海底管道登陸拖拉場地優化剖析

押延寧

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

隨著海洋石油事業的發展，海底原油的開采量日益增加，海底管道作為海洋石油技術與儲運系統的重要組成部分，是海洋石油油氣田開采的大動脈。同時，海底管道在海上油氣田開發利用過程中起到舉足輕重的作用，因此，被廣泛應用于海上油氣田開采過程中。海底管道敷設工藝技術相對復雜，設計考慮因素較多，具有較高的施工風險，施工成本越來越大，為了確保海底管道的安全投產，國內對海洋石油工程的審查制度越來越完善。目前，在確保海管敷設和管道運行過程中的安全性的同時，也要最大限度地降低生產運行成本，減小管道所受到的外部環境載荷，最大限度地降低海底管道對周邊設施的干擾，因此，對海管的施工工藝技術在進行不斷地更新、提高和完善[1]。

目前海底管道可以實現一千多米水深的鋪設，進行鋪設施工的設備已經完成了第四代研制，包括體式鋪管船、船型式鋪管船、半潛式鋪管船和動力定位式鋪管船等等。此外，目前也有采用較為新型的定向鉆法，每一種方法都有各自的優勢與缺陷[2]。由于受到岸邊水深變化以及施工船舶的吃水深度影響，海底管道在進行拖拉登陸過程中需要采取特定的拖拉工藝完成海管拖拉上岸。海底管道在進行登陸拖拉施工時要提前根據施工特點完成工藝設計，充分考慮施工船舶資源、海底管道規格、水深潮汐以及海流等因素，從環境氣候條件、地質地貌條件等方面綜合評估后制定拖拉施工工藝。海底管道按照鋪設的方式可以分為浮游鋪設法、懸浮拖鋪設法、離底拖鋪設法、鋪管船鋪設法，在深水區一般采用J 型鋪管鋪設法。這些海底管道在岸邊進行拖拉鋪設過程評估要安排一定范圍的場地，一般在拖拉方案制定過程中都要對施工場地進行多方面的優化，目的是為了盡可能減小拖拉場地的占地面積，最大限度地減少對周圍設施的影響，同時確保海底管道鋪設施工的順利進行[3-4]。

海底管道登陸的場地設計影響因素復雜，需要綜合考慮多方面因素。同時，設計方案要綜合考慮多方面利益，通常需要滿足登陸點附近海域功能區的未來規劃，并與相關利益方協商設計海底管道登陸施工方案，盡可能較少對其的影響，主要利益相關方涉及到港口方利益港口資源、航道方利益、錨地方利益、旅游開發方利益、漁業方利益以及海洋自然保護區的利益。此外，管道路由在布置過程中要考慮以下諸多因素，包括路由長度最短、避開路由障礙物和路由危險區等等。同時，平行管道的間距要保證最小20 m 的距離，路由彎曲曲率半徑和直管段長度要滿足規范標準的要求，管纜跨越也要滿足規范要求，管道登陸點施工位置要與鉆井船施工保持合理的間距進而滿足施工要求[5]。

本文所研究的錦州25-1 南外輸氣海底管線是遼東灣主要的天然氣供應管道，這條海底管線的登陸施工工程成為該油氣田項目開發的重中之重，從工程的各個階段都要進行不斷的完善和技術的更新優化。該條海底管線在營口鲅魚圈能源化工區高家窩棚村登陸，登陸點位置的場地面積狹小，如果按照常規的管線拖拉上岸方式將存在較大的困難。因此，必須對該條管線的拖拉施工方案進行進一步優化，以確保在有限的施工區域內順利完成工程。

1 海底管道主要鋪設方式

1.1 浮拖法

浮拖法主要應用于水文條件較好海域，因為在進行浮拖法拖拉安裝海底管道時，管道的較大部分處于漂浮狀態，在施工過程中很容易受到波浪、海流的影響。此外，由于在拖拉管道過程中，管道不與海底海床發生接觸，受到的阻力相對較小，可以采用小型牽引設備，采用較小的拖拉力完成管道拖拉施工。

1.2 離底拖法

利用離底拖法對海底管道進行拖拉安裝時，管道在水下同樣處于懸浮狀態。由于管道在水下懸浮，因此在拖拉管道過程中受到波浪影響較小，而受到水下海流影響較大，在水下的管道更加穩定，相比于浮拖法，離底拖法在拖拉過程中更容易對管道進行控制。離底拖法的管道同樣不與海床接觸，所以需要提供的拉力較小。但由于管道絕大部分仍處于懸浮狀態，在拖拉過程中要準確地控制管道的重力。

