沙特阿美油田海底管線鋪設(shè)前后處理方法綜述

張 宇* 薛 方 鞏 雪 張 偉 王慧斌

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

沙特阿美油田海底管線較密集，新鋪設(shè)的管線在鋪設(shè)前要對(duì)鋪設(shè)路由進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，新鋪設(shè)的管線如需要跨越在役的管線或電纜，在管線鋪設(shè)前需要對(duì)交叉點(diǎn)位置進(jìn)行處理。由于在鋪設(shè)過(guò)程中，海底管線不可避免要經(jīng)過(guò)特殊地形（如凸凹不平的海床等），就會(huì)發(fā)生管線懸跨情況。為了避免管線懸跨后發(fā)生變形、斷裂等情況，對(duì)于超過(guò)設(shè)計(jì)允許長(zhǎng)度的懸跨管線要進(jìn)行相關(guān)處理，處理方式一般可分為交叉點(diǎn)處理和懸跨處理，本文主要針對(duì)沙特阿美油田項(xiàng)目中新鋪設(shè)海管在鋪設(shè)前后遇到跨越管線及懸跨問(wèn)題進(jìn)行了論述，并對(duì)幾種問(wèn)題的處理方法進(jìn)行了總結(jié)。

1 海底管線鋪設(shè)前后交叉點(diǎn)處理方法

沙特阿美油田石油資源非常豐富，隨著油田不斷開發(fā)，在役海底管線越來(lái)越多，新鋪設(shè)的管線或電纜不可避免會(huì)與在役的管線產(chǎn)生交叉，管線間搭接會(huì)造成管線損壞。為了解決上述問(wèn)題，需要對(duì)交叉點(diǎn)位置進(jìn)行處理。根據(jù)搭接管線的尺寸、類型和不同種類的管線的上下關(guān)系，使用處理的施工材料也不同，通常使用沙袋、灌漿包、水泥壓塊、水泥墩及馬鞍式的水泥橋等材料對(duì)交叉點(diǎn)進(jìn)行處理。

交叉點(diǎn)處理具有多種形式。

第一種是管線與管線間的交叉點(diǎn)處理，需要將新鋪設(shè)的管線墊高，避免其和現(xiàn)有的在役管線接觸。由于沙特阿美油田管線交叉較多并且部分管線的尺寸較大，會(huì)使新鋪的管線需要墊的很高，對(duì)于交叉點(diǎn)高度小于等于1.2 m的交叉點(diǎn)，一般用水泥壓塊、沙袋或灌漿包墊在管線或電纜下面，同時(shí)為了防止?jié)O網(wǎng)、船錨對(duì)管線造成傷害，使用沙袋或灌漿包進(jìn)行覆蓋保護(hù)，如圖1和圖2所示。

圖1 水泥壓塊及安裝圖示（單位：mm）

圖2 使用沙袋或灌漿包對(duì)交叉點(diǎn)進(jìn)行處理

沙特阿美油田某項(xiàng)目中使用的壓塊規(guī)格包括6 m×3 m×0.15 m和6 m×3 m×0.3 m兩種，灌漿包的規(guī)格為2 m，根據(jù)不同交叉點(diǎn)所需處理高度和不同尺寸的管線排列使用。水泥壓塊需要使用專用的吊裝框架進(jìn)行安裝。

對(duì)于需要墊高超過(guò)1.2 m的交叉點(diǎn)，可以使用水泥墩進(jìn)行處理，如圖3所示。使用水泥墩處理的優(yōu)點(diǎn)是避免由于水泥壓塊過(guò)高而造成倒塌。沙特阿美油田某項(xiàng)目根據(jù)前期調(diào)查結(jié)果設(shè)計(jì)了3種規(guī)格的水泥墩，分別為7 m×2.5 m×1.6 m， 7 m×2.5 m×1.5 m，7 m×2.5 m×1.3 m，質(zhì)量為30～32 t，需使用專用吊裝索具進(jìn)行吊裝。

圖3 水泥墩及安裝圖示（單位：mm）

第二種是新鋪電纜的路由與現(xiàn)有的在役管線交叉，為了避免電纜與管線接觸，需要在現(xiàn)有管線上面放置一塊水泥壓塊。

第三種是新鋪設(shè)管線通過(guò)現(xiàn)有的在役電纜，電纜所處的空間位置導(dǎo)致了無(wú)法使用普通墊高的方式使管線通過(guò)，這種情況下就需要使用類似拱橋式的墊墩，使電纜從橋孔通過(guò)，管線由橋頂通過(guò)，如圖4所示。拱橋的寬度需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要跨越的電纜寬度來(lái)預(yù)制。

圖4 拱橋水泥墩及安裝圖示

2 海底管線鋪設(shè)后懸跨處理方法

2.1 懸跨長(zhǎng)度和高度的要求

由于管線路由所在的海床凸凹不平，造成了管線懸跨，對(duì)于超過(guò)管道設(shè)計(jì)允許長(zhǎng)度的懸跨要進(jìn)行處理，避免管線懸跨后發(fā)生變形、斷裂等情況。不同尺寸的管線所允許的最大懸跨長(zhǎng)度有明確的要求，根據(jù)管線類型、尺寸、涂層壁厚等參數(shù)不同，其允許的最大懸跨長(zhǎng)度也不同。

