受限海域海底管道鋪設施工方法

田 震，王欣東，柴昕辰，李 斌，孟祥偉

(海洋石油工程股份有限公司 天津300461)

我國海上油氣資源豐富，近年來海洋石油開發(fā)速度較快，尤其是渤海地區(qū)，油田密集程度逐年增加。海底管道作為海上油氣田的重要設施之一，鋪設里程和復雜程度也不斷增大。密集的油田設施給新建海底管道的鋪設帶來較大困難，使得海管鋪設施工海域受限。對于在受限海域如已存海上平臺間鋪設的海底管道，通常需要導管架綁樁腿起始鋪設或偏鋪，然后進行搬管作業(yè)；若已存海底設施較多無作業(yè)空間進行拋錨時還需要進行平臺帶纜，作業(yè)復雜程度較高，對施工天氣窗口的要求也較高[1-4]。本文以渤海秦皇島32-6 油田擴容項目為例，從理論計算到現(xiàn)場實際施工方面，詳細闡述了受限海域海底管道鋪設施工的整個流程及關鍵技術，相關工作可為后續(xù)類似項目提供一定借鑒。

1 項目背景

秦皇島32-6 油田位于渤海灣的中北部，西北距京塘港約20 km。CEPL 平臺處水深19.3 m，WHPF平臺處水深19.7 m，該油田范圍內(nèi)年平均水深約20.0 m。根據(jù)生產(chǎn)任務的要求，計劃通過提液擴容來增加油田產(chǎn)量，因此需要在2 個已存平臺間增鋪新的海底管道(海管)。由CEPL 平臺至WHPF 平臺新建海管總長約0.9 km，主要參數(shù)如表1 所示。

秦皇島32-6 油田開發(fā)時間較早，起始端(CEPL平臺)已存設施較多，新鋪設海管與已存海管存在交叉，且起始點(Tie-in)距離CEPJ 平臺火炬臂較近，海管施工期間還有生活支持船在CEPJ 平臺附近進行支持，作業(yè)空間十分受限。本次施工的主作業(yè)船為匯眾301 船，起始鋪設時匯眾301 船的左后方拋錨區(qū)域受限，且新建平臺CEPL 在海管鋪設之前已施工完畢，這給起始纜繩的布置也帶來了較大困難。為了在受限海域順利完成海管鋪設，需要改變船舶拋錨方式或借助于其他輔助措施。CEPJ 平臺附近投產(chǎn)油氣田較多，且距離較近的FPSO 隨時準備進行外輸作業(yè)，輔助措施如增加大馬力拖輪、分段鋪設、外輸作業(yè)避讓等難以實現(xiàn)，需重點考慮改變拋錨方式。

2 鋪設方案分析

2.1 起拋錨程序

對于錨系鋪管船，受限海域進行海管鋪設的主要難點在于工作錨的布設，需在保持安全距離的情況下有效施工。應該注意的是，按照規(guī)范要求，在整個施工期間工作錨的錨點距已有海底管道或電纜不小于200 m，在向前移錨和拋錨過程中，錨纜距已建海底管道或電纜垂直距離應不小于5 m(或水深的1/2)。秦皇島32-6 油田擴容項目的起始端和終止端為典型的受限海域，且受限區(qū)域較大，有必要對工作錨的布設流程進行詳細闡述。

2.1.1 前期準備工作

按照主作業(yè)船總監(jiān)或船長的指令，主作業(yè)船在適合的拖輪拖帶下到達設計位置。起始布錨作業(yè)的前期準備工作如下所述：①拋錨作業(yè)前召開班前會，將作業(yè)的風險和防范措施貫徹到位，尤其對于近平臺作業(yè)，做好多方協(xié)調(diào)溝通工作；②使用吊機將錨頭纜和浮筒吊起下放，拖輪撈起漂浮纜，將錨頭纜和其拋錨絞車滾筒上的鋼絲繩進行連接，然后將錨頭纜盤到拖輪滾筒上；③主作業(yè)船不斷釋放錨纜；④拖輪將工作錨提至甲板。

