海洋平台海底管道立管环空区域封堵灌浆防腐施工工艺

刘,果

中海油能源发展装备技术有限公司 天津 300452

摘要：因早期海洋平台海底管道立管设计建造的是单层结构，立管外护管往一直通到海底，造成海水进入海管与外护管间环空区域，长期存在海水冲刷导致潮差区的海管外部腐蚀。经内窥镜排查后发现该结构形式的海底管道立管结构多存在不同程度的腐蚀情况。将海管立管环空区域填充满高性能灌浆材料，待固化后防止海水，起到隔离海水防腐的作用。

关键词：海底管道立管；环空区域；灌浆防腐，高性能灌浆材料

1、海洋平台海底管道立管环空区域封堵灌浆材料选型

1.1高性能灌浆材料

高性能灌浆材料是一种配以多种添加剂的无机超细微粒组成的水泥材料，满足DNV-OS-C502，Offshore Concrete Structures，2012标准要求，材料通过检测后出具认证报告并通过DNV船级社认证。且符合以下条件要求：

（1）高性能灌浆材料流动性：初始流动性大于300mm，120分钟流动性大于280mm，240分钟流动性大于240mm；

（2）高性能灌浆材料凝固时间：在环境温度24℃条件下，初凝时间大于8小时，终凝时间大于10小时。温度越高，初凝时间越短；

（3）高性能灌浆材料强度：试验在150×300mm罐体内压缩强度大于110MPa；

（4）高性能灌浆材料蠕变系数：28天蠕变系数小于0.52,140天蠕变系数小于0.62,365天蠕变系数小于0.72；

（5）高性能灌浆材料其他技术参数：沁水率为0，含气率小于2%，比重大于2.35，静态弹性模量大于52GPa。

1.2 封堵设备及密封工具材料

（1）环空封隔器：采用套筒模式使用机械机关驱动的锚固装置，其设计最大承载重量超过3吨，套筒向外伸长的张力抓，抓住护管的内壁且不能伤及内管壁，在海管环空区域的水下至少1米处完成锚固安装。环空封隔器的设计直径应满足直径间隔4寸宽度，再减去内外管两个管壁的尺寸宽度，以便能卡在内外管环空空隙区域空间内；

（2）两端封口板：材质为316不锈钢的环形圈板，用于海管立管环空段下上端封口，下端封口板防止高性能灌注材料漏入海里，上端封口板防止灌浆材料漫出环空区域内；

（3）水下堵漏球：一种快干灌浆材料容量包，常温下5分钟之内固化，可实现水下固化封堵，球体直径大于10cm ，渗水率1GPM以下；

（4）环氧粘接层UW：主要材质为聚乙烯，具有良好的柔韧性适用于海水以及潮湿的工况，自流平设计，零VOC, 耐化学腐蚀，耐磨，完全固化时间不得多于24小时。具有抗拉伸、抗压弯、抗横剪力及耐磨性等特点，抗酸碱、海水等密封条件；

（5）碳纤维补强纤维带：碳纤维补强纤维带具有抗断裂、抗压力、高密度，防脆断，温度适应性广等特点，适用于管壁上有严重腐蚀部位进行非金属性补强修复，防止管壁腐蚀点因介质压力大出现渗漏的作用。

2、海底管道立管环空区域封堵灌浆防腐施工工艺

首先，对本次作业全体人员涉及的主要工作步骤进行施工JSA风险分析，根据工作安排和进度分阶段开展JSA风险分析，搭设好舷外施工脚手架，焊接施工吊点，确保各点位满足载荷要求，完成吊点焊接后挂设倒链，对立管进行有效提拉，以防出现下坠。正式工作施工步骤如下：

1）使用气动锯进行冷切割，外护管切割至水面0.5m处，切割后的两片半圆管存放利旧完成后焊接恢复；

2）外护管打开后对立管护管内的环形空间进行测量，选择合适的封隔器下放方案，对环形空间的海生物进行清理以便封隔器能完全的下放到预定位置；

3）检查海管立管外壁的腐蚀情况，如有立管外防腐3PE涂层外观状况脱落、腐蚀鼓包、腐蚀产物皴裂情况，需要将立管外壁打磨除锈后进行无损检测，评估腐蚀对立管结构强度的影响。若海管立管外壁腐蚀严重，在允许范围内对外壁使用碳纤维补强纤维带进行补强处理及防腐处理：

