海底管道施工技術(shù)研究

摘要：海南8塊海底管道工程是遼河石油勘探局重點(diǎn)項(xiàng)目，在認(rèn)真研究分析了國(guó)內(nèi)外海底管線施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合遼河海域的特殊海況及潮汐特點(diǎn)，經(jīng)過多次調(diào)研論證，制定了一整套施工技術(shù)方案，經(jīng)過精心組織、合理安排施工順序、合理配備施工機(jī)具、人員，在保證安全、保證質(zhì)量、保證進(jìn)度的條件下，順利完成海南8塊開發(fā)海工建設(shè)海底管道工程。

關(guān)鍵詞：海底管道 管道發(fā)射 導(dǎo)向器 浮托 海上組對(duì) 海

底挖溝

海南8塊位于遼東灣北部灘海地區(qū)，共有8口油氣井，用DN50海底管道輸送至人工島。渤海灣海域經(jīng)常出現(xiàn)5～6級(jí)的大風(fēng)天氣，施工受風(fēng)力的影響很大，對(duì)施工帶來困難和危險(xiǎn)。

1 施工工藝技術(shù)綜合比較

海底管線的鋪設(shè)方法主要有兩種：一種是拖管法，一種是鋪管船法，其中鋪管船法適合于水深5米以上海域作業(yè)，且需要有一整套施工機(jī)具和船舶與之相配合；拖管法是采用陸岸預(yù)制成段、軌道小車發(fā)送、拖輪拖至指定海域沉管就位的施工方法。而遼河油田為灘海油田，特別是近巖海域，水深小于2m，鋪管船無法進(jìn)入，根據(jù)遼河灘海海域滿潮為水、落潮為灘的這一特性，確定海底管線在海上運(yùn)輸采用拖管法，采用吃水淺、分體式作業(yè)船擔(dān)任海底管道在海上拖航和焊接任務(wù)。

2 施工工藝主要內(nèi)容

2.1 海底管道陸地預(yù)制 針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)600米×14米的狹長(zhǎng)預(yù)制場(chǎng)地研究并確定了每500米段的預(yù)制方法。將單管組對(duì)焊接，確定100m最佳穿入長(zhǎng)度，將100m工作管穿入100m套管之中，再實(shí)現(xiàn)5個(gè)100m管段與錨固件的整體焊接，再經(jīng)試壓通球。試壓合格后的500m管段進(jìn)行整體吊裝到發(fā)送軌道的發(fā)送小車上。現(xiàn)場(chǎng)管線整體吊裝采用5臺(tái)吊裝設(shè)備從管段一端吊起并分段交替將管段放置到小車上。500m管段發(fā)送入海采用吊管機(jī)通過吊帶，吊拉管段前部緩慢前行，通過前置導(dǎo)向器發(fā)送入海，在管段尾部通過鋼絲繩和卷?yè)P(yáng)機(jī)調(diào)解發(fā)送速度。小車在導(dǎo)向器前與管線脫離后掉入小車回收裝置回收小車。

2.2 海底管道海上焊接 在500m管段上均布綁扎一定數(shù)量的浮桶利用漲潮時(shí)進(jìn)行拖航，到達(dá)預(yù)定位置后，將管道固定在臨時(shí)固定樁上并解除浮桶，使管道下沉至泥面。焊接作業(yè)船將兩根管段對(duì)接端頭吊起后再進(jìn)行焊接，經(jīng)探傷檢測(cè)并防腐后再次沉至泥面，整體后，采用后挖溝、自然回淤方式埋設(shè)管道，進(jìn)行海底管道試壓吹掃工序，最后注入氮?dú)獾却渫懂a(chǎn)運(yùn)行。

3 施工新工藝技術(shù)

3.1 100m管段穿管工藝 在陸上預(yù)制100m管段穿管這個(gè)環(huán)節(jié)，由于工程預(yù)制場(chǎng)地較為狹小，海上管道施工還需要集中拖管，采取兩個(gè)100m管段的內(nèi)、外管在預(yù)制平臺(tái)上互換位置焊接預(yù)制，待4個(gè)100m單層管段全部預(yù)制完畢即可同時(shí)穿管。

