郑秋明
[摘 要]海底管道一般设计寿命在15-20年左右，到了服役的后期阶段，极易出现安全事故，需运用管道维修技术加以维护。清管作为一项风险较高作业，一旦清管器卡在管道某个位置且不能及时定位，则可能影响整个海上油田的生产。因此，清管器的跟踪定位是清管作业中一项极为重要的内容，文章通过南海某油田的新建管线清管跟踪定位设备实际应用，阐述了油田投产前对海底管线的清管作业应用清管跟踪定位设备基本操作方法，为以后修复工程项目提供有益的参考。
[关键词]水下清管；跟踪定位；海底管道
中图分类号：S124 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0152-01
1 导言
管道在海底经过长期的服役，管道材料将会发生老化、管壁出现腐蚀点甚至出现腐蚀穿孔，加之外界环境突变所造成的管道屈曲变形等众多原因，导致管道的维修与抢修工作日益繁重，研究可靠的水下管道维修技术和定位装备成为迫切需要。
2 清管跟踪定位设备简介
2.1 清管跟踪定位设备组成
水下清管跟踪定位设备，主要是由高精度的耐磨的304不锈钢发射机与信号接收机及多种清管器的组合体。发射机由发射机本体（含线圈）、可拆卸不锈钢法兰、密封圈、电池等组成。可以安装任何类型的管道清管器内部或者外部拖拽使用，可涵盖直径为2”-60”管线。发射机内部采用电池供电，内部安装线圈。发射机的线圈发射低频电磁信号。信号接收机由接收机本体、接收信号天线、高亮度LED信号灯、灵敏度调节按钮、潜水员把手（或ROV把手）、电池等组成。信号接收机可以由潜水员携带操作，接收机采用一连串高亮度LED信号灯（接收机面板一般有16个信号灯）来表示显示接收发射机发射的信号的强度。当信号接收机离发射机的范围越近，亮起来的信号灯越多。
清管器一般作为携带发射机的载体，需要跟发射机型号配套使用。清管器的长度一般设计为1.5-2.5倍于海管直径，需要结合海管的材质、弯头的弯曲半径等因素确定。通常和橡胶清管器、皮碗清管器、直板清管器等材质的清管器配合使用。
2.2 清管跟踪定位系统原理
发射机内的线圈通过在管道产生磁场，穿透管壁并在管道周围形成一个新磁场，线圈中心处的磁场强度最大。该磁场与信号接收机的接收天线之间产生感应电压。当信号接收机平行管线逐渐靠近该磁场，磁场强度随之逐渐增强，而磁场与天线之间的感应电压也在逐渐增强。感应电压越大，接收机面板指示灯亮起来的数量越多，在线圈中心上方基本全部亮灯。在从而确定发射机所处的位置。当发射机的位置基本确定之后，在指示灯亮起的数量最多地方，将接收机直立起来。当接收机的天线与发射机线圈中心垂直时，接收机的面板上的指示灯全部灭了，这也就保证了定位的准确性，误差基本在±1mm之内。
3 海底管道损伤原因
3.1 设计和路由选择不合理
由于设计和路由选择不合理，管线在施工中受到损伤而难以被察觉，在后期运行中才暴露出来。
3.2 管道作业带来的刮碰
当海底管道位于海上作业时，在船舶运行航道、拖网捕捞区域的工程施工区域范围内给海底管道带来刮碰伤。
3.3 长期受到海流冲刷
作业管理长期受海流冲刷，使管线露出海床，形成悬跨段，管线安全受到威胁。
3.4 管道受腐蚀严重
海底管道输送的介质具有腐蚀性，从内部给管道带来腐蚀，而且海洋的环境日益受到污染，其中不乏有腐蚀性物质，在内外腐蚀的合力攻击下，管道的受腐蚀性更加严重。
3.5 介质流动带来的振动
由于介质流动带来轻微振动，使管道周围土体发生松动，长时间的松动加上海流的冲刷，管道发生悬跨和浮出海沟问题。
4 海底管道水下维修技术
海底管道水下维修技术用于对海底破损管道进行更换维修以及开分支等作业，根据作业设备和工作环境的不同大致分为水下焊接维修和水下不停输封堵维修。
