滩浅海海底管道铺设

滩浅海海底管道铺设1 绪论海上油气田开采出的油气除少数在海上直接装船外运外，多数是通过管道转输至陆上加工并分别输送到用户。

随着海洋石油天然气开发的不断深入，海洋管道的作用显得越来越重要，这就需要有高效、易于实现的海底管道施工工艺。

海底管道铺设在国际上已有了较长的历程，从Brow & Root海洋工程公司1954年在美国的墨西哥湾铺设第一条海底管道以来，世界各国在近海域成功地铺设了个种类型、各种管径的海底管道。

随着海域水深的增加，铺管技术也相应得到了很大的发展。

目前，主要的铺设方式有水面拖放法、水下拖放法、底拖法、离底拖法、铺管船法、深水区域的J型铺管法及卷筒铺管法。

而我国海底管道铺设起步较晚，1973年我国首次在山东黄岛附近采用水面拖放法铺设了3条500米长的海底输油管道，1985年渤海石油海上工程公司在埕北油田采用水面拖放法成功地铺设了1.6千米（钻采平台之间）海底输油管道[1]。

1987年，我国引进了一条小型铺管船，结束了国内无铺管船的历史，逐步进入铺管船铺管法的时代，大大提高了海底管道的施工效率和质量。

2 分段浮拖法目前我国使用最为广泛的海底管道铺设方法是浮拖法和铺管船法，本文主要讲述这两种铺管法。

分段浮拖法是目前比较成熟、起步相对较早的一种海底管道铺设方法。

常见于海床复杂，管线路由附近有其他的海底管线或是海底电缆，不利于进行铺管法的海域。

水深较浅，铺管船无法在此正常进行铺管作业的海域。

距离较短，比如海上平台与平台之间的管线连接。

在这些情况下一般都采用分段浮拖法进行铺设。

分段浮拖法主要分两部分工序，陆地预制和海上安装。

2.1 陆地预制陆地预制分以下几个工序：1)预制小段。

一般在厂房的滑道预制，连接成大概60米的小段2)套管穿插。

适应于双壁管道3)大段连接。

这个工序在露天场地完成，包括内管和外管的连接4)吊上发送滑道，见图1所示。

5)通球试压6) 安装牵引头7) 除锈防腐、牺牲阳极安装8) 管卡安装和浮筒绑扎，见图2、图3所示。

浮筒用钢丝绳连接，便于解筒9) 大段预制完成，等待拖航图1 分段浮拖法陆地预制图2 大段预制完成，等待拖航管卡紧固螺栓 垫 板 绑筒鼻子 管 卡图3 浮筒绑扎示意图2.2 海上安装1)拖航就位。

拖航至计划位置，有定位桩作为标志2)解开浮筒，管道下沉3)水平口连接。

水平口数量较多，工程量较大4)平台立管安装5)全线通球试压，投产交付2.3 分段浮拖法的利弊以上是海底管道分段浮拖法一个整体工艺流程，这种工艺有优势也有弊端，列举如下。

分段浮拖法的优势：1)目前我国这种工艺较为成熟，起步较早；2)适应于短距离平台之间的管道连接，铺管无法进行抛锚就位的海域；3)适应于海床较为复杂、管道路由或是附近已有其他的海底管道、海底电缆等障碍物的海域；4)大部分时间在陆地预制，减少了出海作业的时间，减少了船只费用开支。

分段浮拖法存在的弊端：1)受天气影响很大。

在拖航就位过程中，管线容易受损，拖段不宜过长；2)管线就位不精确。

很难确保管线在解完浮筒以后能按照原定路由轨迹；3)水平口数量增加。

将会带来两个方面的影响：一是增加了工程量和施工难度。

二是水平口连接如图1所示，当连接完成以后，管线放回海床，管线不复原。

水浅的海域可能会使接头向上弓起。

水深的地方则会是偏向两侧，造成管线的偏差，严重的会影响油气的运输；4)这种方法是在陆地预制几个大段，分别浮拖到计划位置，因此在计算单个大段长度和大段就位时会存在一定的偏差，给水平口连接带来很大的困难；5)需要较大的预制场地，所需机具设备较多。