2.1.2 布錨作業(yè)步驟

準備就緒后，按照安裝設計的起始錨位圖進行布錨作業(yè)，主作業(yè)船的工作錨布置如圖1 所示，主要流程如下：①拖輪向指定錨點方向行進，根據(jù)懸鏈線計算，在拋錨過程中監(jiān)控并保持錨纜具有適合的張力；②錨機手應檢查錨絞車顯示的張力并對拖輪發(fā)出相應指令，通過定位系統(tǒng)實時檢查拖輪的船位，若需要則對艏向作出調(diào)整，需要注意的是，主作業(yè)船的水手長在定位系統(tǒng)輔助下直接指揮拖輪作業(yè)；③由于此次施工海域存在較多管纜，故需安裝DP 浮筒進行保護，當錨纜放出的長度恰好等于設計安裝DP 浮筒的距離時，拖輪暫時停止進車并保持錨纜張力，此時在主作業(yè)船的舷側(cè)錨纜上進行DP 浮筒安裝；④拋錨過程中，錨纜釋放的長度和所帶的張力應實時進行檢查，同時保持錨機班長、水手長、拖輪船長、定位人員進行持續(xù)溝通，當拖輪到達指定位置時準備拋錨；⑤在下錨過程中保持拖輪有向前運動趨勢直到錨著底，釋放錨頭纜和浮筒；⑥主作業(yè)船將錨纜逐漸加大到設定工作載荷以測試是否溜錨；⑦錨穩(wěn)定后，定位工程師對拋錨位置坐標進行記錄，依上述步驟直到按照錨位將所有工作錨部署完畢。

2.1.3 移錨程序

當一個錨位的錨纜不能提供足夠張力或角度不合適時，需要進行移錨，移錨程序如下所述：確定下一錨點的坐標并在拖輪定位管理系統(tǒng)上顯示，然后拖輪將按照錨機班長指令起錨；主作業(yè)船放松需要起錨的錨纜，拖輪在指定錨點就位，將漂浮纜撈起，并回收錨頭纜和浮筒；拖輪錨絞車繼續(xù)收錨頭纜并增加張力使錨能夠離底；繼續(xù)回收錨頭纜，直到工作錨提至甲板；當工作錨被拖輪固定好后，錨纜將以一定張力由主船卷入錨機滾筒，錨纜回收過程中，拖輪應保持其艏向倒車至距主船合適距離附近，避免錨纜兜底或與水下設施干涉；按照安裝DP 浮筒的方式依次在主作業(yè)船舷側(cè)或拖輪甲板將DP 浮筒解除；DP 浮筒解除后，拖輪進車赴新錨點進行布錨作業(yè)。

2.2 起始鋪設方案

根據(jù)新設計海管路由的特點，選擇在CEPL 平臺起始鋪設。受限于狹窄的施工空間，采用匯眾301 船左后方CEPJ 平臺帶纜、綁樁腿起始鋪設的方式進行起始鋪設，起始鋪設錨位圖如圖2 所示。

圖2 起始鋪設錨位示意圖Fig.2 Anchor pattern for pipeline laying initiation

由于CEPJ 平臺為老平臺，故需要校核帶纜樁腿(B4 樁腿)的強度。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件和鋪設張力情況，選擇帶纜張力為80 t 進行校核，結(jié)果顯示CEPJ導管架B4 樁腿整體強度及局部強度均滿足施工要求。由于近平臺交叉作業(yè)的風險較高，故需進行錨泊分析以判斷是否存在危險工況，整體錨位的錨泊分析結(jié)果如表2 所示。由表2 可知，起始鋪設錨位下CEPJ 平臺帶纜破損時錨纜張力仍滿足安全使用需求(最大為214 t，小于安全規(guī)范載荷279.7 t)。

