沙特阿美油田海底管線鋪設前后處理方法綜述

張 宇* 薛 方 鞏 雪 張 偉 王慧斌

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

沙特阿美油田海底管線較密集，新鋪設的管線在鋪設前要對鋪設路由進行調(diào)查。調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，新鋪設的管線如需要跨越在役的管線或電纜，在管線鋪設前需要對交叉點位置進行處理。由于在鋪設過程中，海底管線不可避免要經(jīng)過特殊地形（如凸凹不平的海床等），就會發(fā)生管線懸跨情況。為了避免管線懸跨后發(fā)生變形、斷裂等情況，對于超過設計允許長度的懸跨管線要進行相關(guān)處理，處理方式一般可分為交叉點處理和懸跨處理，本文主要針對沙特阿美油田項目中新鋪設海管在鋪設前后遇到跨越管線及懸跨問題進行了論述，并對幾種問題的處理方法進行了總結(jié)。

1 海底管線鋪設前后交叉點處理方法

沙特阿美油田石油資源非常豐富，隨著油田不斷開發(fā)，在役海底管線越來越多，新鋪設的管線或電纜不可避免會與在役的管線產(chǎn)生交叉，管線間搭接會造成管線損壞。為了解決上述問題，需要對交叉點位置進行處理。根據(jù)搭接管線的尺寸、類型和不同種類的管線的上下關(guān)系，使用處理的施工材料也不同，通常使用沙袋、灌漿包、水泥壓塊、水泥墩及馬鞍式的水泥橋等材料對交叉點進行處理。

交叉點處理具有多種形式。

第一種是管線與管線間的交叉點處理，需要將新鋪設的管線墊高，避免其和現(xiàn)有的在役管線接觸。由于沙特阿美油田管線交叉較多并且部分管線的尺寸較大，會使新鋪的管線需要墊的很高，對于交叉點高度小于等于1.2 m的交叉點，一般用水泥壓塊、沙袋或灌漿包墊在管線或電纜下面，同時為了防止?jié)O網(wǎng)、船錨對管線造成傷害，使用沙袋或灌漿包進行覆蓋保護，如圖1和圖2所示。

圖1 水泥壓塊及安裝圖示（單位：mm）

圖2 使用沙袋或灌漿包對交叉點進行處理

沙特阿美油田某項目中使用的壓塊規(guī)格包括6 m×3 m×0.15 m和6 m×3 m×0.3 m兩種，灌漿包的規(guī)格為2 m，根據(jù)不同交叉點所需處理高度和不同尺寸的管線排列使用。水泥壓塊需要使用專用的吊裝框架進行安裝。

對于需要墊高超過1.2 m的交叉點，可以使用水泥墩進行處理，如圖3所示。使用水泥墩處理的優(yōu)點是避免由于水泥壓塊過高而造成倒塌。沙特阿美油田某項目根據(jù)前期調(diào)查結(jié)果設計了3種規(guī)格的水泥墩，分別為7 m×2.5 m×1.6 m， 7 m×2.5 m×1.5 m，7 m×2.5 m×1.3 m，質(zhì)量為30～32 t，需使用專用吊裝索具進行吊裝。

圖3 水泥墩及安裝圖示（單位：mm）

第二種是新鋪電纜的路由與現(xiàn)有的在役管線交叉，為了避免電纜與管線接觸，需要在現(xiàn)有管線上面放置一塊水泥壓塊。

第三種是新鋪設管線通過現(xiàn)有的在役電纜，電纜所處的空間位置導致了無法使用普通墊高的方式使管線通過，這種情況下就需要使用類似拱橋式的墊墩，使電纜從橋孔通過，管線由橋頂通過，如圖4所示。拱橋的寬度需要根據(jù)現(xiàn)場實際需要跨越的電纜寬度來預制。

圖4 拱橋水泥墩及安裝圖示

2 海底管線鋪設后懸跨處理方法

2.1 懸跨長度和高度的要求

由于管線路由所在的海床凸凹不平，造成了管線懸跨，對于超過管道設計允許長度的懸跨要進行處理，避免管線懸跨后發(fā)生變形、斷裂等情況。不同尺寸的管線所允許的最大懸跨長度有明確的要求，根據(jù)管線類型、尺寸、涂層壁厚等參數(shù)不同，其允許的最大懸跨長度也不同。

以沙特阿美油田某項目為例，按照業(yè)主的設計要求，項目中5條海管懸跨處理需根據(jù)管線的不同狀態(tài)分別進行，每條海管的最大允許懸跨長度如表1所示。對于不同懸跨高度的管道處理方式也不相同，其處理方式如表2所示。

