淺談海上平臺間海纜末端抽拉工藝

（深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518054）

0 引言

對于連接2個平臺之間的海纜（電纜/臍帶纜）鋪設安裝作業，在海纜末端抽拉上平臺時，目前國際海工領域上常用的方法有3種：1）海底拖拉法。海纜末端在海底甩下“U”形或“S”形彎段，使用平臺絞車直接進行抽拉。2）撐桿提拉法。海纜末端在海底甩下“U”形彎段，使用撐桿將“U”形彎段海纜提起，配合平臺絞車進行抽拉。3）半圓支架提拉法。半圓支架提前放置在海床的設計位置，將海纜末端鋪設進入半圓支架，使用半圓支架將海纜提起，配合平臺絞車進行抽拉。

1 海底拖拉法

“海底拖拉法”是早期平臺間海底電纜鋪設作業中常用的海纜末端抽拉工藝。將海纜末端按照預先設計好的彎段路由鋪設至海底后，使用平臺絞車直接將海纜抽拉至平臺進行錨固，如圖1所示（俯視圖）。

圖1 海底拖拉法海纜末端“S”形彎段示意圖

其主要的施工步驟有6個：1）海纜末端鋪設靠近平臺時，計算出所需抽拉至平臺的海纜長度，在計算好的位置將多余的電纜切斷（臍帶纜不可切斷，需要在末端平臺附近甩彎消耗多余長度的臍帶纜）。2）切斷后的電纜末端完成密封，并安裝輔助抽拉的拖拉網套（臍帶纜一般配備有專用的拖拉頭，無需安裝拖拉網套）。3）按照預先設計的“U”形或“S”形路由將海纜鋪設至海底，并將海纜末端臨時放置于平臺海纜護管口附近。4）平臺絞車通過平臺海纜護管下放至海底，將平臺絞車與電纜末端的拖拉網套（或臍帶纜拖拉頭）連接。5）回收平臺絞車，將海纜末端通過海纜護管抽拉至平臺的預定位置。6）安裝海纜錨固裝置，將海纜固定于平臺上。

“海底拖拉法”的優點是不需要輔助提拉工具，海纜末端抽拉作業設備只有平臺絞車，操作簡單，界面清晰。

但是其缺點也很明顯，主要有以下3點：1）在海纜末端抽拉至平臺過程中，整段“U”形或“S”形彎段海纜直接拖曳于海床上，海纜與海床之間的摩擦力較大造成所需絞車拉力較大，對平臺絞車的作業能力要求高；如果海纜“U”形或“S”形彎段內有障礙物，抽拉過程中可能會對海纜造成損傷。2）海纜進入護管口的角度不可調，如果進入角度存在較大偏差，可能會造成海纜刮傷。對于配備護管口密封塞的海纜，無法調整海纜進入護管口角度將會增大密封塞的安裝難度。3）海纜抽拉完成后其最終路由與設計路由存在較大偏差。

