海底電纜抽拉方法及平臺改造分析

林臻裕 王朋飛 謝俊 楊盛 蔣雷雷(深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518067)

在開發海底石油資源，進行海上油田的生產過程中，油氣田平臺群之間，通常通過海底電纜，將中心平臺或單點儲油輪與其它生產平臺連接起來，這樣只需要在一個平臺上設立電站，就可以滿足所有平臺的生產和生活用電需求，避免了在各個平臺上均要設立較大型電站的問題，在很大程度上減少了開發費用[1]；另一方面，使用海底電纜還可以對一些無人生產平臺、水下管匯、采油樹等進行遠距離控制，解決平臺之間的通訊問題。

平臺間海底電纜在開始鋪設及鋪設完成后，需要分別將電纜的頭部、尾部抽拉上采油平臺，接入海纜箱，以完成整個電纜的施工過程。高效、安全的完成電纜抽拉工作，可以節省船天，降低施工成本。本文通過一個項目實例，介紹了海底電纜抽拉方法，并對平臺改造進行了分析，為以后類似項目的實施提供技術指導和施工經驗。

1 海底電纜抽拉過程

1.1 海底電纜鋪設簡介

平臺間海底電纜的鋪設過程主要分成6個階段，依次為路由調查與垃圾清理、起始端電纜抽拉、正常鋪設、終止端電纜抽拉、海底電纜接線及測試、挖溝。其中海底電纜的起始端和終止端需要通過在平臺上預先布置好絞車，在施工船舶配合下，將電纜抽拉上平臺。

1.2 起始端電纜抽拉

如圖1所示，在正常鋪設開始前，需要通過在平臺上布置好絞車，將絞車鋼絲繩通過電纜護管，下放到海底后，施工船舶將鋼絲繩回收到甲板上與海底電纜進行連接；之后，在船舶、絞車、ROV的配合下，船舶將海底電纜慢慢下放至海底，同時平臺上絞車同步收緊鋼絲繩，將海底電纜牽引到護管喇叭口附近；然后絞車繼續收繩，將電纜抽入護管，在這個過程中，ROV需要在旁邊實時監視工作情況，必要時輔助絞車將電纜抽拉頭抽入護管，防止電纜卡住；電纜進入護管后，在絞車鋼絲繩的持續作用下，最終將電纜起始端抽拉上平臺；

圖1 起始端電纜抽拉示意圖

1.3 終止端電纜抽拉上平臺

當船舶到達終止平臺附近后，船舶開始終止端電纜S彎鋪設，以留出足夠的余量，同時根據需要，可在電纜上面設置浮袋等裝置，以減少抽拉時電纜與泥面的摩擦力。

終止端抽拉與起始端類似，通過平臺上預先布置好的絞車，將電纜通過護管抽拉上導管架平臺，不同的是，終止端電纜采用水下掛鉤方式，將絞車鋼絲繩與電纜進行連接，抽拉力比起始端大。

1.4 二次抽拉方法

由于平臺層高限制，在施工過程中，一般只能一次性將電纜抽出2-3m，而實際需要抽出15-20m的長度，因此需要進行二次抽拉，直到將電纜抽出足夠的長度。以下是工程中采用的兩種二次抽拉方案：

方案一：如圖2所示，在鋼絲繩連接在電纜頭部的拖拉頭上，抽出最高長度后，在護管口底部安裝一個電纜抽拉抱卡，將鋼絲繩連接到電纜抽拉抱卡上；在電纜抽拉抱卡達到最大高度后，在電纜底部安裝另外一個電纜抽拉抱卡，交替進行抽拉，直至抽出需要的長度。

圖2 交替抽拉示意圖

方案二：如圖3所示，根據需要抽出的電纜長度，在電纜端上隔一段距離，用一個拖拉網套將一根高強度尼龍繩與電纜平行固定在一起，在電纜頭部抽出護管口后，將鋼絲繩與高強度尼龍繩連接，通過抽拉尼龍繩，即可將電纜一起抽拉出來。

