，制定经济效益最优的方案。

3 方案优化建议

针对不同的情况，可以对方案进行局部的优化升级，以适应不同的施工环境，提高施工效率。

3.1 停输与不停输解卡结合

采用水下机械连接器连接施工效率低， 且机械连接器采购费用高。可以考虑在封堵时停产，用以隔离管内原油或天然气与海水。在清洗完成后，对隔离段进行切割回收。直接将海管两端捞起至工程船舷边，将新管段接到两端焊接后重新下放至海床或焊接法兰后在水下对接法兰。

该方案能够避免大量的清洗作业，同时隔离油气与海水，且停产时间较短，是停输与不停输方案的优点结合。缺点是由于涉及各步骤的衔接较多，需要进行更为细致的施工准备及演练工作，在施工中，也要及时与平台或终端通报施工进度。

3.2 旁路管线优化设计

典型的不停输带压封堵及旁路搭建需要进行四次开孔(见图2)，重复施工四次，既增加了施工风险，也导致施工周期过长。而在渤海某D12in 天然气管道解堵项目中，为了提升施工效率，通过改造机械三通及连箱等关键管件，使旁路管线与封堵共用一个节点，将开孔数量由四个减少为两个(见图3)，缩短了一半的开孔时间。

图3 旁路管线优化

3.3 国产件替代进口件

随着国内机加工水平和工业设计水平的提高，目前施工涉及的机械连接器、机械三通、小尺寸开孔机等关键管件、设备均已实现国产化，如在渤海某D12in 天然气管道解堵项目中，已经率先使用了国产机械三通、国产高压软管作为临时旁通。

关键设备的国产化，能进一步降低工程直接费用，同时缩短了供应周期，缩短了卡球对输送的影响时间。

4 结语

有效的解卡方案和施工策略，能有效降低通球的风险，降低管道所有方对通球的担忧。本文所述的两种解卡方案设计思路，能够解决常规操作下无法实现的管道解堵。