2 撐桿提拉法

“撐桿提拉法”是在“海底拖拉法”的基礎上改進的1種海纜末端抽拉工藝。海纜末端抽拉上平臺時，為了減小平臺絞車的抽拉力，降低安裝難度，使用撐桿在設計的位置將海纜提起。在平臺絞車進行抽拉的過程中，吊機將吊著海纜的撐桿下放，并同步移船，絞車抽拉、撐桿下放與移船三者協調一致，將海纜末端抽拉至平臺。其主要的施工步驟有10個：1）海纜鋪設靠近末端平臺時，在預先計算好的海纜位置安裝連接提拉撐桿用的兩套拖拉2套。2）繼續鋪設海纜，計算出所需抽拉至平臺的海纜長度，在計算好的位置將多余的電纜切斷（臍帶纜不可切斷，需在末端平臺附近甩彎消耗多余長度的臍帶纜）。3）切斷后的電纜末端完成密封，并安裝輔助抽拉的拖拉網套（臍帶纜一般配備有專用的拖拉頭，不需要安裝拖拉網套）。4）按照預先設計的“U”形路由將海纜鋪設至海底，并將海纜末端臨時放置于平臺海纜護管口附近。5）平臺絞車通過平臺海纜護管下放至海底，將平臺絞車與電纜末端的拖拉網套（或臍帶纜拖拉頭）連接。6）移船回到“U”形彎段海纜處，提拉拖拉網套須位于海纜“U”形彎段頂部兩側。吊機將配備好提拉索具的撐桿下放至海底海纜“U”形彎段上方。7）將撐桿的提拉索具連接至海纜“U”形彎段處的拖拉網套，如圖2所示，回收吊機，將海纜“U”形彎段垂直提起。8）平臺絞車鋼絲繩，同步下放撐桿，往平臺方向移船，3個動作協調一致，將海纜末端通過海纜護管抽拉至平臺的預定位置，如圖3所示，并進行海纜錨固。9）海纜抽拉結束后，將連接在撐桿上過多的海纜余量垂直于海纜路由下放至海底，如圖4所示。10）采用“撐桿提拉法”進行海纜末端抽拉時，除了要計算好所需的海纜長度，留有一定的余量外，還需保證海纜在水中的懸鏈線姿態，而懸鏈線監控的重要指標為海纜的上部懸掛點到觸泥點的水平距離（Layback，以下簡稱L）。

圖2 撐桿提拉法海纜“U”形彎段索具示意圖

如圖5所示的坐標，懸鏈線方程如公式（1）～（3）所示[1-2]：

圖3 撐桿提拉法海纜末端抽拉至平臺示意圖

式中：a為懸垂參數；H為水深；T0為電纜海底張力；w為電纜在水中每米的重量；L為海纜的上部懸掛點到觸泥點的水平距離；s為懸鏈線海纜總長；T為海纜上端所受的張力；R0為海纜著泥點處的彎曲半徑。

由此可知，L值發生變化時，其懸鏈線也會相應改變。在海纜高度H不變的前提下，L值變大，懸鏈線會變長，海纜所受的張力會變大；L值變小，懸鏈線會變短，海纜所受的拉力會減小，但是著泥點處海纜的彎曲半徑會變小。綜合考慮到海纜所受的拉力和著泥點處海纜的彎曲半徑，海纜L值會有1個安全范圍。在海纜施工過程中，應時刻保持海纜L值在此安全范圍內。

使用撐桿法進行海纜抽拉時，容易因操作不當造成海纜扭結，分析認為，內應力是海纜下放過程中扭結的主要原因。圖6和圖7為使用撐桿下放海纜時，不同L值下海纜的懸鏈線姿態和受力狀態比較圖。由圖可知，當撐桿兩邊的海纜L值越大時，海纜承受的張力越大，在較大張力狀態下，海纜本身會繃得更緊，相對于松弛狀態，繃緊的海纜不容易出現扭結[3]。

所以，為了防止海纜扭結，撐桿兩邊的海纜L值應保持一致，并且在L值處于安全范圍內的前提下，保持在相對較大的數值，使兩邊海纜承受較大的張力。同時，應時刻監測海纜狀態，監測點主要在海纜著泥點附近，如果條件允許，可同時對海纜中上部進行監測。當發現海纜有要打扭跡象時，立即停止作業，并查找原因。可采取對L值進行優化、減小海纜抽拉速度等措施防止海纜扭結。

圖4 撐桿提拉法剩余海纜鋪設示意圖

因為相對于“海底拖拉法”，“撐桿提拉法”將“U”形彎段的海纜整段提起離開海床，減小了海纜抽拉期間海纜與海床的摩擦力，所以其要求的平臺絞車能力相對較小。由于撐桿將整段“U”形彎段海纜提起，因此海纜抽拉期間不會受到路由附近海床障礙物的影響，且可通過調節撐桿的位置來調節海纜進入護管口的角度，使海纜抽拉作業更加安全，提高了配備有密封塞海纜的安裝成功率。

