深水海底管道水泥壓塊的安裝過程及檢驗(yàn)要點(diǎn)

孟凡生，李 軍

（1.中國石化股份有限公司勝利油田分公司海洋采油廠，山東東營 257000；2.中國船級社青島分社，山東青島 744000）

0 引言

我國第一個(gè)深海油氣田——荔灣3-1油氣田的深水段海水深度約1500m，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)到120億立方米/年。項(xiàng)目深水部分作業(yè)者為Husky Oil China Limited Company；總承包方為Saipem Portugal Comercio Maritimo；第三方發(fā)證檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)為美國船級社（ABS），中國船級社（CCS）參與檢驗(yàn)；設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命 30年。不考慮后期擴(kuò)建，荔灣3-1油氣田深水部分已建設(shè)海底管道干線3條，海底各撬塊之間管道支線12條。

由于海底地形地貌不平且地質(zhì)和海洋狀況復(fù)雜，該項(xiàng)目海底管道多處海床存在懸跨，距離較長且高度較大，這些位置經(jīng)過設(shè)計(jì)部門的靜態(tài)應(yīng)力分析和動態(tài)疲勞強(qiáng)度計(jì)算，結(jié)果表明若對懸跨段不采取干預(yù)措施將會大大縮短管道的使用壽命。目前按照規(guī)范要求及常規(guī)做法[1]，對懸跨段主要采取3種干預(yù)處理方式，即彈性挖溝敷設(shè)（Trenching）、拋石填埋敷設(shè)（Post-installation Gravel Dumping）、灌漿包和水泥壓塊敷設(shè)（Grout Bags and Concrete Mattresses）。荔灣深水管段主要采用灌漿包和水泥壓塊的干預(yù)方式。

本文將對該項(xiàng)目水泥壓塊的陸地制作、海上安裝及檢驗(yàn)過程進(jìn)行敘述和總結(jié)，以期通過介紹使相關(guān)方對水泥壓塊的制作、安裝和檢驗(yàn)過程有初步的了解，并為今后類似項(xiàng)目提供參考和幫助。

1 水泥壓塊的設(shè)計(jì)

1.1 水泥壓塊的設(shè)計(jì)

為保證水泥壓塊的重量及其柔軟度，設(shè)計(jì)時(shí)將水泥壓塊分割成66塊菱形小塊，塊與塊之間利用耐腐蝕的繩索連接，使其始終能夠穩(wěn)定地壓蓋住管道，減弱海流對管道的淘蝕作用，從而更好的保護(hù)管道。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式如圖1所示[2]，具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

圖1 水泥壓塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式

表1 水泥壓塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2 吊裝框架的設(shè)計(jì)

為保證大面積和柔軟的水泥壓塊完好裝卸及順利進(jìn)行海上安裝，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)了專門的吊裝框架以實(shí)現(xiàn)如下目的：1）裝卸過程水泥壓塊的均勻受力；2）海底安裝后摘鉤的方便快捷。

吊裝框架的結(jié)構(gòu)形式如圖2虛線框內(nèi)所示。其尺寸為10.5 m×2.5m，大小與水泥壓塊接近。吊裝框架的吊裝原理：1）吊裝時(shí)將水泥壓塊的吊索一端固定在吊裝框架上，另一端分別穿過對應(yīng)的水泥壓塊臨時(shí)設(shè)置的吊帶吊眼，放在吊裝框架的中心拉桿銷中；2）待所有22根吊索全部準(zhǔn)備完畢且另一端都放到了中心拉桿銷中后，人工合上中心拉桿并固定，鎖具系固完畢；3）吊裝水泥壓塊至指定位置；4）解固后，拉動中心拉桿，22根吊索一端自動脫落，吊裝框架將與隨你壓塊自動脫離，吊裝工作結(jié)束。注意：1）綁扎水泥塊的22根臨時(shí)吊帶將廢棄。2）此設(shè)計(jì)形式主要著眼于水下機(jī)器人（ROV）操作的方便快捷。

圖2 吊裝框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式

2 水泥壓塊的安裝及檢驗(yàn)要點(diǎn)

2.1 安裝位置及形式

水泥壓塊在自由懸跨段常見的安裝位置有：1）自由懸跨兩側(cè)與海床緊密接觸的管道上；2）懸跨一側(cè)與海床緊密接觸的管道上；3）自由懸跨段管道底部距離海床距離較近時(shí)，直接敷設(shè)在懸空管道上；4）若兩側(cè)存在懸跨，中間存在支點(diǎn)，直接敷設(shè)在兩側(cè)懸空段上。其目的是確保管道的穩(wěn)定性，避免管道因劇烈振動而降低疲勞壽命和導(dǎo)致?lián)p傷。

