賈璐瑾* 于春濤 趙百龍

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

海底管道是海洋石油開發(fā)工程的重要組成部分，隨著服役時間增加，可能會出現(xiàn)各種缺陷，需要及時進(jìn)行修復(fù)，而壓力試驗是海底管道修復(fù)后的最后驗收步驟，能夠直接確定海底管道修復(fù)后是否符合運(yùn)行要求，也是投產(chǎn)使用的必要環(huán)節(jié)。選取合適的修復(fù)后海底管道壓力試驗方法，保證修復(fù)后海底管道安全性，并最大限度地考慮經(jīng)濟(jì)性，受到了廣泛關(guān)注。

1 海底管道系統(tǒng)規(guī)范要求

1.1 海底管道系統(tǒng)修復(fù)要求

目前國內(nèi)海底管道系統(tǒng)修復(fù)大多遵循石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 10037—2018《海底管道系統(tǒng)規(guī)范》。根據(jù)該規(guī)范，海底管道系統(tǒng)修復(fù)的根本要求為修理和改造不能削弱其安全程度，使其低于規(guī)定水平。

該規(guī)范要求當(dāng)海底管道系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)缺陷時，應(yīng)立即對缺陷進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。根據(jù)調(diào)查結(jié)果全面評估缺陷對海底管道運(yùn)行的可靠性和安全性的影響，并推算缺陷的發(fā)展趨勢。若評估證明海底管道系統(tǒng)的安全等級沒有降低，可以暫不處理缺陷。若評估證明缺陷造成海底管道系統(tǒng)安全等級降低，一種處置方法是在海底管道設(shè)計允許的情況下海底管道降低的工作條件；另一種處置方法是針對不同的缺陷形式，采用對應(yīng)的修復(fù)方法，恢復(fù)海底管道系統(tǒng)的安全等級，使其不低于原設(shè)計水平。

1.2 海底管道系統(tǒng)壓力試驗要求

SY/T 10037—2018《海底管道系統(tǒng)》規(guī)定，新鋪設(shè)海底管道系統(tǒng)壓力試驗的試驗范圍是從清管球發(fā)射器到清管球接收器之間的管道，通常在管道全部鋪設(shè)結(jié)束和管道后保護(hù)工作完成后進(jìn)行。海底管道系統(tǒng)壓力試驗又可以分為強(qiáng)度試驗和泄漏試驗兩部分。其中強(qiáng)度試驗的試驗壓力為設(shè)計壓力的1.25倍，穩(wěn)壓后壓力維持時間不低于2 h，維持期內(nèi)壓降小于每小時1%，試驗結(jié)果可以接受。泄漏試驗的試驗壓力為設(shè)計壓力的1.1倍，穩(wěn)壓維持時間通常為24 h，試驗期間壓力在試驗壓力的±0.2%范圍內(nèi)變化，或者在排除溫度和其他因素造成的壓力變化后，在試驗壓力的±0.4%范圍內(nèi)變化。試驗介質(zhì)通常采用潔凈水，若使用海水則應(yīng)去除海水中的有害物質(zhì)。

對于缺陷修復(fù)后海底管道的壓力試驗，規(guī)范中僅對海底管道再認(rèn)證做出了較為籠統(tǒng)的原則性要求，并未給出具體海底管道缺陷修復(fù)后壓力試驗的執(zhí)行方法和標(biāo)準(zhǔn)。

2 海底管道缺陷修復(fù)方法

一般情況下，根據(jù)不同的缺陷形式，海底管道缺陷修復(fù)方式可以分為局部修復(fù)和整體修復(fù)兩大類，詳見表1。

表1 海底管道修復(fù)方法列表

2.1 海底管道局部修復(fù)

海底管道缺陷局部修復(fù)方式適用于海底管道系統(tǒng)僅局部位置存在缺陷或損傷，其他部位狀態(tài)良好的情況，根據(jù)采用的材料和適用情況不同，又可以分為機(jī)械封堵管卡修復(fù)，和局部切除更換修復(fù)。

海底管道僅在局部位置存在壁厚減薄、凹陷和穿孔時，可以采用在缺陷處安裝機(jī)械封堵管卡的方式進(jìn)行修復(fù)。機(jī)械封堵管卡通過緊固尾部螺栓擠壓內(nèi)部密封裝置，使其與海底管道之間形成有效的密封腔體，安裝時將缺陷部位置于密封腔體內(nèi)，保證即使海底管道出現(xiàn)泄漏依然能夠保證有效密封，詳見圖1。機(jī)械封堵管卡上設(shè)有試壓孔，可以通過試壓孔對密封腔體進(jìn)行壓力試驗，驗證安裝后的密封情況。