表1 不同尺寸管線的最大允許懸跨長度

表2 不同懸空高度的處理方式分類

2.2 懸跨處理的材料

國內(nèi)對于懸空管線的處理方法通常是采用水泥沙袋對管線懸空的位置進行填充，水泥和沙的體積比例一般為1:3，沙袋的形式較單一，承載能力也并沒有標準的計算說明。沙特阿美油田要求采用灌漿包的形式來處理懸空位置，處理方式可分為預充灌漿包和現(xiàn)場灌漿兩種形式，根據(jù)管線的規(guī)格、尺寸、懸跨高度等選取不同尺寸的灌漿包和填充材料。使用灌漿包處理懸跨管線的優(yōu)點是能使灌漿包與管線緊密貼合，泥漿固化后穩(wěn)定性較好，不易被水流沖刷而移動，懸跨處理效果較好；缺點是灌漿處理的施工成本比沙袋填充方式高，需要使用水泥灌漿攪拌機和水泥存儲罐，同時灌漿袋的成本比傳統(tǒng)的編織袋要高很多。

以ULO公司RANGE 50 型灌漿包為例，如圖5所示，該型灌漿包適用于DN350～600 mm管線，按填充材料的承載能力將其分為硬、軟和較軟三種形式，其單位承載能力分別為2.435 t/m2，1.461 t/m2，0.974 t/m2，同時對于不同的填充高度、填充體積、水泥質(zhì)量和填充時間都有明確的標準。以常見的100～700 mm懸跨高度為例，其相關(guān)規(guī)定標準如表 3所示，具體參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)整。

表3 ULO公司RANGE 50 型的灌漿包的標準參數(shù)

圖5 灌漿包尺寸圖示（單位：mm）

2.3 施工方式

利用灌漿設備灌漿來處理海管懸跨。水深不同時，灌漿包的安裝方式也不同，不到 50 m的懸跨處理采用潛水員布放灌漿包，對于超過50 m水深的懸跨處理，一般采用工作ROV進行灌漿包布放。

（1）潛水員安裝灌漿包

潛水員安裝灌漿包主要使用潛水設備、灌漿攪拌機和水泥存儲罐等灌漿設備。在安裝前需要對處理的懸跨點進行探摸調(diào)查，再次測量懸空高度，根據(jù)高度選取不同尺寸的灌漿包。為了便于將灌漿包攜帶至水下懸空處理位置，一般在水面折疊灌漿包減小體積，同時附上配重塊。潛水員到達海床后，將灌漿包展開，放置在海管懸垮處理點下方并做好臨時固定，然后將灌漿管線與灌漿袋接口連接，啟動灌漿設備向灌漿袋內(nèi)注入泥漿，直到灌漿袋內(nèi)的泥漿充至預設高度后完成現(xiàn)場灌漿直至泥漿凝固。該方法不需要大型浮吊設備，小型潛水支持船即可，施工效率高，作業(yè)成本低，泥漿在灌漿袋中固化后的穩(wěn)定性好，不易受到海流沖刷而移動，懸跨處理后的效果較好。

（2）ROV安裝灌漿包

對于水深超過50 m的管線懸跨處理，一般采用工作型ROV來安裝灌漿包，主要需使用ROV設備、灌漿攪拌機、水泥存儲罐及灌漿包ROV專用布放籠等設備。對于深水管線懸跨處理時，為了便于將灌漿包下放至海床面上，需要將灌漿通過卷疊方式將其放在設計的布放籠中。

在甲板上，水面人員將灌漿管線與灌漿包連接，灌漿管匯也集成在布放籠上，下放布放籠時，灌漿管匯也隨之下放。布放籠到達海床面后，ROV采用機械臂打開布放籠，將灌漿包移出布放籠，展開并移至管線預處理位置，將灌漿閥門打開，通知水面人員開始灌漿，灌漿完成后，將灌漿管線與布放籠分離。

3 結(jié)論

對于海底管線鋪設前后的交叉點處理和懸跨處理，沙特阿美油田與國內(nèi)的處理方法和處理材料區(qū)別較大，沙特阿拉伯國家石油公司規(guī)范要求更為嚴苛。對沙特阿美油田常用的幾種交叉點處理方式進行了介紹和總結(jié)，同時對沙特阿美規(guī)范中對于懸跨處理的長度、高度要求、處理的材料及方法進行了歸納和論述，希望能夠為后續(xù)類似沙特阿美油田項目的海上施工提供借鑒和參考。