大管径长距离深水海底管道预调试新技术

戚晓宁，张玉勇，石 磊，陈晓彦

1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451

2.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518067

海底管道在铺设完毕后，为验证海底管道系统施工质量是否合格，需要经过一系列的调试及测试，以确保海底管道符合设计要求和标准规范要求，调试合格后才能正式投入使用。在以往浅水海底管道预调试时，一般采用水面支持船舶或者海底管道回接平台作为依托。首先，连接海底管道与支持船舶或海上平台；而后，从水面进行收发球、注入海水以及化学药剂。本文介绍了一种使用水下收发球筒和水下模块进行深水大管径长距离海底管道预调试的新技术，可以显著提高预调试的效率，降低预调试过程中的能耗和用水，保障海底管道调试过程的安全性，对今后深水项目海底管道的预调试有一定的借鉴意义[1-4]。

1 水下模块的应用

海底管道预调试的内容包括预充水、清管测径、水压测试和系统压力测试。由于本条海底管道位于我国南海某深水气田，其两端都位于水下，且其中的一端位于约1 400 m的深水区，为降低能耗、用水和调试风险，此次调试选用水下模块。其主要设备有可移动冲洗和水压测试模块（remote flooding&hydro-testing module，简称 RFHM）、化学药剂扩展模块（chemical expansion module，简称CEM）、水下测试模块（subsea test module，简称STM） 和连接导管（down line）。

预充水过程中使用的设备是RFHM和CEM，其连接方式见图1。RFHM主要功能是充水和压力测试，CEM作为化学药剂扩充罐模块配套使用；RFHM的特点在于自带显示屏与控制面板，能够实时监测各项数据，还可以通过控制面板上的阀门调节CEM中的化学药剂流量，使注入的化学药剂浓度达到要求。本次预充水的化学药剂质量分数为350×10-6，能够对海底管道起到6个月的保护作用。除此之外，RFHM内置数据记录仪，回收RFHM之后可提取数据进行记录分析。这些高效节能设备的应用，极大地减少了施工作业船舶的支持时间，有效节约了预调试过程中的能耗。

图1 RFHM和CEM连接示意

2 深水海底管道预充水流程

本项目D 22 in（1 in=25.4 mm）深水海底管道铺设完毕后内部为空气，压力为大气压，需要进行预充水，海底管道的两端都在水下，靠近平台的一侧海底管道终端水深为191 m，另一侧海底管道终端水深为1 388 m。预充水的原理是利用静水压头对海底管道进行注水，如图2所示，作业方向为从深水侧海底管道终端的冲洗帽注入海水，流向平台侧水下隔离阀。

图2 预充水流程

首先，在水下隔离阀端安装清管球接收器，用于接收预充水清管球以及接下来的清管测径时使用的清管球，随后在清管球接收器上安装单向截止阀，防止海水倒流。将清管球接收器上所有阀门置于打开状态，然后通过平台控制系统将水下隔离阀置于打开状态，导通整条海底管道，使海底管道内的空气经清管球接收器上的单向截止阀排出。在铺设海底管道时，将预充水的两个清管球放入深水侧海底管道终端内，按照清管球运动方向，前后分别为1号球（铰接式双向清管球）和2号球（泡沫球）。先将RFHM和CEM下放至深水侧，利用软管将CEM与RFHM连接，再将RFHM的管臂与深水侧海底管道终端相连，启动RFHM和CEM，通过海底环境压力和管内的压力差向海底管道注入过滤后海水和化学药剂，同时进行初步清管。

清管球在管内的速度由预充水的速度控制，节流孔板直径为31 mm，充水开始时限制流量为295 m3/h。当海底管道内清管球两侧达到压力平衡时，注水自动停止，1号球和2号球此时在海底管道内已行走约96%的海底管道长度，到达水下隔离阀附近，此充水流程有效减少了预调试过程中的用水量和充水时间，也起到了很好的节能效果。