圖1 機(jī)械封堵管卡

當(dāng)海底管道系統(tǒng)在局部區(qū)域受外力或其他因素作用，造成較大彎折、裂縫或折斷，無法采用機(jī)械管卡封堵修復(fù)的方法修復(fù)時，可采取局部切除更換的方式進(jìn)行修復(fù)。先將局部受損的管段水下切除回收，根據(jù)水深情況，可以將管頭起吊出水面，在切割后的管頭焊接法蘭，無損檢驗合格后下放至海底，也可以直接在水下安裝機(jī)械連接器，更換的管段通過端面法蘭與原海底管道連接，法蘭之間采用自試壓墊片作為密封件，使海底管段重新導(dǎo)通。

機(jī)械連接器是一種機(jī)械式水下連接件，可以避免焊接安裝在海底管道上，其頭部為一片標(biāo)準(zhǔn)法蘭，可以與更換管段的端面法蘭連接，本體套在海底管道外壁，通過緊固機(jī)械連接器尾部的鎖緊螺栓，向前推動鎖緊機(jī)構(gòu)和密封機(jī)構(gòu)，鎖緊機(jī)構(gòu)會使機(jī)械連接器牢固的固定在海底管道上，密封機(jī)構(gòu)受到擠壓與海底管道之間形成密封，保證管道的密性能，具體如圖2所示。機(jī)械連接器同樣設(shè)有試壓孔，可以驗證安裝的密封有效性。

圖2 機(jī)械連接器

自試壓墊片具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便和節(jié)省試壓時間等優(yōu)點(diǎn)，近幾年在海底管道修復(fù)工程中被廣泛應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)包括墊片本體和設(shè)置在墊片本體上的試壓組件，墊片本體上設(shè)置至少一個貫穿的試壓孔，試壓管設(shè)置在墊片本體外緣上，一端與試壓孔連通，另一端與試壓管快速接頭連接。自試壓墊片除了具有密封功能外，還能檢測法蘭密封面的密封性能，如圖3所示。

圖3 自試壓墊片

2.2 海底管道整體更換修復(fù)

海底管道整體更換修復(fù)就是回收整條缺陷海底管道，重新鋪設(shè)新的海底管道。該方式適用于海底管道整體缺陷較多，并且分布廣泛，無法采用采取局部修復(fù)，或者局部修復(fù)經(jīng)濟(jì)性較差的情況。

3 海底管道系統(tǒng)缺陷修復(fù)案例及對應(yīng)壓力試驗方法

不同的海底管道缺陷修復(fù)案例，采取的壓力試驗各不相同，通過以下3個典型案例進(jìn)行說明。

3.1 機(jī)械封堵管卡修復(fù)案例

渤海某DN 350 mm海底管道，在內(nèi)檢測時發(fā)現(xiàn)存在一處超過60%內(nèi)腐蝕缺陷點(diǎn)。修復(fù)方案為通過缺陷點(diǎn)的內(nèi)檢測里程數(shù)值來確定缺陷點(diǎn)所在海底管段的位置，將缺陷點(diǎn)所在海底管段開挖暴露，清除缺陷點(diǎn)所在海底管段位置的配重層、防腐層，水下測量壁厚，確認(rèn)缺陷點(diǎn)精確位置，安裝機(jī)械封堵管卡在海底管段指定位置上，使缺陷點(diǎn)位于有效密封腔體內(nèi)，所有螺栓緊固到位，機(jī)械封堵管卡完成安裝，壓力試驗合格后，對裸露海底管段進(jìn)行水下防腐處理，完成修復(fù)。

該管道的該壓力試驗方法為：通過試壓孔對機(jī)械封堵管卡進(jìn)行水壓試驗，驗證機(jī)械封堵管卡的密封有效性，試驗壓力值為海底管道最大運(yùn)行壓力的1.1倍，穩(wěn)壓時間為30 min，1 min記錄1次，壓降小于5%為合格。

3.2 機(jī)械連接器修復(fù)修復(fù)

東海某海底管道受外力作用折斷，修復(fù)方案為在沉降區(qū)兩端安全區(qū)域?qū)⒑５坠芏吻袛?，在切割后的原海底管段管頭安裝機(jī)械連接器，使用新預(yù)制的更換管段替代原受損管段，更換管段通過法蘭與原管道連接，修復(fù)后的管道進(jìn)行局部壓力試驗，合格后對海底管段進(jìn)行后保護(hù)，完成海底管段修復(fù)，如圖4所示。

圖4 機(jī)械連接器修復(fù)方法

該管道壓力試驗分為3個部分進(jìn)行，驗證修復(fù)后海底管道的嚴(yán)密性。

（1） 機(jī)械連接器安裝后的壓力試驗

通過試壓孔向機(jī)械連接器內(nèi)注水提高壓力，試驗壓力為海底管道最大運(yùn)行壓力的1.1倍，穩(wěn)壓時間為30 min，每1 min記錄1次，壓降小于5%為合格。

