JZ9-3項(xiàng)目雙層保溫管鋪設(shè)工藝

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

1 工程概況

錦州9-3油田發(fā)現(xiàn)于1988年，油田位于渤海遼東灣北部海域，西北距葫蘆島市約53km，距海岸最近距離15km，距錦州20-2凝析氣田約22km，沿海平均水深約6.5～10.5m。

錦州9-3油田位于渤海北部海域遼東灣，油田主體區(qū)自1999年10月投產(chǎn)以來(lái)，先后經(jīng)歷了無(wú)水采油階段、低含水采油階段、中含水采油階段和高含水采油階段。截止2007年底油田綜合含水率達(dá)72.7%，油田采出程度只有12.7%。根據(jù)地質(zhì)油藏研究，剩余油富集區(qū)主要分布在油田厚度大的構(gòu)造高部位及油田邊部井網(wǎng)不完善區(qū)，儲(chǔ)量動(dòng)用程度有待進(jìn)一步提高。同時(shí)自2010年起，油田工藝處理系統(tǒng)持續(xù)出現(xiàn)處理量超出其本身處理能力的現(xiàn)象，且超出情況逐年加劇，將給油田生產(chǎn)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

主要工程量如下：新建1條14″/18″、2.497km從錦州9-3 WHPC平臺(tái)到錦州9-3CEPD平臺(tái)的雙層混輸管線，內(nèi)管規(guī)格：Φ 355.6 mm×15.9 mm，外管規(guī)格：Φ457mm×17.5mm。

圖1 JZ9-3油田布局圖

JZ9-3海管項(xiàng)目以海洋工程BH109為主作業(yè)船，BH109屬于船體式鋪管船，托管架為1節(jié)浮力式托管架，BH109船體右側(cè)布置一條鋪管作業(yè)線，主要參數(shù)如表1所示。

表1 BH109船舶參數(shù)

2 JZ9-3項(xiàng)目雙層保溫海管鋪設(shè)工藝

2.1 起始鋪設(shè)工藝

(1)鋪設(shè)方向的選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)路由、周?chē)Y(jié)構(gòu)物環(huán)境特點(diǎn)及施工海域海況特點(diǎn)選擇海管鋪設(shè)方向。JZ9-3項(xiàng)目為鋪設(shè)JZ9-3CEPD至JZ9-3WHPC平臺(tái)間海管，由于JZ9-3CEPD平臺(tái)為浮托平臺(tái)，導(dǎo)管架B2和B3樁腿間距較大，且海管鋪設(shè)期間旁邊有鉆井船進(jìn)行鉆井作業(yè)，無(wú)法在CEPD側(cè)完成終止鋪設(shè)作業(yè)，因此選擇從JZ9-3CEPD平臺(tái)作為起始位置，JZ9-3WHPC平臺(tái)為終止位置。

(2)起始纜布置

對(duì)于淺水海域，海管鋪設(shè)通常采用起始錨或者起始纜綁導(dǎo)管架樁腿的方法進(jìn)行起始鋪設(shè)。由于CEPD導(dǎo)管架的影響，且CEPD西南側(cè)存在4條海管（海纜），如采用起始纜需對(duì)已存海管或者海纜進(jìn)行保護(hù)，經(jīng)濟(jì)性較差。因此JZ9-3項(xiàng)目采用起始纜綁導(dǎo)管架樁腿的方法進(jìn)行起始鋪設(shè)。同時(shí)，由于管線的設(shè)計(jì)路由剛好從導(dǎo)管架B2和B3穿過(guò)，因此，該項(xiàng)目采用3根起始纜合成的方式進(jìn)行起始鋪設(shè)，如圖2所示。