3 铺管船法通过以上列举分段浮拖法优势和弊端的对比，可以看出此种方法虽然起步较早，其施工工艺等各方面也很成熟，经验较为丰富，在海洋工程之中还占有一席之地。

但是随着我国海洋工程的国际化、市场化，对海底管道质量的要求越来越高，对施工工艺要求越来越严格，这就需要跟上时代的步伐，适应市场的需要，提出了新的海底管道施工工艺。

铺管船铺管法能够弥补分段浮拖法存在的不足之处，国内外海底管道铺设大部分采用这种施工工艺。

3.1 国内铺管船简介1987年，我国引进了一条小型铺管船，结束了国内无铺管船的历史。

随着铺管长度的不断增加，铺管施工技术也越来越趋于成熟。

我国目前所拥有铺管船多从国外引进，再进行部分改造。

这些铺管船大多是老式初生代的老船，由于性能的限制，铺管适应性比较差。

从铺管方式上，可以分为“S”型、“J”型以及卷筒式铺管船。

多数铺管船都属于“S”型铺管船，此类铺管船多用于较浅海域；“J”型铺管船用于深海海域作业；而卷筒式铺管船既可以用于深海，也可用于浅海，但是管道直径不宜过大。

一般而言，管道因受自身承应力的限制，用于卷筒式铺管的刚性管管径最大不能超过406．4 mm。

随着技术的进步，目前已有少数卷筒式铺设船突破这个限制。

国内比较熟悉的铺管船有滨海109、篮疆号、胜利901，属于“S”型铺管船[2]。

1、滨海109起重铺管船（图4）表1 滨海109起重铺管船主要数据滨海109起重铺管船不足之处是，定位系统为早期罗经式，精度差，吃水相对较深，不适于水浅且区域较长的滩海海域施工，具体参数见表1。

图4 滨海109起重铺管船2、“蓝疆号”起重铺管船（图5）“蓝疆号”起重铺管船是于2000年进行建造的新型铺管船，其设备比较先进，可以在恶劣气候环境中施工，该起重铺管船的最大特点是起重能力非常高，起重荷载为3800t，可进行平台安装施工，具体参数见表2。

表2 “蓝疆号”起重铺管船主要数据图5“蓝疆号”起重铺管船3、胜利901铺管船胜利901始建于1998年的浅海域铺管船，期间多次对作业线改造优化，各方设施已经达到了国内的先进水平，已经顺利完成了几个大型海底管道的铺设，并得到了业内好评。

2004年在宁波开始铺设第一条海底管线以来，2007-2008年在福建炼化地原油管线和污水管线，胜利901现在赵东区域进行铺管作业，累计铺设海底管道长度70千米，最大铺设水深达40米，铺管速度可达600米/日。

在近浅海域已积累了丰富的施工经验，逐步形成一支强大的海底管道施工队伍。

这是本文的重点,将在后面详细说明。

3.2 胜利901铺管船铺管工艺现在以胜利901为例来讲述铺管船法。

下面是胜利901铺管船基本铺管流程：1)管子在陆地进行防腐、配重等预处理。

通过运输船送至胜利901，用吊车吊至管场，胜利901管场大约可摆放φ406配重厚度为40mm的管子200根管子。

2)船尾60T浮吊将管子吊至辅助作业线V型辊道到，辅助作业线能顺利传送7.5米以上的管子，输送至辅助作业平台，在这里进行管子内部清理、开坡口、坡口除锈清理、管子编号、测量等一系列预处理工作。