1.3 底拖法

采用底拖法對海底管道進行拖拉安裝時，管道的絕大部分要與海床接觸，管道在水中的軌跡能夠得到很好的控制。采用這種方法可以很好的避免受到受波浪及海流的影響，但由于底拖法的管道要與海床接觸，需要外部設備提供較大的牽引力才能完成拖拉作業。

2 管道登陸點場地環境基本參數

在油氣田開發的總體方案設計階段，專業技術人員在天然氣集輸站周圍開展登陸點的選取工作，充分參考當地政府的規劃意見，最終擇優選擇在營口鲅魚圈能源化工區的高家窩棚村作為該條管道的登陸點。項目施工正式開始后，為了對后期工程設計和施工提供合理的指導方案，依據本項目總體開發方案，要在錦州25-1 南外輸氣管線的登陸點附近開展調研分析工作。經過現場調研與勘探分析，海底管道施工的主要技術項目如下。

2.1 溝底標高

管線登陸點所處位置的地面標高為1.1 m，管線實際的埋放標高度需要從地面標高點向下挖深3 m，因此，該條管道的實際溝底標高為-1.9 m。

2.2 當地觀測潮位

通過對油田近岸段實測水位的測試數據進行低通濾波處理，獲得間隔一個小時的樣本數據，利用該樣本數據進行后續的調和分析。實測水位的觀測記錄為15 d，調和分析后的分潮潮汐調和結果如表1 所示。通過與登陸點周圍海域的潮汐調和常數對比表明，本次對水位的實際檢測數據較為合理。同時，根據潮汐類型計算公式：E1=(HK1+HO1)/HM2=0.7，可知本海域的潮汐類型為不正規半日潮。

2.3 現場觀測站水位特征

通過參考登陸點海域周圍的歷史測試數據，并與測試點附近的基面保持一致性，最終選取平均海面以下1.91 m 位置處為海圖基準面。同時，根據潮汐調和常數對各種特征潮位的數值進行計算，獲得如表2 所示特征潮位值。

表2 各特征潮位值

2.4 管道登陸點現場基本參數

管道登陸點與到岸邊唯一進村路中心線為48 m，土路寬為6 m，路東為養參池循環水溝，溝寬為17 m，溝的東側有一條與海參池隔離使用的防水提，堤寬約2 m。循環水溝東側為養參池，經測量海參池水面寬為75 m。經了解和初步測量，養參池水深2.5～3 m，底部淤泥深1 m 左右，海參池水面與進村路路面落差為2.4 m，即路面與池底落差為5 m 左右。管道登陸點東側進村土路兩側有6 kV 電線、380 V 電線、通訊線各一條，并各有三根電線桿作為支撐，路東側有兩條埋地電纜。

管道登陸點以東5 m 是毛石防浪堤，堤寬約50 cm，高約2 m，比管道登陸點高出3.2 m，由防浪堤至管道登陸點東側45 m，為坡度逐漸增高，管道登陸點東側45 m 處標高為+5.4 m。該海岸段地質鉆孔10 m，檢測均為低密度至中密度的砂。拖拉施工場地南北向寬106 m，且登陸點北側50 m 處有大海參養殖大棚及其進排水口，管道登陸點距離南北兩側民房各50 m左右。

3 海底管道登陸點施工場地

3.1 登陸點施工場地清理

因為登陸點拖拉場地需要的面積尺寸至少為長90 m×寬20 m，即管道登陸點到絞車前沿30 m，絞車長12 m，絞車向后延伸15 m 作為絞車鋼絲繩滾筒的放置點，機車底座向后延伸50 m 作為絞車底座的布錨區。鋼纜滾筒重35 t 左右，所以拖拉場地外圍還要考慮吊裝設備、拖拉配合設備的擺放與運輸，鋼纜滾筒的后側必須留有一定的護坡和汽車吊裝、及車輛掉頭旋轉的場地。

此外，在施工之前，所有的設計方案均需要與地方政府協調溝通，并對周圍的居民進行遷移，拆除居民房屋及相關障礙設施。登陸點場地電線和通訊電纜需要進行遷移處理，包括拖拉場地地下的電線、電纜和水管線。

3.2 登陸點施工場地分布

在登陸點位置設置200 t 線型絞車，利用拖拉法將管線自施工船舶上拖拉至登陸點。為滿足管線拖拉設備的運輸要求和管線拖拉過程中絞車受力的承載強度，進入施工現場需要將拖拉場地和絞車運輸路過的道路進行加寬和承載處理。道路和路肩總寬度一般為8 m，供現場材料和施工設備運輸機械進出使用。登陸點坐落于漁村中央，村民動遷費用較高，動遷不現實，只能利用現有場地進行施工作業，拖拉場地東側的海參養殖池和循環水溝需占用，要進行人工回填，并進行夯實處理，以加強承載力。