圖2 起始纜布置圖

(a)鋪管船就位于海管設(shè)計(jì)路由的起始位置；(b)提前在甲板上將3根起始纜連接在一起，潛水員在吊機(jī)協(xié)助下按照?qǐng)D2所示將起始纜綁在B2和B3樁腿上；(c)預(yù)制海管至船尾，潛水員在水面位置連接起始纜與起始封頭；(d)進(jìn)行預(yù)拉緊，使張緊器張力逐漸增加至5t，潛水員水下檢查起始纜狀態(tài)，是否存在纏繞；(e)預(yù)拉緊試驗(yàn)結(jié)束后，開(kāi)始進(jìn)行起始鋪設(shè)。

2.2 正常鋪設(shè)工藝

2.2.1 BH109鋪管船鋪設(shè)雙層保溫管工藝

利用BH109鋪管船進(jìn)行雙層保溫管鋪設(shè)，采用單節(jié)點(diǎn)作業(yè)（單根海管長(zhǎng)度為12.2m），作業(yè)線鋪管工藝如表2所示。

表2 作業(yè)站布置

2.2.2 JZ9-3海管鋪設(shè)流程

JZ9-3海管項(xiàng)目采用作業(yè)線單節(jié)點(diǎn)鋪設(shè)方式，鋪管船作業(yè)線工藝流程圖見(jiàn)圖3。

圖3 BH109船雙層保溫管單節(jié)點(diǎn)施工工藝流程圖

2.3 弧線段鋪設(shè)控制

JZ9-3海底管道項(xiàng)目海管路由存在弧線段，弧線段鋪設(shè)對(duì)鋪管船的移動(dòng)及控制有較高要求，為了實(shí)現(xiàn)弧線段鋪設(shè)，需對(duì)鋪管船的鋪管參數(shù)進(jìn)行校核，確定可以實(shí)現(xiàn)弧線段鋪設(shè)。

最小彎曲半徑計(jì)算公式為：

R=(SF ×Tresidual)/(WSUB×Flateral)

其中：R為弧線段最小曲率半徑；SF為安全系數(shù)，通常取1.1；WSUB為水中海管單位重量；Flateral為土壤側(cè)向摩擦系數(shù)。

弧線段海管鋪設(shè)程序如下：

(1)根據(jù)鋪管計(jì)算數(shù)據(jù)，確定海管著泥點(diǎn)相對(duì)于鋪管船的位置；

(2)確定鋪管船弧線段位置的航跡圖，并繪制相關(guān)錨位圖；

(3)沿鋪管船航跡圖鋪設(shè)海管，根據(jù)監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)修正鋪管船的路由和張力，以實(shí)現(xiàn)精確控制海管的鋪設(shè)精度。

2.4 臨時(shí)棄管

由于惡劣海況或設(shè)備故障，鋪管過(guò)程中需將海管棄至海底。在棄管前，需將臨時(shí)棄管封頭焊接在海管的外管端，并將A/R纜與臨時(shí)棄管封頭連接，待臨時(shí)棄管封頭距離張緊器3m位置時(shí)，進(jìn)行張力轉(zhuǎn)換。張力轉(zhuǎn)換完成后，繼續(xù)向前移船，并釋放A/R纜，按照計(jì)算逐漸減小張力，將海管放置在海床，完成棄管作業(yè)。

2.5 終止鋪設(shè)

2.5.1 校核弧線段的穩(wěn)定性

由于管線終止端WHPC平臺(tái)西北側(cè)有鉆井船作業(yè)，因此，管線無(wú)法按照設(shè)計(jì)路由進(jìn)行棄管作業(yè)，選擇在棄管作業(yè)時(shí)偏移棄管，計(jì)劃從終止點(diǎn)300m處開(kāi)始偏移，棄管完成后管頭偏移48m，偏移棄管弧線段路由如圖3所示。由于管線終止段前部存在一個(gè)弧線段，且距離棄管位置較近，因此需校核兩個(gè)詳設(shè)弧線段的穩(wěn)定性，避免由于偏移棄管造成詳設(shè)弧線段位置發(fā)生變化。偏移棄管的弧線段半徑為1525m，偏移棄管的弧線段與詳設(shè)弧線段間距為253m，因此需核實(shí)棄管弧線段與詳設(shè)弧線段的穩(wěn)定性。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：