表2 平臺帶纜破斷工況下最大張力(t)Tab.2 Maximum line tension of mooring lines tied to platform in damage condition(ton)

根據(jù)CEPL 平臺相對于CEPJ 平臺的位置，選擇在 CEPL B1 樁腿綁扎起始纜，起始纜規(guī)格為54 mm×85 m，交叉點提前處理，連接示意圖如圖3所示。本次海管鋪設的鋪設張力為25 t，底部張力為21.4 t，因此按照32 t 張力校核CEPL B1 樁腿強度，結(jié)果滿足規(guī)范要求[5]。

圖3 起始纜連接CEPL B1樁腿示意圖Fig.3 General arrangement for initiation rope connected to CEPL B1 leg

起始鋪設流程主要包括前期準備和起始鋪設。為保證起始鋪設順利進行，在海上施工正式開展前需要完成以下準備工作：路由上存在的交叉點提前處理或保護好，施工前再次確認保護措施的完好性，從圖2 中可以看出，本次起始鋪設區(qū)域存在2 處交叉點，需在起始鋪設前用水泥壓塊進行保護；按照安裝設計要求確認所有海管鋪設相關物料、機具已存放在鋪管船甲板，并按照作業(yè)需求提前擺放在合適的位置；掌握施工海域的氣象資料，根據(jù)氣象資料確認天氣窗口滿足起始鋪設工期的要求，尤其對于本項目中海管距離較短的情況，充分利用一次天氣窗口完成鋪設作業(yè)，以降低近平臺作業(yè)的時間和風險；確認作業(yè)線焊接、檢驗、涂敷等關鍵設備就位完畢，并已連接調(diào)試完畢，避免出現(xiàn)設備待機的狀況；確認甲板及作業(yè)線海管傳輸系統(tǒng)調(diào)試完畢，作業(yè)線支撐滾輪及托管架滾輪完好并調(diào)節(jié)至設計高度，托管架角度滿足設計要求，作業(yè)線及托管架控制系統(tǒng)正常；張緊器及A&R絞車調(diào)試完畢，張緊器墊塊的形式滿足海管規(guī)格要求；由于本次鋪設海管距離較短，故不在陸地預制雙節(jié)點，采用作業(yè)線單節(jié)點鋪設方式，起始封頭傳送至指定位置，并確認球閥完好并處于關閉狀態(tài)；在主作業(yè)船吊機的配合下將起始纜與封頭連接好，起始纜另一端連接好綁樁腿的索具。

前期準備工作完成后，施工總監(jiān)或船長根據(jù)當時的天氣狀況和項目計劃決定起始鋪設，典型的起始鋪設示意圖如圖4 所示，起始鋪設簡要流程如下：鋪管船按就位圖就位，如圖2 錨位圖所示，本次起始錨位圖受已存設施的影響較大，主作業(yè)船進場就位施工的難度較大，需聯(lián)合輔助拖輪、平臺方、主作業(yè)船三方共同完成就位；在保證安全距離的前提下，錨機手不斷將主作業(yè)船靠近綁樁腿的導管架，直到設計的合理位置；平潮期間潛水員下水，在吊機配合下將環(huán)形吊帶綁到CEPL B1 樁腿，檢查連接起始纜兩端的索具的完整性；調(diào)整托管架至設計鋪設角度，根據(jù)計算報告中的起始鋪設張力向前移船，直至起始封頭著泥，然后開始正常鋪設。

圖4 起始鋪設示意圖Fig.4 Typical configuration of pipeline laying initiation

2.3 終止鋪設方案

海管終止鋪設在WHPF 平臺附近，由于終止點距離平臺較近，故需要進行偏鋪，然后利用舷吊將海管搬回原路由。如圖5 所示，在距離終止點267 m 處開始進行偏鋪，偏離角度為5°，終止管頭橫移量為23 m，經(jīng)過計算分析可知偏鋪時海管應變滿足規(guī)范要求，校核計算結(jié)果如表3 所示。由于偏鋪距離較長，在利用舷吊搬管時需在海管上綁扎浮袋，以保證海管應變在許可范圍內(nèi)。

