海纜伴隨管道鋪設(shè)工藝的可行性

李士濤 李愛波 李鵬 前德門 商濤 海洋石油工程股份有限公司

1 鋪設(shè)類別

海上油田開發(fā)工程中的海纜類型眾多，包括控制臍帶纜、電纜、光纜及安防纜等。某些情況下設(shè)計(jì)要求海纜與海管沿相同的路由一體式鋪設(shè)。

為降低開采成本，部分油田會(huì)在主平臺(tái)周圍安裝一些微型無人的井口生產(chǎn)平臺(tái)，通過海底光纜實(shí)現(xiàn)中心平臺(tái)遠(yuǎn)程控制，這些光纜多為與管道綁縛一體式設(shè)計(jì)，在鋪管船鋪管的同時(shí)，將光纜綁縛在管道上。

2 伴隨鋪設(shè)工藝的特點(diǎn)

雖然外觀上海纜路由與海管路由都有相似的幾何形狀，鋪纜工藝與鋪管工藝也大同小異，但是如果在使用伴隨海管鋪纜的方式，則完全是一套全新的不同于常規(guī)海纜鋪設(shè)的工藝。

首先，海纜與海管登陸平臺(tái)的方式不同，海管是通過法蘭膨脹彎螺栓將平管與立管連接一體，而海纜則是穿過J形管直接登上平臺(tái)。鋪管船的起始船位是針對(duì)海管的平管鋪設(shè)設(shè)計(jì)，不能滿足J形管穿管的船位要求，因此伴隨鋪管船鋪纜，船位不當(dāng)時(shí)如何將海纜抽拉上平臺(tái)是需解決的問題。

第二，海纜比較單薄脆弱，在伴隨海管下水過程中，如何防止海纜被海管、托管架擠壓，確保海纜的安全下水也是伴隨海管鋪纜方案需解決的問題。

第三，平管鋪設(shè)期間，中途可以棄管再回收對(duì)接，而海纜原則上中途不允許切纜再對(duì)接，因此在鋪設(shè)過程中，應(yīng)急情況下棄管時(shí)如何處理船上剩余的海纜也是需解決的問題。

3 鋪設(shè)方案

與常規(guī)鋪纜方案相比，伴隨式鋪纜也分為準(zhǔn)備工作、起始端J形管穿管、正常鋪設(shè)、結(jié)束端J形管穿管等步驟。

3.1 準(zhǔn)備工作

在鋪管船上安裝鋪纜作業(yè)線，海纜滾筒容器/滾筒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安裝在不影響鋪管作業(yè)的位置，其捆綁作業(yè)站設(shè)在張緊器之后。從海纜容器到捆綁作業(yè)站搭建一條海纜行走路徑，包括滾輪托架、轉(zhuǎn)彎器，確保海纜運(yùn)行無障礙。

將海纜頭從海纜容器送到捆綁作業(yè)站位置。

3.2 起始端J形管穿管抽頭

（1）鋪管船按照海管的起始船位就位。當(dāng)鋪管船進(jìn)入正常鋪管階段，海管與海纜的捆綁點(diǎn)運(yùn)行到捆綁作業(yè)站位置，暫停走船鋪管。

（2）將經(jīng)過計(jì)算滿足登陸長(zhǎng)度的海纜采用綁浮袋或浮球的方式，在工作艇的協(xié)助下釋放至水中。漂浮狀態(tài)的海纜具有柔性/可朔性，常規(guī)工況環(huán)境荷載不會(huì)對(duì)海纜造成損傷，見圖1，海纜頭臨時(shí)固定至導(dǎo)管架上。

圖1 浮袋/浮球漂浮的海纜

（3）鋪纜與鋪管同時(shí)作業(yè)，施工人員將海纜捆綁在海管上，并監(jiān)視跟蹤海纜捆綁固定點(diǎn)安全入水。

（4）當(dāng)鋪管船離開平臺(tái)一定安全距離之后，潛水支持船靠近平臺(tái)就位，完成海纜的J形管穿管作業(yè)。利用卷揚(yáng)機(jī)抽拉海纜，潛水員水下喇叭口附近拆除即將進(jìn)入J形管的浮袋/浮球，直至海纜抽拉到位。隨后，潛水員攜載水下聲學(xué)USBL定位系統(tǒng)沿著海纜爬行調(diào)查海纜的位置，確認(rèn)海纜位置在設(shè)計(jì)的路徑上，拆除所有剩余在海纜上的浮袋/浮球，結(jié)束首端J形管穿管作業(yè)。

3.3 海纜伴隨海管正常鋪設(shè)