該登陸點循環水溝是該區域海參養殖的主要循環海水、沉淀用溝渠，涉及17 個養殖戶、64 個海參養殖大棚，是當地海參養殖用水的主水渠。如果確實需要占用，必須對該水溝進行改路修建，絕不能影響這么大范圍的民生問題。對施工場地的地基高度也要進行處理，登陸點至絞車底座的坡度不大于3°，絞車底座標高要高于當地高潮位20 cm。

3.3 登陸點施工對周圍影響

本研究中的海底管道登陸施工主要對海岸線與陸地兩方面產生影響。對于海岸線的影響，登陸段海域南側擴建了一個碼頭，并在碼頭上建設了海參養殖大棚，養殖碼頭與陸地連接段形成了一個漁船靠泊的港池，碼頭外圍有靠船系泊位置，也可作為停靠漁船的碼頭。管道路由中心距該碼頭最近位置只有50 m，海管敷設期間需對該位置進行預挖溝處理，港池將被封閉，船舶的進出和靠泊將受影響。

對陸地的影響為進村道路封閉將被封閉，在進行管道登陸點施工過程中，根據表3 的施工計劃可知，唯一進村道路將被封閉14 d，全村車輛均需繞行拖拉場地進出村莊，給施工和村民帶來極大不便，且噪音也對村民休息及海參進食造成一定的影響。

表3 海管登陸拖拉施工計劃

4 海管登陸拖拉場地優化方案

為了加快推進工程進度，項目組必須為最快完成海管敷設做足準備工作，協調與施工方案優化同步推進，以爭取達到最佳效果。雖然項目組多次與地方相關部門進行協調，由于施工面涉及太廣泛，調節難度異常困難，而且民事補償的費用居高不下，遲遲未能達到預想的目的。

4.1 絞車位置調整

原方案是將絞車底座前端放置在距離管道登陸點35 m 的位置，現在調整到30 m 的位置，由原來的底座標高即：當地最高潮位50 cm 以上的標高的位置5 m 下降1 m 到4 m，與登陸點的現有高度差為3 m，與預挖溝后管道登陸點位置高度落差為6 m。為了減少高度落差，將原計劃的預挖溝作業取消，改為管線拖拉上岸后進行后挖溝作業，這樣管線拖拉時的拖拉角度進行了優化調整，拖拉角度由原來的小于11°降低為小于6°。調整后更能保證管線安全，避免管道一端拖拉入泥。絞車前側增加小圍堰，選擇低潮汛或者小潮汛間隙施工，以保護絞車不被海水浸泡，另外可以縮短工期，減少對周圍設施的干擾，以最大限度降低環境污染。

4.2 取消絞車后置地錨

之前絞車后方有兩個地錨，本次施工將地錨取消，改用預埋鋼結構件加固絞車底座的方式，加強絞車底座強度，可以保證拖拉時絞車的地基承載力。另外，絞車滾筒置于絞車上，也增加了絞車使用過程中的穩性和安全性，同時避免了對進村路基的破壞與占用。

4.3 更換拖拉絞車

項目組與施工單位進行多次溝通，對拖拉場地進行優化。要解決拖拉絞車的占地問題，取消使用絞車與鋼絲繩滾筒分離的常規線性拖拉絞車，將絞車整改為滾筒與絞車一體式的人綜合性絞車，可以大大縮短拖拉絞車的占用場地。

4.4 縮短管線拖拉頭

縮短拖拉頭及連帶預拖管線(拖拉頭與海管之間的連接管線，海管拖拉成功后，該管線需要切除)的長度，由原來的12 m 縮短為2 m，減少不必要的拖拉長度，同時還能節約管材。

4.5 拖拉頭增加浮筒

拖拉頭上增加了一個浮筒，避免了拖拉頭入泥拖拉失敗的可能性，保證了管線拖拉的安全性、可靠性，大幅提升了管線拖拉成功的幾率。

5 結論

本項目中所涉及的海底管道拖拉場地距離管道登陸點僅45 m，在這種較小范圍內進行海底管道拖拉作業是中海油集團首次實現。通過實踐證明，經過前期設計方案的足充分的準備，將設計方案精細化到每一個施工步驟，并經過多次設計方案的調整與優化，按照優化制定的施工方案開展項目施工，最終順利完成海底管道登陸施工。

由于前期的準備工作較為充分、具體，利用調整后的優化方案，該項目在施工過程中節約了大量成本與人力物力，且大大降低了施工過程中的風險，同時又保障了工程高質量完成。最終順利將海管拖拉上岸，成功完成了錦州25-1 南外輸氣管線項目至關重要的階段，同時為海洋石油油氣田開發奠定了一個基礎。