3 管道充水、清管和智能测径流程

3.1 新型清管列车的使用

在本项目D22in海底管道充水、清管和智能测径的过程中，需要由6个清管球组成的清管球列车来进行作业。作业方向为从海底管道终端至平台侧水下隔离阀。在水下隔离阀处安装的清管球接收器用于接收从深水侧的海底管道终端发出的清管球列车（共6个清管球）。清管球列车已经按照顺序置入清管球发射器中，按照清管球运动的方向，从前至后分别为3号球、4号球、5号球、6号球、7号球和8号球（3号球至6号球均为双向清管球且带不锈钢刷和磁铁，7号球、8号球均为智能清管球），见图3。

3.2 充水、清管和智能测径工艺流程

由于在此前的预充水作业完成时1号球和2号球仍未到达清管球接收器，因而要先用D 3 in连接导管连接调试船和深水侧临时清管球发射器，然后向海底管道中注入已添加化学药剂的过滤海水，通过注入海水的体积以及压力曲线特征（压力骤升尖峰）确定1号球和2号球已经进入清管球接收器中。

图3 清管球发射器布置示意

本次清管作业中使用的D 3 in连接导管，能提供132.6 m3/h的流量，使清管球列车在清管过程中的行进速度保持在0.18 m/s左右，以达到理想的清管效果。清管列车运行示意见图4。

图4 清管列车运行示意

清管球发射是通过向各个清管球之间注入介质实现的，充水、清管和智能测试所采用的介质共有两类，分别是碎屑拾取凝胶和过滤并添加化学药剂的海水。为了保证清管效果，在发射3号球之前先向海底管道中注入8 m3碎屑拾取凝胶，随后通过在3号球之后注入20 m3碎屑拾取凝胶驱动3号球。同样，在4号球之后注入20 m3碎屑拾取凝胶，在5号球之后注入205 m3处理海水，在6号球之后注入205 m3处理海水，在7号球之后注入410 m3处理海水，在8号球之后注入带荧光剂的处理海水，见表1。

通过压力流量监控可以确定3号球至8号球是否到达清管球接收器。8号球之后注入的处理海水化学药剂质量分数为500×10-6，能对海底管道起到24个月的保护作用，加入荧光剂是为了检测下一步海底管道水压测试的泄漏情况。当6个清管球到位后，回收连接导管和清管球发射器，安装已关闭阀门的管端冲洗帽，并在浅水管端回收带有8个球的清管球接收器，充水、清管和测径工作结束。

表1 清管列车布置

4 深水海底管道水压测试流程

本项目D 22 in海底管道水压测试使用的设备是D 2 in连续油管以及水下测试模块（STM），在水下隔离阀处对海底管道进行加压。首先下放STM并通过软管连接至水下隔离阀，再下放D 2 in连续油管连接至STM（见图5），水压测试使用的介质为加入荧光剂的处理海水。通过D 2 in连续油管将调试船上的介质注入海底管道，将海底管道内部加压至1.02倍的实验压力，停止增压，记录保压起始时间，保压时长为24 h。到达保压时间后，通过STM显示屏监测海底管道管内压力，压力变化范围在0.2%实验压力之内即满足要求，开始泄压，泄压完毕后水压测试结束。

图5 水压测试连接示意

本项目D 22 in海底管道水压测试所用到的STM是专门用于水下测试的模块，其优点是在保压过程中，船只可以断开连续油管和STM的连接，回收连续油管后调试船可前往别处进行其他工作；保压结束后，海底管道可通过STM自带泄压阀进行泄压，泄压完毕后再断开STM与海底管道之间的连接。这样不仅增加了船只的机动性，也节省了作业时间和作业过程中的能耗，使得调试过程更加灵活。

5 结束语

本项目海底管道的预调试工作大部分采用水下专用调试模块进行，水上调试船只作为临时支持使用，既降低了作业船舶和对海况的要求，同时又节省了船舶工时和作业能耗，具有明显的优势。本项目依照降低能耗、安全运行的原则，从更换高效节能设备、优化工艺、采用先进流程等方面出发，针对深水大管径长距离海底管道预调试情况，研制并顺利实施了一套新的施工技术，显著提高了工作效率，可为今后深水海底管道预调试工作提供经验和参考。