水下焊接维修分为湿式焊接和干式焊接，湿式焊接无需采用干式舱，但水和电弧之间没有其他保护措施，焊接质量差。干式焊接是在水下安装焊接工作舱作业，作业时通过在管道两端焊接法连，使管道连接为一体，焊接质量高，但操作复杂，而且受限于水深环境。水下不停输封堵维修也叫机械式三通维修法，利用机械式三通、开孔机和闸板阀等设备在海底管道维修作业。相对于水下焊接维修更加适合深水环境作业；容易实现自动化；无需焊接操作，能够在不停输的情况下作业，降低油气停输和降压输送产生的经济损失，因此在水下管道维修作业中已经得到飞速发展。
5 水下清管跟踪定位设备在海底管道修复上的应用
5.1 钢套袖修复
5.1.1 焊接式钢套袖
使用与原管道型号相同的两个半圆形钢套，套在破损管道的表面，将半圆形钢套焊接在破损管道上，然后在钢套袖和管道间的缝隙上填充密封材料。焊接式钢套袖的维修方法适合在小面积的浅水管道中使用。
5.1.2 机械式钢套袖
采用螺栓紧固的方法，将两个半圆形钢套袖固定在受损管道上，间隙内也要填塞密封材料。采用这种修复方法的优势在于不影响管道的正常输水，不需要切断管道，但水下焊接的质量难以得到保证。
5.2 施工方案
项目施工时，动员1艘主作业船，清管泵等设备放置在船舶甲板上。清管工作界面从原海管起始侧到弃管侧，海管未与平台立管回接，未有平台支持。施工步骤如下：
（1）作业船离港前往作业现场，在海管起始端安装发球筒，发球筒内已经安装携带发射机的清管器；在弃管端安装收球网。（2）作业船回到海管起始端，甲板管线连接检查，下放注水软管与发球筒回接。（3）潜水员打开发球筒的注水阀，作业船甲板启动清管泵，开始注水。（4）携带发射机的清管器在水的作用下，在管线上运行；作业船甲板船观测清管泵注水量和出口处压力并记录。（5）清管泵出口处的压力开始逐渐加大，直到升到比较高的压力，说明清管器已经到脱落处，并发生卡堵。（6）作业船回收注水软管，根据记录的清管泵的注水量初步计算出卡堵位置，航行至计算的位置。（7）作业船下放ROV（携带信号接收机）在管线上方飞行，观察接收机指示灯情况。（8）接收机的指示灯首次亮起来之后，ROV停止飞行，确定是收到信号并记录下来，减慢飞行速度，继续飞行。（9）随着接收机亮起来指示燈越来越多，在一处指示灯亮灯数量突然开始减少，则发射机就在该处。（10）ROV下行到该处管线上方附近，进行寻找发射机线圈中心；确定发射机线圈中心之后，对管线进行标志并记录下来经纬度，报告给作业船；施工进入切割回收阶段。
5.3 连接器修复
连接器修复包括两种，一种是法兰连接器，一种是机械三通修复。
5.3.1 法兰连接器
法兰连接器修复是在管两端安装法兰连接器并焊接。焊接后的连接方式与管段之前的法兰连接器的连接方式相同。先将管段进行切割，然后将新的法兰连接起安装到管端后，使用螺栓拉伸器拧紧螺栓，造成法兰连接器的凹槽与管道表面接触后产生塑性变形后产生密封。这种方法适用于大面积长距离的管道更换，而且可以调节安装角度和方向。缺点是需要采用切割的方式，容易造成微小泄漏。
5.3.2 机械式三通修复
使用水下开孔机和封堵器对管道进行横向和环向的修复。优点是可以在水下自由打开和闭合，缺点是需要对水下管道进行停输。
结束语
综上所述，海底管道的水下维修技术是保障海底管道正常运营的重要措施，水下不停输维修技术能够在管线不停输的情况下进行海底管道的维修，可有效节省海底管道运营成本，是保证管道安全的重要手段，海管管线工程建设项目和在役管线检查，清管测径作业都是必不可少的环节之一。如何准确寻找在清管测径作业卡堵点和管道内的脱落物位置，避免作业风险，是人们所关注的焦点问题之一。
参考文献
[1] 徐筱龙，徐国华，曾志林，辛宇.水下跟踪定位用接近觉传感器研究[J].中国造船，2010，51（01）：131-139.endprint