3.2 防腐層在穿管過程防護(hù)技術(shù) 穿管過程中，100m管段內(nèi)、外管環(huán)縫沒有采用傳統(tǒng)所使用的扶正塊，而是在內(nèi)管管端多圈單層纏繞8#鐵絲，保護(hù)內(nèi)管前進(jìn)端的防水帽及防腐保溫層，在外管管端設(shè)置引入管，然后在每根內(nèi)管管材中間部位再纏繞8#鐵絲，避免因管線重力自然彎曲造成下部保溫層劃傷或劃破，并在穿入過程不斷涂抹適量黃油于內(nèi)外管易摩擦部位，利用這種方法，既加快了穿管速度又保證了穿管質(zhì)量。

3.3 外管死口焊接無半瓦工藝 實(shí)際預(yù)制過程發(fā)現(xiàn)，將5個(gè)100m內(nèi)管所有焊接死口焊接完畢后，采用機(jī)械依次縱向移動(dòng)5個(gè)100m外管，便可實(shí)現(xiàn)外管與外管的單道環(huán)縫焊接，而不存在半瓦焊接。

3.4 500m管段吊裝工藝 經(jīng)技術(shù)人員對(duì)管線彎曲允許值計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)豐富的起重工對(duì)吊裝工序深入研究后，制訂了由5臺(tái)吊裝設(shè)備吊裝的《500m管段吊裝方案》，即管線吊裝分5次進(jìn)行，吊點(diǎn)間距≤20m，吊高≤1m，從500m管線一端吊起上發(fā)送軌道，軌道與管線過渡的接觸部位采用軟體保護(hù)，5臺(tái)設(shè)備再順序前移至第二處吊裝段，依次類推完成500m管段吊裝上發(fā)送軌道。

3.5 導(dǎo)向器新結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù) 陸上預(yù)制場(chǎng)地建設(shè)在雙臺(tái)子河口西航道西側(cè)，河道內(nèi)漲、落潮流速最大可達(dá)5～6節(jié)，在管道下水過程中，由于水流的作用將使處于水中的管道彎曲變形較大，直接影響到管道發(fā)送下水。為了保證管道發(fā)送下水安全，經(jīng)施工技術(shù)人員多次研究，決定對(duì)導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，即保持三組承重充氣輪胎結(jié)構(gòu)不變，在導(dǎo)向器前段和后段分別安裝橫向?qū)蜉喓蛡?cè)向?qū)蜉啠瑫r(shí)對(duì)導(dǎo)向器基礎(chǔ)及側(cè)向受力部位進(jìn)行改造，在實(shí)際使用中效果很好。

3.6 導(dǎo)向器沒入水中發(fā)送管道工藝 此海域水漲、落速度均約為0.6m/h，在管線發(fā)送下水的過程中，保證管線的安全是至關(guān)重要的。根據(jù)潮位和潮速，制訂了管線發(fā)送下水方案，即在漲潮水位半浸沒導(dǎo)向器時(shí)開始發(fā)送管線下水，以管線8m/min下水速度計(jì)算，約1小時(shí)即可把500m管線發(fā)送完畢，此時(shí)導(dǎo)向器也將全部浸沒于潮水中。

3.7 海管發(fā)送小車回收工藝 海管發(fā)送時(shí)小車均布于發(fā)送軌道上每10米1個(gè)，小車行至發(fā)送軌道端部進(jìn)入與發(fā)送軌道成30度角的回收軌道后與管段脫離，靠下滑力延回收軌道滑入回收坑的回收平臺(tái)，靠弧形導(dǎo)向檔板改變方向，滑向管段一側(cè)。進(jìn)入導(dǎo)向軌道前，人工掛好回收鋼絲繩，用吊車從小車回收坑內(nèi)吊出。