另外，與“海底拖拉法”相比，“撐桿提拉法”完成海纜抽拉后，海纜的最終路由更接近設計路由，如圖8和圖9所示，為2種抽拉工藝的完工路由圖。

3 半圓支架提拉法

“半圓支架提拉法”是在“撐桿提拉法”的基礎上，根據實際項目的需求而改進的1種海纜末端抽拉工藝。采用半圓支架提拉的目的主要是為了保證海纜在提拉與抽拉過程中，海纜的彎曲半徑能夠得到固定半徑支架的保護，確保海纜在抽拉過程中不會過彎，圖10為典型的半圓支架示意圖。

主要的施工步驟有以下6個：1）半圓提拉支架提前下放至設計的海纜路由“U”形彎頂部位置。2）海纜末端鋪設靠近平臺時，計算出所需抽拉至平臺的海纜長度，在計算好的位置將多余的電纜切斷（臍帶纜不可切斷，需在末端平臺附近甩彎消耗多余長度的臍帶纜）。3）切斷后的電纜末端完成密封，并安裝輔助抽拉的拖拉網套（臍帶纜一般配備有專用的拖拉頭，無需安裝拖拉網套）。4）將海纜鋪設進入半圓提拉支架卡槽，海纜末端臨時放置于平臺海纜護管口附近，將平臺抽拉絞車連接至電纜末端拖拉網套（或臍帶纜拖拉頭）。5）安裝船舶下放吊機起吊半圓提拉支架，保證海纜處于提拉支架卡槽內，通過半圓提拉支架將整段海纜“U”形彎段垂直提起。6）平臺絞車鋼絲繩回收，同步下放半圓提拉支架，往平臺方向移船，3個動作協調一致。將海纜末端通過海纜護管抽拉至平臺的預定位置，如圖11所示，并進行海纜錨固。

圖5 海纜懸鏈線示意圖

圖6 海纜L值較小示意圖

圖7 海纜L值較大示意圖

圖8 “海底拖拉法”的海纜完工路由

圖9 “撐桿提拉法”的海纜完工路由

圖10 半圓支架示意圖

海纜抽拉結束后，采用絞車配合吊機傾倒半圓提拉支架，將剩余海纜垂直海纜路由放置于海床，如圖12所示。

“半圓支架提拉法”與“撐桿提拉法”的區別在于將撐桿換成半圓支架。半圓支架相對于撐桿來說，其固定半徑的圓弧能切實保證海纜在抽拉過程中位于圓弧內的海纜彎曲半徑處于固定值。并且采用半圓支架提拉，海纜上不用安裝拖拉網套等附件，完成抽拉后，也不會在海纜上遺留輔助提拉等附件。

但是“半圓支架提拉法”因為需要將海纜鋪入支架卡槽內，所以對海纜鋪設的精度要求較高，同時半圓支架相對撐桿設計更復雜，占用甲板面積更多。

圖11 半圓支架提拉法示意圖

圖12 半圓支架提拉法剩余海纜鋪設示意圖

4 海纜末端抽拉工藝的選擇

“海底拖拉法”、“撐桿提拉法”和“半圓支架提拉法”在海纜末端抽拉平臺的施工中都有過成功的工程實踐。3種海纜末端抽拉工藝各有優缺點，可考慮從以下5個方面進行選擇：1）海纜末端平臺附近海底結構物較多，海纜末端“U”形彎不可避免會跨越已有結構物，建議選擇“撐桿提拉法”和“半圓支架提拉法”。2）平臺抽拉絞車載荷較小，需減小海纜抽拉拉力，建議選擇“撐桿提拉法”和“半圓支架提拉法”。3）對安裝有密封塞的海纜或對海纜完工路由要求較高的項目，建議選擇“撐桿提拉法”和“半圓支架提拉法”。4）完成海纜抽拉后，海纜上不允許遺留拖拉網套等附件，或海纜末端無法安裝拖拉網套等輔助提拉附件，建議選擇“海底拖拉法”和“半圓支架提拉法”。5）海纜鋪設精度低，甲板面積不足，可選擇“海底拖拉法”和“撐桿提拉法”。