用于海管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的伴管鋪纜方法

張慶所，胡 江，運 濤

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452 )

用于海管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的伴管鋪纜方法

張慶所，胡 江，運 濤

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452 )

海底管道是石油運輸?shù)闹匾緩?，一旦發(fā)生泄漏，就會造成重大的經(jīng)濟損失。因此，對其進(jìn)行監(jiān)測是很有必要的。但由于海洋環(huán)境的特殊性以及鋪管工藝的影響，在海管上加裝傳感器一直是一個難以克服的問題。為了解決此問題，文章提出了一種伴管鋪纜的工藝，該工藝已應(yīng)用于渤海某平臺的海管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，并且填補了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白，具有重大而深遠(yuǎn)的意義。

海底管道；泄漏監(jiān)測；伴管鋪纜工藝

海底管道作為海洋石油領(lǐng)域的重要設(shè)施，在輸油環(huán)節(jié)上發(fā)揮著不可替代的作用。一旦發(fā)生泄漏，就會造成重大的經(jīng)濟損失、環(huán)境污染等不良影響。但由于海洋環(huán)境的特殊性以及鋪管工藝流程的制約，在海管上加裝分布式傳感器(通常是1根傳感電纜或傳感光纜)一直是一個難以克服的難題。為解決此問題，本文提出了一種獨特的伴管鋪纜方法，成為了國內(nèi)首個成功案例，填補了相關(guān)領(lǐng)域的空白。

1 鋪管工藝流程簡述

海管鋪設(shè)包括水平段鋪設(shè)、挖溝、膨脹彎鋪設(shè)、立管鋪設(shè)4個階段。

海管在工廠加工成12 m一段的海管，運至鋪管船上。在鋪管船上，海管被儲存在靠近船首的位置。鋪管前，海管需要經(jīng)過焊接(若是雙層管，需要先焊接內(nèi)管)，包裹保溫(配重材料)等工序。當(dāng)某一工序完成后，將海管沿軸向送至下一站，同時在本站對下一段海管進(jìn)行處理。隨著工序的進(jìn)行，海管被連接的越來越長。最終海管會穿過張緊器，從船尾伸出船身，下放到海里。

鋪管后，海管會沉在海底，直接暴露在海水中。若直接使用會使海管泄漏的風(fēng)險加大。因此，還需要在海管下方的海泥處挖溝，使管道下陷到1.5 m深的海泥溝中。挖溝完成后，經(jīng)過一段時間的自然回填，就可以使海管大部分埋在海泥中。但由于海溝的高度落差，一小部分海管(懸跨段海管)仍會暴露在海水中。

最后，將海底海管的兩端與膨脹彎相連接，膨脹彎通過立管連接至平臺，與平臺的生產(chǎn)設(shè)備相連。

2 伴管鋪纜方法

與海纜類似，海底分布式傳感器如果鋪設(shè)不當(dāng)，在使用過程中會受諸多因素影響[1]，且一旦損壞，維修困難，費時費力。

2.1 分布式傳感器的綁縛位置

與海纜及海管的交越現(xiàn)象[2-3]不同，分布式傳感器是通過監(jiān)測傳感器周圍環(huán)境的溫度變化來判斷泄漏情況的。由于油的密度較小，當(dāng)泄漏發(fā)生后，油會聚集在海管上部位置。即使泄漏點在海管下方，海管中上部的溫度變化也比較明顯[4]。因此為保證傳感器的有效性，應(yīng)將分布式傳感器布設(shè)在海管中上方。

由于在挖溝時，挖溝機會“騎”在海管上向前拖行挖出1.5 m深的海溝。因此在挖溝的同時，挖溝機也因為自重，從正上方擠壓海管，容易造成分布式傳感器的斷裂。同時，由于海流的作用，挖溝機兩側(cè)的懸臂也會對海管形成側(cè)擠。一般光纜的抗沖擊參數(shù)為75.00 N·m，電纜的抗沖擊參數(shù)為34.02 N·m(CSA C22.2 No.51標(biāo)準(zhǔn))。根據(jù)渤海地區(qū)的海流、常見的挖溝機參數(shù)，進(jìn)行有限元分析，計算出挖溝機側(cè)擠的沖擊參數(shù)應(yīng)不大于27.30 N·m，均小于光纜和電纜的抗沖擊參數(shù)，因此海流的側(cè)擠不會對分布式傳感器造成影響。