2.2 安裝方法

水泥壓塊采用陸地制作然后進(jìn)行海上安裝的方式，整個(gè)環(huán)節(jié)通過專門的吊裝框架吊裝完成。在深水段的海上安裝和海底監(jiān)控需要通過帶有動力定位系統(tǒng)的工程船和水下機(jī)器人（ROV）聯(lián)合完成。

2.3 安裝步驟

除非個(gè)別部位設(shè)計(jì)有特殊要求，通常水泥壓塊的安裝是在其管道鋪設(shè)及吹掃、試壓等預(yù)調(diào)試過程全部完成后、投產(chǎn)前進(jìn)行。主要經(jīng)歷如下步驟：1）前期準(zhǔn)備，包括程序方案的批準(zhǔn)和水泥壓塊的工廠制作及見證；2）裝船前的聯(lián)合驗(yàn)收；3）陸地運(yùn)輸、裝船及固定確認(rèn)；4）懸跨段位置的再次確認(rèn)；5）海上安裝及檢驗(yàn)；6）各方的書面確認(rèn)。

2.4 安裝過程及檢驗(yàn)要點(diǎn)

2.4.1 工廠驗(yàn)收

荔灣項(xiàng)目深水管道水泥壓塊的制作場地在珠海赤灣港巨濤場地進(jìn)行，制作期間業(yè)主方（Husky）、施工方（Saipem）和第三方（ABS和CCS）要求有代表駐廠見證。水泥壓塊的驗(yàn)收工作則由上述三方的海上安裝人員代表負(fù)責(zé)進(jìn)行，主要通過查閱和現(xiàn)場外觀檢查進(jìn)行驗(yàn)收。

檢驗(yàn)要點(diǎn)：1）產(chǎn)品質(zhì)量資料各方是否有效簽署及是否存在遺留問題；2）水泥壓塊的外觀檢查，如壓塊有無裂紋及損傷；3）聚丙烯連接繩索的外觀及連接狀態(tài)是否完好；4）吊裝框架的完好狀態(tài)，包括吊眼、吊繩及中心拉桿等；5）22根（每個(gè)水泥壓塊）臨時(shí)吊帶的綁扎完好性及綁扎位置的合理性。

2.4.2 裝船固定及運(yùn)輸

水泥壓塊重量及面積均較大，連接繩索在受力不均的情況下容易斷裂或存在斷裂隱患，在運(yùn)輸和海上安裝過程中均存在較大的安全隱患，所以在裝船及加固過程中一般要求各方均要到現(xiàn)場見證，以確認(rèn)水泥壓塊的運(yùn)輸及裝卸過程符合程序要求。運(yùn)輸時(shí)通常一輛平板車一次運(yùn)送一塊水泥壓塊，裝船時(shí)水泥壓塊之間允許堆壘，但必須保持每小塊水泥塊盡量在自由狀態(tài)以不至于承受太大的外力。水泥壓塊的堆壘如圖3所示。

圖3 水泥壓塊的堆壘

檢驗(yàn)要點(diǎn)：1）運(yùn)輸過程中是否存在外部損傷；2）堆壘時(shí)每個(gè)單元水泥塊應(yīng)盡量處于自由受力狀態(tài)；3）水泥壓塊之間應(yīng)放置木條等柔軟耐磨墊層相隔，避免運(yùn)輸過程中的摩擦損壞臨時(shí)吊帶；4）加固牢固，避免因松動導(dǎo)致運(yùn)輸過程中損壞聚丙烯連接繩索和造成船舶自身的危險(xiǎn)；5）裝船加固后，各方需簽署運(yùn)輸前的檢查確認(rèn)單。

2.4.3 海上安裝

1）懸跨段復(fù)查

水泥壓塊到達(dá)施工海域后，水下機(jī)器人（ROV）先進(jìn)行懸跨段位置的復(fù)查，主要確認(rèn)以下幾個(gè)方面：

（1）坐標(biāo)位置是否符合設(shè)計(jì)要求。

（2）懸跨長度、高度是否與設(shè)計(jì)圖紙存在較大變化。通常在進(jìn)行水泥壓塊安裝時(shí)管道已經(jīng)吹掃試壓完畢，管道內(nèi)已注滿液態(tài)介質(zhì)。此時(shí)在重力載荷和運(yùn)行載荷作用下，懸跨兩端的支點(diǎn)間距離應(yīng)不大于原設(shè)計(jì)長度，若發(fā)生異常，應(yīng)關(guān)注并報(bào)設(shè)計(jì)部門確認(rèn)。