圖3 連續抽拉示意圖

方案對比：方案一中電纜每抽出一定高度后，要拆除安裝抽拉管卡，需要花費較長的時間，效率較低；方案二中抽拉可以連續進行，效率較高，但是鋼絲繩與尼龍繩連接的索具一般無法直接通過滑輪，每經過一處滑輪時，抽拉需要中止，在工程中可采用方案一，將電纜提升一定高度后，使尼龍繩穿過滑輪，再與鋼絲繩連接，其效率取決于需要通過的滑輪數量。

2 平臺改造及強度計算

在方案設計中，鋼絲繩最終如圖2、圖3所示，一般要求垂直進入護管；吊耳位置一般選擇在橫梁叉點，或者斜撐，大梁等強度較高的位置上；設備位置選定后，根據強度計算結果，決定是否對平臺進行加強改造。

本文以中海油某海纜鋪設項目為例，該平臺為海纜鋪設終止平臺，原設計為無人值守平臺，平臺小，高強度橫梁較少，同時電纜護管口與電纜接線箱不在同一層甲板上，施工難度較大。下面簡要介紹該平臺的設備布置及強度計算結果。

2.1 設備布置

建立該平臺抽拉區域結構模型，如圖4所示，鋼絲繩從絞車出來經過滑輪支架、導向滑輪1、導向滑輪2三次變向后進入電纜護管。鋼絲繩最終與護管有一定的角度，導向滑輪1位置甲板橫梁（H300X150）較小，因此焊接在此處的斜撐上。

圖4 設備布置圖

2.2 強度計算

該平臺所在區域海水深度約100m，所用電纜在空氣中重量2.9kg/m，海纜自重約2.9Te。鋼絲繩上的力由海底電纜本身的重量，包括附著海水重量、海纜與電纜護管及海床泥面的摩擦力(起始端電纜可以不考慮)組成，按經驗取自重的2倍，即5.8Te進行強度計算，模型載荷如圖7所示，將力直接加在桿件節點上，其大小等于鋼絲繩在此處合力大小，計算模型如圖5所示。

實際施工過程中，根據布置好的拉力計，監控到實際的拉力約3.5-4Te，可知按5.8Te進行計算，其安全系數約為1.5（開放海域系數取2.0，遮蔽海域系數不小于1.5[2]），因此是一個比較合理的數值。

圖5 SACS計算模型

2.3 計算結果

SACS計算結果如圖6所示，其計算依據為WSD AISC 9th/API RP 2A-WSD 21st，綜合UC值最大為0.74，小于1，其發生在滑輪支架底部桿件上，符合規范要求。因此該平臺設備吊點位置選擇合理，強度能滿足使用要求。

圖6 UC值分布圖

3 結語

本文介紹了海底電纜抽拉上平臺的過程及二次抽拉的方法，并通過一個實例介紹了海平臺改造和設備布置方案，計算結果表明此設計方案強度滿足使用要求。項目的成功實施，驗證了計算結果，可以為后續類似項目的實施提供了一定的經驗和技術指導。

3.1 二次抽拉時采用尼龍繩加拖拉網套的方式，可以高效的將電纜抽足夠的長度；

3.2 終止端平臺抽拉時，抽拉力最大，包含了海纜自重、附著海水重量、與電纜護管、及電纜在海床上的摩擦力；計算平臺結構強度時，該合力取為自重的2倍，其安全系數約1.5，可以保證結構的強度要求；

3.3 通過合理的選擇吊耳位置，如大梁、交叉點或者圓柱梁上，可以保證有足夠的強度，減少平臺改造工作量；

[1]房曉明.平臺間海底電纜鋪設.中國海上油氣(工程),1991.

[2]API RP 2A-WSD 21st Edition.Recommended Practice for Planning,Designing and Constructing fixed Offshore Platforms-Working Stress Design[M].2000.

[3]American Institute of Steel Construction(AISC).Manual of Steel Construction-Allowable Stress Design[M].9th edition,1989.

[4]單輝祖.材料力學[Ι]第三版,高等教育出版社,2009