一種新型海底管線跨越保護裝置

易滌非 鄧欣 唐少華

摘 要：依據DNV規范要求，海底管線交叉跨越處需要對原有管線進行保護處理。本文針對常規海底管線跨越處理方法中存在的施工風險高、工作量大等難題，設計了一種新型的海底管線跨越保護裝置，較好的解決了這些問題。

關鍵詞：海底管線；跨越點；保護裝置

中圖分類號：TE32 文獻標識碼：A

1 引言

隨著國家對海洋油氣資源開發力度的加大，海上石油平臺不斷增多，海底管線越來越呈現縱橫交錯的趨勢。依據DNV規范要求，海底管線交叉跨越處需要對原有管線進行保護處理。在實際工程中，由于海洋環境復雜，海底管線跨越的常規處理方法存在較高的施工風險，同時施工工作量相當繁重。針對以上難點，我們設計了一種新型的海底管線跨越保護裝置，并將之運用于實際工程中，取得了成功。

2 常規的海底管線跨越處理方法

目前，對于海底管線跨越處理的常規方法是在原有管線上方沿其管線軸線方向鋪設混凝土壓塊，在混凝土壓塊兩側疊放沙袋，以使混凝土壓塊頂部與海床之間形成緩坡過度。基礎處理完畢后，在其上方鋪設新管線，由此達到對原有管線進行保護的目標。

由于混凝土壓塊的重力會通過土壤傳遞到原有管線上，特別是對于裸露的管線，混凝土壓塊的重力將會直接作用于管線上，這將對原有管線的安全造成一定的風險。對于不停產施工的油氣田，如果施工控制不當有可能引起管線泄漏或爆炸等嚴重后果。

同時，由于新鋪管線的實際路由與設計路由不可避免的會存在一定的偏差，因此兩管線的實際跨越點也是不確定的，但是跨越點的基礎處理必須在新鋪管線鋪設開始前完成，因此，為了保證新鋪管線落在已經處理完的基礎上，基礎處理的范圍必須適當放大才能滿足要求，一般一個跨越點需要數十塊壓塊，尤其是深水條件下，新鋪管線的路由偏差更大，則基礎處理的范圍更大，需要的壓塊數量更多。

通過以上分析我們可以看到，常規的海底管線跨越處理方法存在一下主要缺點：

（1）起保護作用的混凝土壓塊對原有管線的壓力，將會導致安裝的風險大大提高；（2）由于每塊混凝土壓塊的都需要單獨吊裝安裝，大量的混凝土壓塊吊裝將會導致較大海上工作量，從而增加施工成本。

3 新型的海底管線跨越保護裝置

3.1 技術方案

與傳統的跨越保護裝置相比，本設計的新型海底管線跨越保護裝置是一種全新的鋼結構保護裝置：（1）管線跨越保護裝置是由鋼材組成的長條形整體結構，其截面形狀為Ω型；（2）保護裝置由長邊方向6根圓管、內側頂部2根和底部2根圓管構成倒U型結構，而最外側的2根與內側底部的2根圓管作為防沉板的框架，支撐設置在其底部的防沉板；（3）在短邊方向上適當位置設置橫撐和斜撐，以將長邊方向上的圓管連接成一個整體結構。

該裝置通過整體吊裝安裝，倒扣在原有管線正上方，其幾何中心點與新老管線設計跨越點重合。安裝完畢后再鋪設新管線，裝置頂部及泥面處的兩側管件與新鋪管線接觸區域設置橡膠墊，以增大其摩擦力保證管線的側向穩定性，同時保護新管線以免磨損。同時，裝置頂部設置限位扣以對新管線進行限位，限位扣采用管卡進行固定，在新管線鋪設完畢后再安裝。