挖溝過程還會出現(xiàn)挖溝機貼管拖行的情況，首先應(yīng)通過調(diào)整光纜布設(shè)位置降低接觸幾率。如果發(fā)生挖溝機與光纜接觸，分析如下2種情況：①光纜和綁扎帶緊貼管道，故而不會漂移產(chǎn)生鉤掛可能，即不會產(chǎn)生鉤掛損傷；②挖溝機沿管道牽引沒有明顯的側(cè)向分力，而且并非產(chǎn)生反復(fù)摩擦，因此不會對纜和綁扎物造成磨損，即不會產(chǎn)生摩擦損傷。綜合考慮以上因素，決定在海管斜上方綁縛2根傳感器，分別綁縛在11點和1點方向(如圖1所示)。

圖1 傳感器綁縛位置

2.2 分布式傳感器牽引方案

本方案參考了部分海纜鋪設(shè)工藝[5-6]。出于工期的考慮，分布式傳感器的鋪設(shè)與海管鋪設(shè)基本保持同步，在水平段管道鋪管的同時，進(jìn)行水平段傳感器的鋪設(shè)。DNV-OS-F101 2000 海底管線系統(tǒng)指出，海管鋪設(shè)應(yīng)變控制在0.35%之內(nèi)。光纜本身最大可承受0.6%應(yīng)變(IEC規(guī)范)，光纜鋪設(shè)時可以預(yù)留部分應(yīng)變，因此傳感器不會因海管鋪設(shè)而斷裂。

在水平段管道的起始端和終止端都預(yù)留有傳感光纜，安裝膨脹彎之后將這部分傳感器牽引至平臺上，與監(jiān)測主機相連接。為方便施工，我們在這部分光纜上綁縛了浮球。

由于海管立管的監(jiān)測不是必要的，為減小海流對牽引段傳感器的干擾，此處傳感器不再鋪設(shè)在海管立管外，而是參考海纜的牽引方式[7]，將傳感器用海纜護(hù)管保護(hù)起來。因此安裝膨脹彎時，需要事先在膨脹彎上安裝外帶掛耳的柔性綁帶。傳感光纜會綁在這些外耳上，插入平臺下方的海纜護(hù)管中。

與海纜鋪設(shè)時相似，傳感光纜鋪設(shè)完成后也需通過抽拉方式登平臺[8]，同時需要在平臺底層甲板的光纜(或電纜)登平臺位置安裝防爆箱，用于傳感光纜連接的保護(hù)。

3 施工程序

本文以渤海某平臺的分布式光纜傳感系統(tǒng)的安裝為例進(jìn)行詳細(xì)說明。分布式傳感器的伴管鋪設(shè)具體實施分為4個階段：水平段光纜鋪設(shè)、膨脹彎段光纜鋪設(shè)、光纜登平臺、平臺上部走線。

鋪管船作業(yè)線共分為11站，第9站和第10站為防腐保溫站，第11站(最后一站)沒有工作內(nèi)容。光纜綁縛的工作安排在第10站和第11站之間。

3.1 水平段光纜鋪設(shè)

3.1.1 起始端預(yù)留光纜固定

在起始端海管下水前，將預(yù)留光纜沿8字綁縛在海底管道12點方向，同時為了方便光纜登平臺，在光纜端部穿入浮球，如圖2所示。

圖2 起始端預(yù)留光纜綁縛

3.1.2 水平段正常鋪設(shè)

1)為了不影響管道防腐保溫工作，從第11站到10站的光纜提前綁縛，等第10站發(fā)泡外殼安裝后，再對第10站的光纜綁縛，如圖3所示。

圖3 第10站光纜綁縛

2)正常鋪設(shè)管道采用鋼卡帶和橡膠墊塊組合的形式，其中橡膠墊塊用于增加光纜與海管之間的摩擦力，如圖4所示。

圖4 正常鋪設(shè)光纜綁縛

3)每根管道綁縛完成后，移船走管，通過管道自然牽引光纜放到鋪設(shè)位置，重復(fù)1)的工作直至水平段全部完成。

4)光纜鋪設(shè)過程中，在光纜測試區(qū)將光纜終端插頭連接到光時域反射儀上，點擊測試按鈕測試光纜的總長和衰減情況。

3.2 膨脹彎段光纜鋪設(shè)

1)在膨脹彎下水安裝前，在船上將帶外掛耳的柔性綁帶預(yù)制在膨脹彎上，間隔3 m一個，彎頭處加綁1條，如圖5所示。

圖5 帶外掛耳的柔性綁帶預(yù)制

2)潛水員下水將起始端預(yù)留光纜通過退扭輪牽拉至船甲板上。

3)全部預(yù)留光纜都牽拉至船甲板上后，船上人員慢慢將預(yù)留光纜送入水中，保證水下光纜松弛，潛水員下水將部分預(yù)留光纜綁在膨脹彎上，剩余部分預(yù)留光纜用于登平臺。