（3）確認(rèn)懸跨段管段外觀的完好性，如是否存在變形或外涂層損傷等。

（4）確認(rèn)覆蓋區(qū)域有無陽極塊或閥門等設(shè)施。

作為檢驗(yàn)方，在見證以上過程中，要特別注意以下檢驗(yàn)要點(diǎn)：懸跨段位置是否正確；懸跨尺寸是否惡化；管道外觀有無損傷和有無其他附屬設(shè)施；查閱圖紙關(guān)注有無其他特殊要求。

2）海上安裝

懸跨段復(fù)查沒有問題且具備氣象預(yù)報(bào)條件后，作業(yè)者可進(jìn)行水泥壓塊的海上安裝：

（1）船舶就位：此時(shí)要求工程船（均為動力定位船，因ROV的影響，浪高低于3m可正常作業(yè)）應(yīng)距離管線敷設(shè)的坐標(biāo)點(diǎn)位置至少橫向 200m，防止水泥壓塊散落砸壞管道。

（2）安裝前準(zhǔn)備：各方檢查水泥壓塊的完好性；吊裝框架的完好性；簽署施工前檢查單。

（3）水下安裝：由工程船吊起水泥壓塊并放到距離海底20m處時(shí)，在ROV的監(jiān)控下操作船舶至指定地點(diǎn)就位；到位后水泥壓塊下方至10m再次停止，ROV檢查確認(rèn)吊裝狀態(tài)及管道狀況；確認(rèn)無誤后，水泥壓塊就位；安裝后的水泥壓塊如圖4所示。

圖4 安裝后的水泥壓塊

（4）確認(rèn)及摘鉤：檢驗(yàn)方確認(rèn)坐標(biāo)滿足精度要求后，水泥壓塊完全釋放在海床上，ROV轉(zhuǎn)動拉開吊裝框架中心拉桿，22根鎖具一端解開，吊裝框架與臨時(shí)鎖具分離，安裝工作結(jié)束。此時(shí)綁扎22個(gè)水泥塊的臨時(shí)鎖具將永久廢棄。

（5）各方共同書面確認(rèn)，就位完畢。

檢驗(yàn)要點(diǎn)：確認(rèn)運(yùn)輸過程中水泥壓塊的完好性，包括外觀、連接繩索、臨時(shí)吊裝鎖具等；關(guān)注吊裝過程和就位期間有無異常，水泥壓塊及管道有無損壞；確認(rèn)安裝坐標(biāo)是否準(zhǔn)確，就位后要求水泥壓塊中心騎在管道中心線上，除非有書面變更單，水泥壓塊沿管道方向誤差±2m，端部扭轉(zhuǎn)角度±5°[2]；特別注意每個(gè)位置安裝圖紙的說明，對于特殊段，設(shè)計(jì)通常會給出安裝的時(shí)間限制或懸跨段的長度要求，如不符合，應(yīng)及時(shí)提出或書面告知相關(guān)方；個(gè)別部位根據(jù)計(jì)算，可能需要2個(gè)或以上水泥壓塊疊加壓住管道，安裝時(shí)應(yīng)注意安裝精度的控制，確保施工在誤差范圍之內(nèi)。

3 結(jié)束語

深水管段懸跨段的有效處理對管道的使用壽命尤其重要，而水泥壓塊是處理深水段海底管道懸空段的有效方式，它能遏制懸空段的增長，減小管段的震動幅度和頻率，提高管段的使用壽命。深水海底管道施工風(fēng)險(xiǎn)高、成本大，每一個(gè)環(huán)節(jié)施工質(zhì)量的好壞都對整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度、成本等影響很大，希望本文的介紹能夠使相關(guān)方對水泥壓塊的制作、安裝和檢驗(yàn)過程有個(gè)初步的了解，并為今后類似項(xiàng)目提供參考和幫助。

[1]DNV-OS-F101.Submarine Pipelines Systems[S].2007.

[2]RECOVERY AND CONCRETEMATTRESSES INSTALLATION PROCEDURES[S].2013.