海底管道不停输带压开孔封堵技术应用

成二辉，杜应军，弓志辉，李泽军

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

1 概述

带压开孔是指在管道密闭状态下，以机械切削方式在管道上加工出圆形孔的一种作业。封堵是指从开孔处将封堵头送入管道并密封管道，从而阻止管道内介质流动的一种作业[1-4]。海底管道不停输封堵工艺，是在海底管道上带压安装机械三通并开孔，建立旁通管路，达到不停输封堵的目的，该不停输带压开孔封堵工艺示意，如图1所示。

目前，陆地钢制管道带压开孔封堵技术已经成熟并形成了国家标准，对于海底管道的带压开孔封堵技术目前尚无标准可循。

2017年在渤海海域，外径323.9 mm的海底管道不停输带压开孔封堵项目的成功实施为国内海底管道的不停产修复技术的应用奠定了基础。

图1 海底管道不停输带压开孔封堵工艺示意

2 带压开孔封堵技术应用背景

2015年，渤海某海域海底天然气管道在进行内检测时发生漏磁检测球卡球情况。卡球未导致管道停产，但是产量降低，为保证天然气产量并取出漏磁检测球，在经过正向增压以及反向泄压等措施均未实现解卡的情况下，2017年初设计了不停输带压开孔封堵的施工方案。不停输带压开孔封堵的技术方案优势在于：保证天然气产量，防止海水进入海底管道导致腐蚀，防止管道内凝析油溢出，保护海洋环境。

该海底管道相关参数见表1。

表1 管道参数

3 带压开孔封堵技术应用

3.1 陆地试验及潜水员培训

为保证海上开孔封堵作业顺利实施，进行了陆地开孔封堵设备系统功能性测试（SIT），并对潜水员进行了实操培训。陆地试验对施工过程中需要的混凝土层清理、防腐层清理、三通安装、平衡孔开孔作业、封堵孔开孔作业、封堵作业等内容进行了培训。

3.2 暴露管道及作业坑定点开挖

由于管道埋深1.5 m，首先需要使用挖沟机将管道挖沟暴露并进行作业坑的定点开挖，作业坑最小尺寸为长4 m（轴向）×宽2 m（海底管道两侧各1 m）×深0.8 m（海底管道底部悬空），以满足安装机械三通和开孔机组合体的要求。

3.3 混凝土及防腐层清理

作业坑开挖完成后，在机械三通安装位置清理管道表面涂层，包括混凝土配重层、3PE层，直至露出光管为止。本次清理使用高压水射流装备，如图2所示。

根据机械三通的长度确定混凝土层和防腐层清理长度，要求如图3所示。

图3 涂层清理尺寸要求

3.4 开孔机甲板组装及水下安装

为减少潜水员工作量，在甲板完成开孔机、闸板阀以及机械三通组装，完成密封性试验后整体下水进行安装，开孔机组合及安装见图4，安装就位后进行螺栓的液压拉伸，拉伸分为轴向螺栓拉伸以及环向螺栓拉伸。

图4 开孔机组装及下水安装

3.5 开孔作业

机械三通螺栓加力完成后进行密封试验，密封试验完成后进行开孔作业。开孔作业由潜水员水下监测完成，图5为潜水员水下进行开孔作业。开孔完成后关闭闸板阀，拆除开孔机，取出马鞍片。

图5 水下开孔作业

3.6 封堵作业

开孔机拆除后安装封堵机，建立临时旁通，本次临时旁通采用外径168.3 mm、耐压等级10 MPa的高压软管，旁通连接方式如图1所示，旁通建立后进行封堵作业，封堵机如图6所示。

图6 封堵机

3.7 管道切割取智能球

管道封堵完成，旁通开始输气，利用冷切割设备钻石线切割机（见图7），进行管道水下切割，取出漏磁检测球。

图7 钻石线切割机

3.8 新管段回接

漏磁检测球取出后，预制和切割长度相同的管段，水下安装管段。新管段回接如图8所示。

图8 新管段回接

3.9 恢复工作

新管段回接完成后解除封堵，拆除旁通管道，拆除封堵机。利用沙袋对作业坑进行回填，管道恢复生产，人员设备复原，施工作业结束。

4 关键技术

4.1 国产机械三通的使用

目前水下带压开孔封堵作业所用机械三通基本上从国外购置。本项目在充分调研和分析的基础上，试将国产机械三通（见图9）应用于本项目。机械三通国产化购置缩短采购周期约5个月，为机械三通的国产化奠定了基础。

4.2 开孔机组合体的竖直吊装

开孔机组合体安装工艺为水平吊装（见图10）及水平安装，组合体水平安装至管道后调整至竖直状态。本次安装采用直接竖直吊装（见图11），一次就位完成，大大提高了施工效率。

图9 国产机械三通

图10 水平吊装

图11 竖直吊装

4.3 首次使用国产软管作临时旁通

本项目首次使用国产软管（如图12所示）替代钢制管道，作为水下带压开孔封堵作业的临时旁路。大幅减少了水下旁路安装的工作量，提高了旁路管道安装效率。

图12 国产高压软管的应用

5 结束语

海底管道内检测一旦发生卡球情况，严重的会导致整条管道废弃。海底管道不停输带压开孔封堵技术，是解决海底管道内检测发生卡球后使用常规手段无法解决而使用的终极解卡手段。此次不停输带压开孔封堵技术解决了管道卡球的问题，是国内首次使用自有开孔封堵设备、国产机械三通、国产高压软管代替钢制管道旁通输气，在高压力运行情况下进行全线不停输带压开孔封堵作业。本项技术在项目中的成功应用，标志着国内海底管道不停输带压开孔技术得到了成功应用，填补了国内该领域的空白，具有较好的推广价值。

[1]GBT28055-2011，钢制管道带压封堵技术规范[S].

[2]潘东民，马洪新，梁光辉，等.海底油气管道水下修复技术开发及工程应用[J].天津科技，2009（2）：17-20.

[3]江涛，朱圣平，李方圆.天然气管道不停输带压封堵技术应用实践[J].石油工程建设，2013，39（6）：48-49.

[4]张潇.不停输带压封堵技术 [J].石油工程建设，2010，27（3）：24-25.