3.3 光纜登平臺

1)光纜登平臺前對平臺下層甲板的海纜護(hù)管開槽，用于焊接光纜錨固件，如圖6所示。

圖6 護(hù)管開槽

2)將帶有鋼球的繩索從下層甲板海纜護(hù)管口放至海纜護(hù)管喇叭口位置，繩索端部與船上絞車相連，如圖7所示。

圖7 帶鋼球的繩索

3)潛水員下水將帶有拖纜網(wǎng)套的光纜連接到喇叭口位置的繩索上。

4)通過船上絞車將光纜沿海纜護(hù)管牽拉上平臺，同時潛水員在喇叭口位置觀察水下光纜牽拉情況，并對光纜進(jìn)行臨時固定。

5)光纜登平臺后，在海纜護(hù)管位置處將光纜錨固，如圖8所示。

圖8 光纜錨固

3.4 平臺上部走線

1)在光纜登平臺位置焊一接線箱，用于光纜熔接保護(hù)，如圖9所示。

圖9 光纜接線箱

2)沿平臺走線橋架，將光纜從接線箱位置布設(shè)至傳感主機位置(中控室)，如圖10所示。

圖10 平臺走線

4 結(jié)束語

文章在國內(nèi)首次提出了適用于海底管道的光纜鋪設(shè)工藝，同時在國內(nèi)第一次實現(xiàn)了利用光纖傳感技術(shù)對海底管道進(jìn)行安全監(jiān)測。所提出的適用于海底管道的光纜鋪設(shè)工藝，不僅不影響現(xiàn)有海底管道鋪設(shè)的施工周期和光纜監(jiān)測范圍，而且后挖溝作業(yè)也不會對光纜造成影響。另外該工藝在國內(nèi)首次實現(xiàn)了適用于海底管道安全監(jiān)測的光纜鋪設(shè)，包括起始、終止端預(yù)留光纜固定方法、水平段光纜布設(shè)工藝、膨脹彎段光纜固定方法、光纜牽拉登平臺方法等，填補了相關(guān)領(lǐng)域的空白。

[1]張效龍, 徐家聲. 海纜安全影響因素評述[J]. 海岸工程, 2003, 22(2): 1-7.

[2]王利金, 邵懷海. 關(guān)于海管及海纜交越現(xiàn)象的探討[J]. 石油工程建設(shè), 2009(5):11-12.

[3]高玲玲, 袁杰. 高壓直流海纜選型及防護(hù)[J]. 電線電纜, 2014(3):27-30.

[4] 袁朝慶, 郝佳寧, 馬良. 海底懸跨石油管道泄漏流場和溫度場耦合分析[J]. 壓力容器, 2013(5): 23-27.

[5]付明玉, 張愛華, 徐金龍. 邊敷邊埋作業(yè)敷纜船路徑控制方法研究[J]. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報, 2012，33(10):1254-1258.

[6]李士濤, 李愛波, 李鵬,等. 海纜伴隨管道鋪設(shè)工藝的可行性[J]. 油氣田地面工程, 2014(8):11-12.

[7]賈學(xué)志, 許攀峰. 半潛式海纜護(hù)管的設(shè)計應(yīng)用[J]. 中國化工貿(mào)易, 2013(7):359-359.

[8]岳劍峰, 葉海賓, 王靖翔,等. 海纜平臺抽拉工藝方法研究[J]. 機械工程師, 2015(7):273-275.

Submarine pipeline is an important way for oil transportation.Great economic loss would occur in case of leakage.It's necessary to develop a system for submarine pipeline in real time online monitoring.Due to the particularity of the marine environment and the influence from pipe-laying technique,equipping sensors on the sea pipe has been an insurmountable problem.To solve this problem,a construction technique is proposed for laying cable along submarine pipeline,which has been used in the subsea pipeline leak monitoring system of a certain platform in BOHAI Sea.Furthermore,it fills the void in domestic field,with great and far-reaching landmark significance.

submarine pipeline;pipeline leakage monitoring;construction technique for laying fiber cable along the pipeline

張慶所(1962-)，男，天津人，工程師，大學(xué)?？?，主要從事海管/海纜的設(shè)計審查和項目管理工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.017

2016-01-05