圖5 終止點偏鋪示意圖Fig.5 Pipeline offset at termination point

表3 海管終止鋪設局部屈曲統(tǒng)一校核結(jié)果Tab.3 Local buckling unity check of pipeline laying termination

當主作業(yè)船接近鋪設終止點時，計算船上海管終端與終止點的距離，準確測量進入作業(yè)線的海管長度，用來與已完成鋪設的海管打點記錄進行對比，以確定海管鋪設至終止點的用量。終止鋪設的主要步驟如下：當主作業(yè)船接近鋪設終止點時，現(xiàn)場工程師將開始監(jiān)測和計算待鋪設海管的剩余長度(即提前核算調(diào)整管長度)；組對安裝終止封頭及法蘭保護器，終止棄管前將屈曲探測器取出；將A/R 絞車鋼纜連接在終止封頭上，并完成節(jié)點檢驗、涂敷；向前移船直至封頭到達張緊器前2 m 左右位置，張緊器張力轉(zhuǎn)換至A/R 絞車；張力轉(zhuǎn)換后釋放張緊器，由A/R 絞車提供棄管鋪設張力向前移船，并根據(jù)計算報告中要求的鋪設張力控制張力，同時下放A/R 纜直至封頭著泥；緩慢向船尾方向倒船至船尾到達封頭上方；潛水員下水解開A/R 纜與封頭連接，并由定位人員記錄封頭位置坐標；回收A/R 絞車鋼纜。

除了環(huán)境條件外，舷吊的布置對搬管效率影響也較大。本次終止鋪設時WHPF 平臺在匯眾301 船右舷側(cè)，匯眾301 船需要往左舷側(cè)偏鋪，為防止搬管時海管被拖入船底，需要將舷吊布置在左舷側(cè)，棄管完成后可直接倒船進行搬管作業(yè)，也避免因重新起拋錨作業(yè)而增加施工周期和風險。應當注意的是，海管偏鋪時應重點關注鋪設精度，以保證海管按照設計的路由偏鋪，否則會影響后續(xù)搬管復位的精度，還可能會對平臺附近的已存設施造成損壞。搬管復位過程中，每個舷吊操作人員應聽從大副的統(tǒng)一指揮，按照相關計算報告增加提升力和卷入鋼絲繩長度，保證海管受力在規(guī)范許用范圍內(nèi)。一次搬管通常不能將海管完全復位，總監(jiān)或大副應該結(jié)合導航定位進行二次搬管，第二次搬管應在第一次的基礎上小幅度調(diào)整，同時釋放第一次搬管過程中海管的應變。

3 項目應用

由于作業(yè)空間受限，且近平臺交叉作業(yè)多，為降低施工風險，故本次施工日期選擇5 月份海況較好的天氣進行。實際施工時，匯眾301 船首先拋臨時錨位進入施工區(qū)域。由于CEPJ 平臺的火炬臂不能關停，匯眾301 船不能靠CEPJ 平臺太近，故需在拖輪的輔助下將較長的錨纜連接到帶纜樁腿及起始樁腿上。平臺帶纜及起始纜的連接在整個施工過程中耗時較長，對潛水員要求較高。起始鋪設完成后即進行正常鋪設，由于本次海管鋪設距離較短，故正常鋪設200 m 后需準備終止偏鋪。整個鋪設過程連接緊湊，給甲板及作業(yè)線施工人員帶來了一定的挑戰(zhàn)。

本文結(jié)合理論計算結(jié)果及現(xiàn)場實際流程對受限海域海管鋪設作業(yè)進行了詳細的分析，并對施工過程中的風險點及施工要點進行了探討，通過優(yōu)化施工流程，使得整個項目無風險、高質(zhì)量完成。本次受限海域海底管道鋪設技術分析對類似項目具有一定的借鑒意義。