（2） 更換管段的壓力試驗

更換管段試壓前，需要按照檢驗程序，對所有焊縫進(jìn)行100%無損檢驗，證明焊縫的焊接質(zhì)量滿足要求，相關(guān)檢測結(jié)果須經(jīng)第三方認(rèn)證認(rèn)證。無損檢驗合格后方可進(jìn)行壓力試驗，試壓壓力為海底管段設(shè)計壓力的1.25倍，穩(wěn)壓時間為2 h，驗收標(biāo)準(zhǔn)與新鋪管段壓力試驗驗收標(biāo)準(zhǔn)一致，壓力試驗期間還需要進(jìn)行100%目測檢查。

（3） 法蘭自試壓

法蘭的壓力試驗是通過自試壓墊片測試法蘭安裝后的密封性。試壓壓力為海底管段設(shè)計壓力的1.1倍，穩(wěn)壓時間為30 min，每1 min記錄一次，壓降小于5%為合格。

3.3 海底管段整體更換修復(fù)

渤海海底管道在內(nèi)檢測時發(fā)現(xiàn)超過200處內(nèi)腐蝕缺陷點(diǎn)，缺陷點(diǎn)分散分布在整條海底管道上，其中超過50%的腐蝕缺陷多達(dá)16處。對比前后兩次內(nèi)檢測數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，腐蝕還在進(jìn)一步發(fā)展，考慮到腐蝕繼續(xù)加劇，決定對海底管道進(jìn)行整體更換。首先對海底管道進(jìn)行清洗，拆除海底管段兩端的立管和膨脹彎，通過鋪管船的作業(yè)線，按照鋪設(shè)的逆過程回收缺陷管道，回收完成后，沿原路由重新鋪設(shè)新海底管道，鋪設(shè)完成后，進(jìn)行挖溝和壓塊擺放等后保護(hù)，后保護(hù)完成后進(jìn)行壓力試驗，壓力試驗合格管道投產(chǎn)。其壓力試驗按照新鋪管道的壓力試驗方法和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

4 海底管道修復(fù)后壓力試驗方法總結(jié)

局部修復(fù)后海底管道壓力試驗可采用局部試壓的方法，即只對修復(fù)處或修復(fù)段進(jìn)行壓力試驗。實(shí)際上，局部試壓只對可能會產(chǎn)生泄漏的部位進(jìn)行壓力試驗，通過排除所有更換密封位置泄漏可能的方式，驗證修復(fù)后海底管道的嚴(yán)密性。局部試壓的試驗壓力多采用最大運(yùn)行壓力的1.1倍，但在實(shí)際工程中不僅要考慮海底管道是否存在其他薄弱位置等不確定因素，還需要綜合考慮海底管道后期是否有增壓擴(kuò)容計劃，具體的試壓壓力值可由海管運(yùn)營方和工程施工方共同協(xié)商確定。

采用機(jī)械封堵管卡修復(fù)的管道只需要對機(jī)械管卡封堵修復(fù)段進(jìn)行壓力試驗。

局部切除更換修復(fù)方法的管道首先應(yīng)在水上對所有連接焊縫進(jìn)行100%無損檢驗，再對更換管道進(jìn)行壓力試驗，驗證更換管道的密封性，水下對安裝后的機(jī)械連接器進(jìn)行壓力試驗，驗證其安裝后密封有效，最后通過自試壓墊片對連接法蘭進(jìn)行壓力試驗，驗證法蘭間的密封有效，由此便可保證整個局部更換段嚴(yán)密性，不存在泄漏。

值得注意的是，局部試壓除更換管段壓力試驗外，其余的密封元件的密封腔體普遍較小，受外界影響大，試壓管在海水中的擺動便可以引起較大的壓力波動，所以在合格標(biāo)準(zhǔn)上一般認(rèn)為不存在明顯壓降即為合格，多取壓降小于5%為合格，實(shí)際操作中多通過比較不同時間段內(nèi)的壓力平均值確認(rèn)是否有明顯壓降，也可通過圓圖記錄的方式，擬合出壓力曲線觀察壓降情況。

整體更換修復(fù)的海底管道，其壓力試驗應(yīng)與新鋪設(shè)管道壓力試驗方法和標(biāo)準(zhǔn)一致。

修復(fù)后海底管道的壓力試驗，介質(zhì)通常采用潔凈的水，其要求參照規(guī)范要求。

5 結(jié)語

綜上所述，對于缺陷修復(fù)后的海底管道的壓力試驗，需要認(rèn)識其最根本目的是驗證修復(fù)后管道的嚴(yán)密性，保證海底管道運(yùn)行安全。不僅要考慮修復(fù)管道的實(shí)際情況，還要結(jié)合管道后期運(yùn)行的要求，針對不同的修復(fù)方法采取合理的試驗方法和驗收標(biāo)準(zhǔn)，不僅可以保證海底管道修復(fù)后的質(zhì)量安全能夠得到充分驗證，還可以有效降低海底管道修復(fù)的費(fèi)用，提高海底管道修復(fù)工程的的經(jīng)濟(jì)性。