4）封堵灌注施工作业。先在外护管上安装开口封板，再组装封隔器，封隔器组装完毕后用倒链吊起连接手压泵，拆除开口封板，将封隔器下放到指定位置。用手压泵对封隔器进行打压，待压力达到5Mpa，保压15分钟后，拆除封隔器和手压泵连接的管线，将连接封隔器的吊索具拆除。将准备好的环形密封口组装好，放到封隔器上方。封隔器安装固定完成之后，对环空内的水进行排空，排空后验证封堵效果，保证没有海水漫过封隔器进入上部立管段。外护管与立管之间的灌浆材料填充范围为封隔器往上2m至 3m,填充前确保内部空气及海水排空，封隔器完全隔离海水。拆开堵漏球包装，在水桶里完全浸湿。把堵漏球填充环空管线与环形铁板之间的缝隙，用堵漏压杆将堵漏球压实。利用高密度封堵球对封隔器与立管外壁及外护管内壁的间隙进行封堵依次填充堵漏球，用堵漏压杆压实，等待固化；

5）海管立管内灌浆。在一台搅拌机内搅拌润滑剂，由灌浆工程师确认搅拌完成后才可以泵入管路系统。润滑剂的主要作用是润滑整个管路系统和灌浆空间。在搅拌润滑剂过程进行到一半的时候，开始搅拌灌浆料。把大袋灌浆料吊至搅拌器上方。吊到正确位置后，放低大袋灌浆料，破袋器将刺破袋子，灌浆料倒入搅拌机。按照要求浇筑测试用的样块，经检验合格后，取得灌浆工程师的同意后开始泵送直到开始溢出后停止泵送，泵要停止15分钟，以便灌浆料稳定下来排除气泡后，需要再次灌浆，重复多次后，观察并确认灌浆料已经密实的完全充满环形空间则完成灌浆作业；

6）二次灌浆前对海管外护管进行恢复、焊接灌浆的2寸进出口，恢复完成的护管进行MT、UT检验并防腐刷漆。再次二次灌浆程序重复一次灌浆泵送程序；

7）所有焊口探伤结果确认合格后，将破损部位除锈清理后进行涂装防腐处理，完成所有施工工艺步骤。

3、封堵灌浆用于防腐工艺适应性特点

封堵灌浆技术可以用于海管泄漏产生的堵油水、堵漏气等措施，新配方超细水泥颗粒度小，造浆性能好，固化强度高封堵效果好的特点。该工艺适应性特点：

（1）优点：1.在封隔器封堵严密的条件下，高性能灌浆材料渗透性强，能自动寻找漏点成功率很高，可以精确找到漏点位置；

2.高性能灌浆材料快干早凝，固化后材料强度可到50Mpa以上；

3.封堵工具及密封材料密封性、粘结力强、耐强度疲劳，抗腐蚀性强；

（2）缺点：1.在普通封隔器反复上下提放过程中，胶筒容易损坏导致封堵不严会有浆液渗出；

2.封隔器在下放到指定位置后出现座封不严实造成浆液用量增加；

3.高性能灌浆材料在搅拌不充分的情况下，会释放出大量二氧化碳气体，气体在排除不干净的情况下还会在灌注体内形成空泡，甚至裂纹对施工质量有严重影响；

4.因部分平台海管立管距离海面较长，封堵灌浆材料用量较大，增加了立管管卡的承重能力，会对上部管线支架的承重能力造成一定影响。

结束语

海底管道的立管因设计缺陷，外护管与立管之间环空区域受到海浪冲刷，在潮差区高温、高湿环境下，海面部分因原防腐层脱落造成的外腐蚀常年累月的锈蚀严重，利用泥浆固井技术，将该海管立管潮差区部分结构封闭，既起到与海水环境隔离的防腐效果，又增强了海管耐压强度对其有了加强的保护措施。

封堵灌浆技术中堵漏是隔离海水的技术难题。选择适应性强的快速灌浆材料和堵漏工具是研究隔离防腐装置的开发方向，需要我们更加深入得去研究探索。

参考文献：

[1]张明昌，宏军，王小兵，李学艺，杜志刚.管外封隔器在高压低渗透油藏完井中的应用[J].《石油钻采工艺》.1999.21.002期