以沙特阿美油田某項(xiàng)目為例，按照業(yè)主的設(shè)計(jì)要求，項(xiàng)目中5條海管懸跨處理需根據(jù)管線的不同狀態(tài)分別進(jìn)行，每條海管的最大允許懸跨長(zhǎng)度如表1所示。對(duì)于不同懸跨高度的管道處理方式也不相同，其處理方式如表2所示。

表1 不同尺寸管線的最大允許懸跨長(zhǎng)度

表2 不同懸空高度的處理方式分類

2.2 懸跨處理的材料

國(guó)內(nèi)對(duì)于懸空管線的處理方法通常是采用水泥沙袋對(duì)管線懸空的位置進(jìn)行填充，水泥和沙的體積比例一般為1:3，沙袋的形式較單一，承載能力也并沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算說(shuō)明。沙特阿美油田要求采用灌漿包的形式來(lái)處理懸空位置，處理方式可分為預(yù)充灌漿包和現(xiàn)場(chǎng)灌漿兩種形式，根據(jù)管線的規(guī)格、尺寸、懸跨高度等選取不同尺寸的灌漿包和填充材料。使用灌漿包處理懸跨管線的優(yōu)點(diǎn)是能使灌漿包與管線緊密貼合，泥漿固化后穩(wěn)定性較好，不易被水流沖刷而移動(dòng)，懸跨處理效果較好；缺點(diǎn)是灌漿處理的施工成本比沙袋填充方式高，需要使用水泥灌漿攪拌機(jī)和水泥存儲(chǔ)罐，同時(shí)灌漿袋的成本比傳統(tǒng)的編織袋要高很多。

以ULO公司RANGE 50 型灌漿包為例，如圖5所示，該型灌漿包適用于DN350～600 mm管線，按填充材料的承載能力將其分為硬、軟和較軟三種形式，其單位承載能力分別為2.435 t/m2，1.461 t/m2，0.974 t/m2，同時(shí)對(duì)于不同的填充高度、填充體積、水泥質(zhì)量和填充時(shí)間都有明確的標(biāo)準(zhǔn)。以常見的100～700 mm懸跨高度為例，其相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)如表 3所示，具體參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。

表3 ULO公司RANGE 50 型的灌漿包的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

圖5 灌漿包尺寸圖示（單位：mm）

2.3 施工方式

利用灌漿設(shè)備灌漿來(lái)處理海管懸跨。水深不同時(shí)，灌漿包的安裝方式也不同，不到 50 m的懸跨處理采用潛水員布放灌漿包，對(duì)于超過(guò)50 m水深的懸跨處理，一般采用工作ROV進(jìn)行灌漿包布放。

（1）潛水員安裝灌漿包

潛水員安裝灌漿包主要使用潛水設(shè)備、灌漿攪拌機(jī)和水泥存儲(chǔ)罐等灌漿設(shè)備。在安裝前需要對(duì)處理的懸跨點(diǎn)進(jìn)行探摸調(diào)查，再次測(cè)量懸空高度，根據(jù)高度選取不同尺寸的灌漿包。為了便于將灌漿包攜帶至水下懸空處理位置，一般在水面折疊灌漿包減小體積，同時(shí)附上配重塊。潛水員到達(dá)海床后，將灌漿包展開，放置在海管懸垮處理點(diǎn)下方并做好臨時(shí)固定，然后將灌漿管線與灌漿袋接口連接，啟動(dòng)灌漿設(shè)備向灌漿袋內(nèi)注入泥漿，直到灌漿袋內(nèi)的泥漿充至預(yù)設(shè)高度后完成現(xiàn)場(chǎng)灌漿直至泥漿凝固。該方法不需要大型浮吊設(shè)備，小型潛水支持船即可，施工效率高，作業(yè)成本低，泥漿在灌漿袋中固化后的穩(wěn)定性好，不易受到海流沖刷而移動(dòng)，懸跨處理后的效果較好。

（2）ROV安裝灌漿包

對(duì)于水深超過(guò)50 m的管線懸跨處理，一般采用工作型ROV來(lái)安裝灌漿包，主要需使用ROV設(shè)備、灌漿攪拌機(jī)、水泥存儲(chǔ)罐及灌漿包ROV專用布放籠等設(shè)備。對(duì)于深水管線懸跨處理時(shí)，為了便于將灌漿包下放至海床面上，需要將灌漿通過(guò)卷疊方式將其放在設(shè)計(jì)的布放籠中。

在甲板上，水面人員將灌漿管線與灌漿包連接，灌漿管匯也集成在布放籠上，下放布放籠時(shí)，灌漿管匯也隨之下放。布放籠到達(dá)海床面后，ROV采用機(jī)械臂打開布放籠，將灌漿包移出布放籠，展開并移至管線預(yù)處理位置，將灌漿閥門打開，通知水面人員開始灌漿，灌漿完成后，將灌漿管線與布放籠分離。

3 結(jié)論

對(duì)于海底管線鋪設(shè)前后的交叉點(diǎn)處理和懸跨處理，沙特阿美油田與國(guó)內(nèi)的處理方法和處理材料區(qū)別較大，沙特阿拉伯國(guó)家石油公司規(guī)范要求更為嚴(yán)苛。對(duì)沙特阿美油田常用的幾種交叉點(diǎn)處理方式進(jìn)行了介紹和總結(jié)，同時(shí)對(duì)沙特阿美規(guī)范中對(duì)于懸跨處理的長(zhǎng)度、高度要求、處理的材料及方法進(jìn)行了歸納和論述，希望能夠?yàn)楹罄m(xù)類似沙特阿美油田項(xiàng)目的海上施工提供借鑒和參考。