伴隨海管式敷纜的海纜下水到安全著床也是此工藝的關(guān)鍵點(diǎn)。第一，海纜隨海管下水不能簡(jiǎn)單地視為專業(yè)鋪纜船的下水過程（獨(dú)自滑過滿足海纜安裝半徑要求的弧形海纜槽），而是二者一同滑過托管架的托輥下水。如不采取保護(hù)性措施或者僅采取簡(jiǎn)單的捆綁手段，運(yùn)行過程中海纜可能與海管絞纏或發(fā)生側(cè)向位移，受到海管與托輥的擠壓而受損。第二，常規(guī)的海管鋪設(shè)工藝為“S-LAY”，海管從船上下水到著床，形狀為上彎段、下彎段“S”形，海纜捆綁固定到海管上，需留出一定的前后蠕動(dòng)余量。因此，為確保海纜的完好性，對(duì)海纜伴隨海管的形式必須進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)。

為保護(hù)海纜的安全，采用支座（PPE分體式馬鞍形墊塊）將海纜固定到海管頂部的12點(diǎn)位。馬鞍形PPE墊塊需依據(jù)所鋪管徑、纜徑進(jìn)行專門的模具設(shè)計(jì)和加工。

起始端海纜臨時(shí)放置水中之后，鋪管船進(jìn)入正常鋪管/鋪纜作業(yè)，鋪管、鋪纜兩條作業(yè)線分別將海管、海纜送至張緊器后的捆綁作業(yè)站，鋪纜人員利用專門加工的墊塊將海纜、海管捆綁一體，見圖2。

圖3為海纜海管綁扎一體的安全下水過程，海纜與托管架上的托輥不發(fā)生接觸。

圖2 海纜、海管的捆綁

圖3 海纜隨海管下水

3.4 應(yīng)急棄管時(shí)的棄纜方案

鋪管過程中如遇到棄管的情況，海纜有兩種處理措施：一是與棄管相似，切斷海纜。密封海纜端頭，海纜頭固定到海管上，隨海管一同棄置海床，待恢復(fù)海管鋪設(shè)時(shí)加裝一個(gè)應(yīng)急接頭。二是棄管前，首先由鋪管船吊機(jī)將海纜容器放置在水中距海管側(cè)向約10m的海床上，密封容器上的海纜頭，在海纜上自綁扎結(jié)束點(diǎn)始綁浮一段長(zhǎng)度等于工作水深長(zhǎng)度的浮袋/浮球，作為海纜下水及在水中的可塑性長(zhǎng)度，然后轉(zhuǎn)為鋪管船棄管操作程序。

原則上，海纜鋪設(shè)應(yīng)是一項(xiàng)連續(xù)性的操作過程，中途不允許發(fā)生棄纜、切纜、再對(duì)接的事件。伴隨海管的鋪纜方式最適宜于在赤道無風(fēng)帶海域，基本不受大風(fēng)影響的半封閉的海灣、湖泊，以及具備抵御風(fēng)浪能力強(qiáng)的大型鋪管船條件下實(shí)施。

3.5 結(jié)束端棄纜、海纜穿管登陸平臺(tái)

在鋪管結(jié)束端棄管之前，首先結(jié)束海纜在海管上的捆綁作業(yè)。當(dāng)最后一個(gè)捆綁點(diǎn)已經(jīng)到達(dá)海纜捆綁作業(yè)站時(shí)，暫停走船，類似于伴隨海管鋪纜的起始端操作。將設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的海纜綁上浮袋/浮球棄置水中，切斷多余海纜，密封海纜端頭；將海纜頭系掛在終端平臺(tái)上，漂浮在水中的海纜處于可塑性狀態(tài)，在潛水支持船、潛水員的協(xié)助下，拆除海纜的浮球/浮袋，將海纜穿過J形管拉上平臺(tái)。

最后利用水下聲學(xué)定位系統(tǒng)將海纜定位在擬定的海纜路徑上，避免影響膨脹彎的連接工作。

4 伴隨式鋪纜可行性分析

經(jīng)上述對(duì)伴隨海管的敷纜方案論證，在鋪管船進(jìn)行鋪管的同時(shí)，通過某些保護(hù)性手段以及特殊的敷纜工藝（采用PPE墊塊，用鋼質(zhì)綁帶將海纜牢牢地固定到海管上，起始端和結(jié)束端采用分階段作業(yè)的策略，有效避開鋪管船位不適于J型管的穿管作業(yè)；中途遇到應(yīng)急工況，可以暫時(shí)將海纜從托管架內(nèi)取出，利用鋪管船的吊機(jī)連同容器整體暫時(shí)棄置海床，或者采用加裝應(yīng)急接頭的方案）使得伴隨式敷纜方案具有可操作性。

但此套方案受鋪纜船甲板空間制約，海纜滾筒容器和海纜作業(yè)線應(yīng)不影響到鋪管作業(yè)；原則上此種方案最適宜于赤道無風(fēng)帶海區(qū)以及半封閉的海灣、湖泊，這些區(qū)域不存在惡劣的海況，基本不涉及中途臨時(shí)棄管的事件，否則棄纜回收操作程序復(fù)雜，稍有不慎會(huì)損傷海纜。