海底管道泄漏監測用光纜的安裝方法

胡 江，運 濤，張慶所

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452)

海底管道長期服役于復雜的海洋環境中，腐蝕、地震及第三方破壞等導致的管道泄漏事故頻發且不易被早期察覺。長輸管道在海洋油氣開采中具有重要地位，一旦發生管道泄漏，將會造成嚴重的經濟損失和環境污染，因此有必要對管道運行狀況進行實時監測。由于海洋環境特殊以及管道敷設工藝流程復雜，在海管上加裝分布式傳感器(通常是一根傳感電纜或傳感光纜)一直是個難題。為解決此問題，本文提出了一種獨特的伴隨海管的光纜敷纜方法，成為了國內首個成功案例，填補了相關領域的空白。光纖測溫傳感技術是一種不帶電、本質安全的傳感技術，通過伴隨管道的光纜，該技術一方面能夠測量泄漏時的溫度變化來識別泄漏的發生并定位，另一方面還可以測量管道周圍的振動來反映管道附近的作業情況，如拋錨、挖溝等。

1 光纜伴隨海管的敷設位置及安裝方案

根據泄漏監測原理，分布式傳感器(光纜)是通過監測傳感器周圍環境的溫度變化來判斷泄漏情況的。泄漏后管道周圍溫度場分布見圖1。

圖1 泄漏后管道周圍溫度場分布

由于油的密度較小，當泄漏發生后，油會聚集在海管上部位置。由圖1可以看出，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[1]。因此為保證傳感器的有效性，以及在管道敷設和挖溝過程中不損傷光纜，需要將光纜布置在海管中上方1:30和10:30位置。光纜敷設位置如圖2所示。

圖2 光纜敷設位置

此方案的特點是適用范圍廣、設計簡單、易操作、效果良好。為此，需要開發出一套光纜伴隨海管敷設的方法。根據管道敷設的流程，具體將分為5個階段實施：①平管段光纜綁扎及敷設；②平管段挖溝作業；③膨脹彎段光纜水下綁縛；④光纜沿海纜護管牽拉上平臺；⑤平臺上部走線及主機連接調試。

2 平管段光纜綁扎和敷設

2.1 起始端預留光纜固定

為了保證光纜的連續性，需要給膨脹彎和登上平臺的部分預留足夠長度的光纜，并在起始端海管下水前，將預留光纜沿8字綁縛在海底管道12點鐘方向，同時為了方便光纜登平臺，在光纜端部穿入浮球。

2.2 平管段光纜綁扎和敷設

光纜敷設時，需要多個鋪管船的中繼站。為了不影響管道防腐保溫工作，光纜從第11站到10站需提前綁縛，等第10站的發泡外殼安裝完畢后，再對第10站的光纜進行綁縛。正常敷設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3所示。

圖3 正常敷設光纜綁縛

每根管道綁縛完成后，移船走管，通過管道自然牽引光纜放出到敷設位置，并重復進行這樣的工作直至水平段全部完成。光纜敷設過程中，在光纜測試區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。

2.3 臨時棄管/回收

在海管敷設過程中，由于天氣或其他不可預見的因素，有時不得不臨時暫停海管的敷設，將海管密封后下放至海床，待天氣好轉或不可預見因素消失，再將海床上的海管回收至鋪管船作業線，這也就是海管敷設過程中的臨時棄管/回收。因此，光纜也要在臨時棄管時做好處理，與海管一起放置到海床上，主要的接頭程序包括預裝零件、剝纜、鎖固、熔接、灌封、外殼組裝等。作業程序如下：①接到棄管通知后，做好光纜截斷準備；②焊接管道拖頭時，將光纜在第9站多預留的20 m，截斷做封頭；③將預留的20 m光纜回彎，從9站綁至11站；④光纜隨管道一起棄入海中；⑤在棄管回收前，先對船上的光纜截斷處進行預處理，為續接做好準備；⑥管道回收后，將預留的20 m光纜從管道上取下，穿出到作業線外進行接頭制作；⑦接頭完成后，穿過通道口進入作業線。

3 后續工作內容

3.1 膨脹彎端光纜敷設

1)膨脹彎下水安裝前，在船上將帶外掛耳的柔性綁帶預先安裝在膨脹彎上，每間隔3 m一條。在安裝膨脹彎時,于彎頭處加綁1條柔性綁帶。

2)潛水員下水將起始端預留光纜通過退扭輪牽拉至船甲板上。

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

3.2 光纜登平臺

1)光纜登平臺前對平臺下層甲板的海纜護管開槽，用于焊接光纜錨固件，護管開槽如圖4所示。

圖4 護管開槽

2)將帶鋼球的繩索從下層甲板海纜護管口放至海纜護管喇叭口處，繩索端部與船上絞車相連。

3)潛水員下水將帶有拖纜網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，并對光纜進行臨時固定。

5)光纜登平臺后，在海纜護管位置處將光纜錨固，光纜錨固示意圖如圖5所示。

圖5 光纜錨固示意圖

3.3 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。

2)沿平臺走線橋架，將光纜從接線箱位置布設至傳感主機位置(中控室)。

4 結束語

本文提出并研究了適用于海底管道的光纜敷設工藝，同時在國內首次利用光纖傳感技術對海底管道進行安全監測，以及實現了適用于海底管道安全監測的光纜敷設，包括預留光纜固定方法、水平段光纜布設工藝、膨脹彎段光纜固定方法、光纜牽拉登平臺方法等。此種用于海底管道的光纜敷設工藝，不僅不影響現有海底管道敷設時的施工周期和光纜監測范圍，且后續挖溝作業也不會對光纜造成影響，填補了相關領域的空白，具有重要意義。