3)用行吊将管子吊至主作业线的对口工位，在这个工位完成管子的组对、根焊和热焊，必要的时候进行焊缝填充，见图5。

于此同时进行还有后面的填充盖面工位，无损检测工位、防腐补口工位。

待作业线各工位都完成，焊口经检测合格后，铺管船按照GPS定位系统的计划路由绞动锚缆移船前进，管道从船尾滑移入水，经托管架敷入海中。

正常时由张紧器来来夹紧管道。

移船时，张紧器配合使用。

4)如果管子没有配重层，则牺牲阳极块一般是在张紧器之后工位焊接、防腐。

5)管道铺设完毕，通球试压，投产交付。

以上是胜利901的基本作业流程，正常施工过程中作业线可以得到更加合理的利用。

图1是胜利901铺管船的基本工位安排，它的工位安排取决于管子的长度及实际需要，在必要的时候可以进行相应的调整。

不同的管子采用不同的工艺，单管长度有10米、12米的。

有单壁配重管、也有双层管（内管加套管），根据实际情况调整作业线的对口工位、焊接工位、检测工位、防腐工位。

单壁配重管工艺相对于双层管简单，减少了套管穿插、套管加瓦等工序，而且双壁管占用更多的作业工位，对铺管船作业线要求更高。

现在胜利901铺管船的工位布置如下（见示意图6）：图6 胜利901作业线平面示意图1)对口工位在本工位完成上管、管口预热、对口和打底焊，配置内外对口器，林肯自保焊机，磨光机，加热设备，见图7。

2)焊接一工位在本工位完成填充焊接，配置林肯自保焊机，磨光机。

3)焊接二工位在本工位完成填充焊接，配置林肯自保焊机，磨光机。

4)焊接三工位在本工位完成盖面焊，配置林肯自保焊机，磨光机，见图8。

5)无损检测工位在本工位完成焊口的超声、射线或磁粉检测，配置铅房，射线拍片机、超声探伤仪。

6)机动作业站无损检测合格在本站进行补口作业，否则在本站进行焊口返修及补探，配置铅房，射线拍片机、超声探伤仪，林肯自保焊机，磨光机，补口装置。

7)防腐补口工位张紧器之后，对焊口进行除锈、防腐、马蹄脂补口，配置补口装置1套。

8)托管架托管架安装摄像头，实时监控管道入水情况，随时可以调整管道的入水角度。

图7 对口工位图8 焊接工位3.2.1 弃管、收管在铺管过程中会受到恶劣天气的影响，对张紧器、托管架等相关设备是一个很大的考验，为了保护管道不因涌浪的冲击而受损，特别是在托管架尾部及悬空段管道是最薄弱，可以采取相应的措施避免事故的发生。

一种情况是风力、涌浪不是很大，没有达到弃管的地步，但是影响作业线正常的组对焊接。

遇到这种情况可以采取保证焊接质量情况下减速铺管，可以采取每小时移船1米或2小时移船1米（具体视现场的实际情况），避免相同的管道持续承受涌浪带来的冲击力和剪切应力。

另一种情况是风力、涌浪确实很大，对管道的质量存在很大的破坏，就必须在大风和涌浪来临之前做好弃管的准备[3]。

弃管前检查弃管时所需的设备是否能正常运转，并进行调试，比如A/R绞车系统。

完成作业线所有焊缝的焊接，且无损检测合格。

在管头焊接管道盲板和牵引头。

弃管时A/R绞车牵引钢丝绳扣在牵引头上，在移船的过程中铺管船锚机、张紧器和A/R绞车三者是同步的，控制三者的协调一致是弃管过程中的关键。

在管头快出张紧器时，要实现张紧器与A/R绞车的转换。

时刻关注托管架的角度，慢慢增加托管架的俯视角度，调整至最佳状态，尽量减小管道的受力。

牵引头到达托管架尾部时，在牵引头上系好浮标，将管头沉入海床。

防止A/R绞车的粗缆绳或卡环损坏作业线上的辊道。

气象恢复正常捞起管头继续铺管，收管过程刚好是弃管的一个反过程，基本相似。

收管时，铺管船锚机、张紧器和A/R绞车的操作都是关键，只有三者之间的配合默契，才能达到顺利收管弃管的效果。

3.2.2 海底管线登陆施工由于登陆段水深较浅，铺管船不能进入，因此近岸段海域采用岸拖法底拖方式和铺管船铺管相结合施工。

即将铺管船就位在距岸一定距离，在登陆点处安装绞盘机，管道在铺管船上组对焊接后，由岸上绞车拖拉至岸上并与陆域部分管道连接。

主要工序包括牵引绞车基础施工，牵引绞车安装，预挖沟施工，铺管船就位，牵引缆布设，管线岸拖施工，管线解筒、沉管，管线路由勘测，管沟回填。