3.2 結構形式

3.3 實施方案

管線跨越保護裝置是左右對稱結構：兩根頂部圓管1位于原有管線13的正上方，其外側包裹一層橡膠墊10，兩根頂部圓管1的距離以2 m為宜，通過頂部支撐4相連，頂部支撐4為圓管構件；兩根底部內側圓管2分別位于兩根頂部圓管1的斜下方，分別通過斜坡支撐5相連，斜坡坡度以20°～30°為宜，斜坡支撐5為圓管構件；底部外側圓管3與新鋪管線14接觸區域包裹一層橡膠墊11；底部外側圓管3與底部內側圓管2的底面標高齊平，通過底部支撐6相連，底部支撐6為工字鋼，在其底部設置防沉板7，防沉板7寬度由計算確定，以滿足防沉要求，同時保證新鋪管線14自然下垂落在底部外側圓管3之上，其寬度一般不小于1.5 m；頂部圓管1上方安裝限位扣8，其位置由新鋪管線14的實際位置確定，因此限位扣8為后安裝，為滿足后安裝的要求，限位扣8通過管卡9固定；頂部圓管1、底部內側圓管2和底部外側圓管3兩端均設置封板12。

4 現場安裝

新型跨越保護裝置的預制完全按照設計圖紙施工建造。海上安裝時，采用長基線LBL水下定位系統進行精確定位安裝，確保管線跨越保護裝置準確就位。新鋪海管跨越保護裝置時，通過USBL水下定位系統和水下機器人ROV實時監測，使得海管順利鋪設通過管線跨越保護裝置中心點，與詳細設計基本一致。

該海底管線跨越保護結構海上安裝完成僅用了4天，而如果采用以往常規安放混凝土壓塊或在兩側安放混凝土墊墩，再通過堆填沙袋形成過渡緩坡的方式，海上施工周期至少需要20天，采用該管線跨越保護裝置大大縮短了海上安裝時間，節省了大量的安裝費用。

5 工程實例

該新型海底管線跨越保護裝置已成功運用于中國南海實際工程中，對于其安裝及在位使用時有可能遇到的問題做了如下校核工作：

5.1 強度校核

對于新型海底管線跨越保護裝置的吊裝工況和在位時受波流沖擊工況，依據DNV規范要求，選用海洋工程設計通用軟件SACS校核這兩種工況下結構桿件強度，計算結果顯示所有桿件名義校核UC最大值為0.75<1.0，滿足強度要求。

5.2 土壤承載力計算

根據工程地質調查得到的土壤參數、跨越保護裝置在位工況下所受的波流力計算數據，計算了管線跨越保護裝置安裝處土壤的極限承載力，以校核該處土壤承載力能否滿足管線跨越保護裝置承載要求。

根據API RP 2A規范，計算過程及相關公式如下：

為防止基礎在設計荷載條件下發生破壞，規范要求基礎具有足夠的安全裕度，對于給定的破壞模式，安全系數fs如下：承載力破壞，fs=2.0；滑動破壞，f's=1.5。

根據計算校核結果：

實際土壤豎向承載力的安全系數fs=6.64 > 2.0，滿足規范要求；

實際水平方向抗滑移安全系數為f's=2.46>1.5，滿足規范要求。

因此所設計的新型跨越保護裝置的結構滿足相應規范要求及使用要求。

6 結束語

鑒于常規海底管管線跨越模式的諸多缺點，為滿足實際工程需要，本文設計了一種新型的海底管線跨越保護裝置，并得到如下結論：

（1）本文詳細說明了新型海底管線跨越保護裝置的結構及安裝過程，探討了常規海底管線跨越模式的諸多不足之處，為新型海底管線跨越保護裝置提供了研究方向；

（2）依據規范并結合工程所處海域環境資料，對于新型海底管線跨越保護裝置所處的吊裝、在位工況進行了結構校核，校核結果表明結構強度滿足規范要求及使用要求。同時，對于跨越裝置在位時在波流和自重載荷共同作用下，所處海域土壤能否滿足承載力要求作了詳盡的計算分析，計算結果表明新型跨越保護裝置能夠較好的使用在該海域；

（3）通過工程實踐檢驗，可以看到新型海底管線跨越保護裝置具有節約油田開發成本、結構簡單、建造安裝周期短和廣泛適用性等特點，此種管線跨越保護結構的設計和成功應用，能夠為今后同類工程的實施提供一定技術支持和指導。

參考文獻

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