柔性软管在沉降区海底管道治理中的应用

赵百龙 夏新(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引言

随着柔性软管设计和制造技术的快速发展，柔性软管被广泛应用于国内外各海域的海洋工程中，与钢制管道相比，柔性软管具有对海底地形适应性好、防腐性能好、易铺设和可回收等特点[1]。通过采用柔性管道更换钢制管道的方式，对沉降区海底管道进行综合治理，利用柔性管道优良的弯曲柔性、抗疲劳性能以及对沉降后的海底地形的强适应能力，来应对地质沉降的特殊海底地质环境，可以消除地质沉降对海底管道造成损坏的风险。在东海某海底输气管道浅层气构造引起的沉降治理中得到应用，经过工程实践取得了良好效果。

1 柔性软管结构

柔性软管是一种由金属和高分子材料制成的复合管道，具有强度高、耐高压、耐腐蚀、柔性好、绝热性好、使用寿命长等优点。

柔性管道结构如图1所示，从内到外分别是骨架层、内压密封层、抗压铠装层、耐磨层、抗拉铠装层、中间包覆层及外保护层。

图1 柔性软管结构图

根据制作工艺的不同，柔性软管可以分为非粘结性柔性管和粘结性柔性管。粘结性柔性管由不同的功能层组成，制作过程中需要硫化，层与层之间粘结牢固，不会产生相对位移，制造长度受到限制，常用于长度较短的工程，例如跨接管、漂浮管[2]。非粘结性柔性管由几个独立功能层组成，层与层之间没有固定的连接，允许层相对位移，能更好的满足海底应用的特殊要求，因此广泛应用于海底油气管道，是目前海底油气管道的主流形式。

2 柔性软管应用实例

东海某油田海底油气管道途径沉降区(图2)，该区域为浅层气发育区，平均水深30m，区域内海床面以下2m 左右基本看不到明显地层，基本看不到清晰的海底油气管道影像，海底油气管道穿越沉降区的长度约80m。

图2 沉降区示意图

尽管该段海底管道埋深较大，但是由于浅层气不定期喷发，尤其在同时受到台风、强流、风暴潮等各种极端天气因素影响时，海床扰动引起浅层气大量喷发，使海床产生地层凹陷，造成海底管道出现悬空，极有可能出现管道疲劳损伤。外加海底管道承受管道内部压力和水压循环载荷等，会进一步导致管道疲劳损伤发生扩展，产生裂纹甚至发生管道断裂。

由于海底管道原路由沉降区对海底管道造成损伤的风险较高，对该段海底管道进行综合治理，以降低地质沉降因素对海底管道的影响。

柔性软管具有优良的伸缩性和抗疲劳性能，即便是在台风、强流、风暴潮等各种极端工况下即使出现裸露悬空，也不会发生疲劳破坏，对沉降后的海底地形有较强的适应能力，施工简单，施工时间较短，施工费用较低，使用寿命可以满足至少20年寿命要求。

根据风险评估结果，采用柔性软管更换原穿越沉降区的钢制管道，对海底管道进行综合治理。柔性软管采用3段连续弧形铺设，铺设半径分别为40m 和50m，软管与原钢制管道连接点距离沉陷区边缘80m，软管总长257m，考虑10%的铺设精度和沉降裕量，柔性软管实际长度最终确定为300m。

3 柔性软管在沉降区海底管道治理中应用实施步骤

3.1 作业坑开挖

施工船舶根据提前设计的抛锚点位，在定位设备的引导下，由拖轮完成抛锚就位作业。抛锚就位完成后，在船舶甲板连接调试水下挖沟机，利用挖沟机对两个选择的连接点进行作业坑开挖，最终作业坑尺寸长约10m，宽约4m，管线悬空约1m 的作业坑，以方便切割设备及水泥涂层清理设备的安装及运转。

3.2 连接点水下带压开孔封堵

管线挖沟暴露作业结束后，在原钢制管道两个选择的连接点外侧，使用高压水设备清理水泥涂层和防腐层，直至露出金属管道，测量安装位置管道的椭圆度和直度，满足安装带压开孔设备和机械连接器的要求。

在原钢制管道清理完涂层的位置安装机械三通、三明治阀和开孔/封堵卡具，进行带压开孔封堵作业。封堵状态持续维持，直至柔性软管铺设连接完成，清管试压合格。由于水下维持封堵时间较长，需要对安装完成的机械三通底部悬空进行沙袋回填固定，保证设备的稳定性。

3.3 原管道切割回收

封堵状态确认后，使用金刚石绳锯机对选好的接入点进行水下冷切割。切割完成后，再对废弃的海底管道每20m 切割回收。

3.4 柔性软管铺设连接

在一侧连接点附近下放重力锚至海底，将柔性软管一端与重力锚连接，牵拉软管入水，进行起始铺设。起始铺设完毕后，施工船舶按照设计路由前行，同时下放柔性软管，通过定位设备控制船舶行进，确保铺设路由始终处于设计路由上。到达另一侧连接点后，在柔性软管末端软管法兰绑浮球，通过吊机和卷扬机牵拉下放入水。

在选择的连接点原钢制管道上安装机械连接器，将柔性软管两侧末端法兰与机械连接器法兰进行连接。机械连接器是一种机械密封式水下连接件，一端采用机械式的压紧密封与管线连接，另一端的法兰面与工业标准法兰或其他设备连接，既避免钢制管道与法兰的焊接，又能够满足管线的设计及试验载荷。

3.5 试压干燥后保护

柔性软管与原钢制管道连接完成后，从施工船舶甲板上释放试压软管，与一侧封堵设备上的试压阀门相连，通过封堵设备与新铺设的软管联通，另一侧封堵设备连接口阀门关闭。加压至试压压力，保持压力6h，观察新铺设的柔性软管压力有无异常。

试压完成后，通过试压软管向新铺设的柔性软管内注入氮气，将柔性软管中的水排出，防止海管投产后生成水合物。

试压干燥完成后，取出封堵器，解除封堵状态。对机械三通两侧及机械连接器尾端的裸露钢制管段进行防腐处理和冲埋保护，冲埋完毕后对铺设软管进行路由及埋设情况后调查确认。

4 结语

在沉降区海底管道治理作业中，采用柔性软管更换原钢制管道的方式，柔性软管以其优良的抗疲劳性能，对土体沉降后的地形有较强的适应能力，并且施工工艺简单，施工时间短，费用较低，具有很好的推广价值。