其中：Lmin為最小直線段距離；SF為安全系數(shù)，通常取5；Mdynq=DAF×EI/Rcurve，DAF為動(dòng)態(tài)系數(shù)，通常取1.3；E為楊氏模量，通常取207000；I為慣性距；Rcurve為弧線段半徑；Q=μ×Wsub，μ為土壤摩擦系數(shù)，Wsub為海管水中單位重量。

通過(guò)計(jì)算確定該方案可以保證詳設(shè)弧線段的穩(wěn)定性。

2.5.2 終止鋪設(shè)過(guò)程

海管鋪設(shè)至距離平臺(tái)500m時(shí)，開(kāi)始調(diào)整錨位，由于鉆井船的影響，按照設(shè)計(jì)路由船舶無(wú)法通過(guò)平臺(tái)，所以選擇通過(guò)偏移設(shè)計(jì)路由鋪設(shè)的方式完成終止鋪設(shè)。鋪設(shè)過(guò)程見(jiàn)圖3。

圖3 海管偏移棄管路由圖

(1)當(dāng)船尾著泥點(diǎn)距離終止棄管點(diǎn)大約300m時(shí)（著泥點(diǎn)距離BH109鋪管船船尾80m），開(kāi)始調(diào)整船位，向外偏移；

(2)繼續(xù)向前移船，同時(shí)向外偏移，移船過(guò)程中根據(jù)鋪管計(jì)算調(diào)整鋪設(shè)張力，使管頭安全到達(dá)海床；

(3)先后移船，使船尾位于管線實(shí)際鋪設(shè)路由終止點(diǎn)上方，潛水員下水解掉A/R纜與終止棄管封頭連接的卡環(huán)，鋪管船回收A/R纜，完成終止鋪設(shè)。

2.6 搬管作業(yè)

由于鉆井船位置的影響，棄管完成后海管的實(shí)際路由與設(shè)計(jì)路由存在較大偏移，最大偏移距離約43m，因此，需進(jìn)行搬管作業(yè)，使實(shí)際路由回到設(shè)計(jì)路由上。

搬管作業(yè)由BH109來(lái)完成，BH109裝有3個(gè)20t的舷吊，每個(gè)舷吊含有200m直徑32mm鋼絲繩，并且可以單獨(dú)控制。搬管作業(yè)用大吊（50t鉤頭），3個(gè)舷吊，船頭10t絞車(chē)以及4個(gè)2t的浮袋聯(lián)合作業(yè)，如圖5所示。

圖5 搬管作業(yè)吊點(diǎn)布置圖

(1)將BH109布置在沿海管路由方向，船艉朝向棄管封頭，按照搬管錨位進(jìn)行拋錨作業(yè)；

(2)潛水員下水沿海管路由進(jìn)行探摸并打點(diǎn)，記錄海管鋪設(shè)的實(shí)際路由，并與設(shè)計(jì)路由進(jìn)行對(duì)比；

(3)潛水員下水連接舷吊，并進(jìn)行預(yù)拉緊，檢查舷吊鋼絲繩；

(4)根據(jù)搬管計(jì)算進(jìn)行平管起吊作業(yè)，并通過(guò)多次移船使海管回到設(shè)計(jì)路由；

(5)搬管作業(yè)結(jié)束后，潛水員檢查海管路由是否回到設(shè)計(jì)路由上，如回到設(shè)計(jì)路由，解掉舷吊及浮袋，如未回到，重復(fù)步驟1-4。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著油氣開(kāi)采不斷向海洋邁進(jìn)，作為海洋“生命線”的海底管道將承擔(dān)越來(lái)越重要的角色。而在各類(lèi)海底管道項(xiàng)目中，施工技術(shù)往往又是項(xiàng)目的難點(diǎn)。因此，本文結(jié)合參與JZ9-3海管項(xiàng)目的實(shí)踐，對(duì)雙層管鋪設(shè)工藝及搬管工藝進(jìn)行闡述，希望對(duì)類(lèi)似的海底管線施工項(xiàng)目具有一定參考意義。