3.8 管道快速浮拖 從三道溝至海南8的拖管途中還要經(jīng)過一處約2km的淺灘，只能在高潮位時(shí)的3個(gè)小時(shí)完成管線下水、拖航，否則管線將擱淺于淺灘，但在再次漲潮繼續(xù)拖航時(shí)又可能遭遇大風(fēng)大浪，將嚴(yán)重威脅管道、船只及人員的安全。必須確定并掌握拖航當(dāng)天及次日的天氣和潮汐變化情況，才可以將牽引船、護(hù)航船和拖尾及工作人員提前就位，并保證待下水管道一切就緒。潮位合適時(shí)拖動(dòng)海管下水，各船只全力協(xié)作，按照預(yù)定航線（航線經(jīng)GPS測(cè)定）快速前進(jìn)，1小時(shí)以后便可抵達(dá)就位海域。

3.9 海上管線潮溝處水平口連接工藝 海上管線橫跨該海域兩處潮溝，最低潮時(shí)溝深可達(dá)4~5m，根據(jù)漲、落潮時(shí)間計(jì)算，一個(gè)潮時(shí)允許作業(yè)時(shí)間只有4～5個(gè)小時(shí)，而完成一道焊口的作業(yè)需要7～8個(gè)小時(shí)，如果潮位較高時(shí)焊接，吊起的管線彎曲過大，將對(duì)管線不利。經(jīng)過多次潮汐觀察和水位測(cè)量，最后確定小潮期進(jìn)行潮溝位置管線作業(yè)。小潮期落潮作業(yè)允許時(shí)間可達(dá)6個(gè)小時(shí)，在高潮位時(shí)綜合作業(yè)平臺(tái)就位、端頭管線起吊及各工序作業(yè)準(zhǔn)備，潮落至允許作業(yè)水位時(shí)進(jìn)行切頭、打磨、組對(duì)、焊接、無損檢測(cè)和防腐工序。積此作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，順利完成了處于潮溝內(nèi)4道焊口的作業(yè)，不但保證了焊接質(zhì)量，而且為海上管道后續(xù)施工贏得了時(shí)間。

3.10 獨(dú)特的海底管道挖溝工藝 海上管道連接完畢之后，進(jìn)行管道挖溝。在高潮位和潮溝位置均可以采用作業(yè)船拖動(dòng)液動(dòng)潛水挖溝機(jī)，形成高壓噴射水流在灘面上管道位置垂直開溝并且實(shí)現(xiàn)不間斷前行。對(duì)于灘面較高位置還可以在退潮露灘時(shí)，利用陸地挖溝機(jī)在灘面上直接進(jìn)行挖溝，形成陸地挖溝機(jī)可以海用的特點(diǎn)，其挖溝質(zhì)量和效果優(yōu)于潛水挖溝機(jī)。

4 新工藝技術(shù)應(yīng)用效果

百米穿管、防腐層防護(hù)、無半瓦焊接、整體吊裝、導(dǎo)向器改造、快速拖航、潮溝焊接以及陸地挖溝機(jī)海用等新工藝技術(shù)在陸地預(yù)制海上敷設(shè)中得以成功的應(yīng)用。既加快了工程進(jìn)度，又保證了施工質(zhì)量和作業(yè)安全，為后續(xù)工序的穩(wěn)定進(jìn)行贏得了寶貴的時(shí)間。目前，集氣管道和混輸管道均已投入海南8塊試投產(chǎn)使用中。

5 結(jié)束語(yǔ)

在遼河灘海海域開展油氣田開發(fā)工程尤其是海底管線建設(shè)具有其特殊性、復(fù)雜性、唯一性，在這全新的生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域中，對(duì)工程建設(shè)質(zhì)量及安全提出了更為嚴(yán)格的要求，唯有萬(wàn)眾一心、通力合作，求真務(wù)實(shí)，才能為遼河油田持續(xù)、協(xié)調(diào)、較快發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。