渤海海域海底電纜深埋技術研究與應用

劉靜辰，熊 剛，李學楠

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津300459）

1 概 述

伴隨著海洋油氣資源的開發(fā)利用，越來越多的海上采油平臺設施矗立在蔚藍的大洋之中。海底電纜作為平臺之間動力、信號傳輸?shù)拇髣用}，海上平臺連接的紐帶，越來越多地鋪設在海洋之中。淺海海域海底電纜鋪設于海底，常規(guī)要求達到 1.5m埋設深度。隨著海上油田的持續(xù)開發(fā)調(diào)整，受環(huán)境、自然和人為因素的影響，海底電纜的深埋需求將會不斷增加。

渤海某油氣田開發(fā)項目位于渤海中部海域，油田范圍內(nèi)年平均水深約 20m。該項目需新鋪設 1條6.4km海底電纜，由于此條海底電纜路由毗鄰京唐港錨地，根據(jù)通航安全影響評估論證報告的要求，為保證海底電纜和通航的安全，此條海底電纜需要埋深3.5m。此前國內(nèi)海底電纜的埋深只需1.5m，3.5m的海纜埋深在國內(nèi)實屬首例，對鋪纜船舶、埋纜設備都提出了更新、更高的要求。

2 研究目標與難點

為保證安全、質(zhì)量的情況下完成該段海纜的鋪設工作，完善國內(nèi)深埋海纜鋪設工藝，使該項技術擁有較好的適應性及發(fā)展前景，主要技術研究目標如下：

①完成深埋所需埋纜設備的設計及改造；②實現(xiàn)海纜的埋深至少達到3.5m。

主要技術研究難點如下：

①深埋埋纜機的研發(fā)與制造；②規(guī)避施工風險，確保海纜鋪設質(zhì)量。

3 研究創(chuàng)新和突破

3.1 突破邊鋪邊埋式鋪纜工藝的深埋瓶頸

海纜埋設通常有 3種施工方式：預挖溝、后鋪設；邊鋪設邊埋設；先鋪設、后埋設。每種作業(yè)方式都有其優(yōu)缺點及一定的適用性，項目組通過充分研究海纜路由地質(zhì)調(diào)查資料并進行相關參數(shù)計算及風險分析決定采用邊鋪設邊埋設的作業(yè)方式。此工藝可有效規(guī)避預開溝后回填的不確定因素和環(huán)境污染，以及后埋設極易對海纜造成損傷的風險。但此工藝國內(nèi)僅應用到 1.5m海纜埋深，由于埋設深度的大幅度增加，給海上施工造成了極大的困難。項目組充分借鑒國際公司的成功案例和經(jīng)驗，開拓思路、大膽創(chuàng)新實踐，突破了邊鋪邊埋鋪纜工藝的深埋限制瓶頸。

3.2 高壓力大流量埋纜機的應用

根據(jù)海纜路由地質(zhì)調(diào)查資料，以海纜路由最大不排水抗剪強度 100kPa為計算基礎，進行了相應破土能力計算，通過模擬實驗、校核驗證，計算確定滿足施工要求的埋纜機配置為2臺揚程為400m、流量為400m3/h的噴射泵。以此配置為基礎，對埋纜機進行設計改造，設備改造方案在大連船廠實施，改造過程中通過 10余次的海試驗證對改造成果進行修復完善，最終使其達到了預定的埋深效果。該埋纜機的主要功能有：

①配備縱橫向姿態(tài)儀。

②水力噴射臂配角度儀實現(xiàn)埋深顯示。

③監(jiān)控臺配溝形和海纜截面的聲納圖像。

④監(jiān)控臺設有牽引纜牽引力顯示。

⑤監(jiān)控臺配置埋纜機及水力噴射臂的水下模擬實時圖像。

⑥電纜張緊器配置張力顯示。

⑦電纜張緊器配置釋放長度顯示。

⑧埋纜機體內(nèi)彎曲控制輥輪設有壓力傳感器。

⑨水泵出口設壓力檢測裝置并顯示在監(jiān)控臺上。

⑩監(jiān)控臺設置數(shù)據(jù)記錄儀及鋪纜挖溝過程中的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)記錄保存功能。

埋纜作業(yè)原理參見圖 1。該埋纜機噴沖臂長度約6m，理論最大埋深為 4.3m，設計噴沖臂與水平角度成 40 °時海纜埋深可達 3.8m，滿足本項目海纜埋深3.5m的要求。埋纜機系統(tǒng)組成示意圖見圖2。

3.3 水下監(jiān)控系統(tǒng)的完善

圖1 埋纜機埋纜作業(yè)原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of operation principle of cable burying machine

圖2 埋纜機系統(tǒng)組成示意圖Fig.2 Schematic diagram of system composition of cable burying machine

由于海底電纜 3.5m埋深鋪設后難以驗證，為確保施工質(zhì)量，滿足埋設深度要求，必須在鋪設過程中保證海纜的埋設深度可以監(jiān)控。項目組創(chuàng)造性地在海纜主要埋設施工設備——埋纜機上增加和完善了水下工況監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的反饋結果對鋪設速度及埋纜機姿態(tài)進行調(diào)整，對埋纜機水平姿態(tài)、埋設臂埋設深度及噴射泵壓力等參數(shù)進行監(jiān)控。實時的記錄海底電纜的埋設深度，確保了施工質(zhì)量。

3.4 創(chuàng)新海纜終止鋪設余量預留方法

在使用動力定位船鋪纜的情況下，鋪纜船鋪設海纜至結束端平臺附近時將登平臺多余海纜多以“S”或“Ω”形棄置海底，但這需要動力定位船舶精準的“走位”，也意味著高昂的施工成本。本項目中結合鋪纜船非動力定位的船舶特性，創(chuàng)新了一種終止鋪設方法，將登平臺多余海纜以綁扎浮球方式預留。

4 結 論

海纜深埋技術在渤海得以應用并順利完成海上施工，海纜鋪設時間僅用 5d，對比需 1個多月海上施工工期的預開溝方案，此技術的應用大幅縮短了施工工期，提高了施工效率，保證了施工質(zhì)量，未對海洋環(huán)境造成污染。此技術方案的設計及其指導的海纜安裝工程的順利完成具有里程碑式的重要意義，填補了在深埋海纜施工技術方面的空白。隨著海上油田的不斷開發(fā)調(diào)整，受環(huán)境、自然和人為因素的影響，海底電纜的深埋需求將會不斷增加，未來的海纜深埋項目可以充分借鑒本項目的成功經(jīng)驗。