近岸段海底管道岸拖及斜立管安裝技術(shù)

摘要：針對(duì)淺水海域近岸段海管鋪設(shè)施工中遇到的陸地空間受限難題，使用斜立管作為中間過(guò)渡結(jié)構(gòu)連接海底管道和陸地管道，采用了舷側(cè)對(duì)接的方式連接海管和斜立管。海管登陸段施工采用了海管岸拖和斜立管安裝相結(jié)合的方案。海管岸拖采用了鋪管船利用自身系泊絞車(chē)回拖的方式，避免了陸地安裝線性拖拉絞車(chē)。斜立管安裝利用兩艘淺水浮吊船靠泊使用，解決了斜立管預(yù)制和吊裝空間受限的難題。最后采用舷側(cè)對(duì)接的方式將海管和斜立管連接成為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)了海管登陸并與陸地管線連接。

關(guān)鍵詞：近岸段；登陸；岸拖；斜立管；舷側(cè)對(duì)接

中圖分類(lèi)號(hào)：TE952" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " "doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2024.05.004

Technology of Nearshore Subsea Pipeline Shore Pull and Goose Neck Riser Installation

HU Kai，LI Jiannan，HONG Shuai，NIU Qiang，LIU Kai

（Offshore Oil Engineering Co. Ltd.， Tianjin 300461， China）

Abstract： In response to the issue of limited land space encountered during the construction of a nearshore subsea pipeline in shallow waters， an intermediate transitional structure， namely the goose neck riser， is employed to connect the subsea pipeline and the onshore pipeline. The broadside tie-in method is utilized to establish the connection between the subsea pipeline and the goose neck riser. The landing construction of the subsea pipeline employs a combination of the pipeline shore pull and the installation of the goose neck riser. The subsea pipeline shore pull employs the use of the laying vessel's mooring winch to pull back， thus obviating the necessity for the installation of a linear pull winch on land. The installation of the goose neck riser is accomplished by utilizing two shallow-water floating crane vessels to berth， which addresses the limitations posed by the constrained space available for riser prefabrication and hoisting. Finally， the subsea pipeline and goose neck riser are connected as a single entity via the broadside tie-in method， which facilitates the landing of the subsea pipeline and its connection with the onshore pipeline.

Key words：" nearshore section；landing；shore pull；goose neck riser；broadside tie-in

海底管道近岸段通常是指從登陸點(diǎn)開(kāi)始向外海延伸500～5 000 m范圍內(nèi)的海管路由［1］。近岸段海管登陸后與陸地終端相連接，近岸段海管登陸方式有多種，包括水平定向鉆穿越登陸和拖拉登陸等［2-4］。水平定向鉆穿越登陸可采用陸對(duì)?；蛘吆?duì)陸的方式完成海管登陸與陸地管線連接，適用于海管登陸點(diǎn)海坡落差較大的情況［5］。水平定向鉆穿越登陸具有不用開(kāi)挖作業(yè)、對(duì)環(huán)境影響小、穿越后的海管穩(wěn)定性和安全性好等優(yōu)點(diǎn)。但水平定向鉆穿越登陸會(huì)受到地質(zhì)條件、海域水深、鉆機(jī)能力等條件限制且施工設(shè)備多，操作流程復(fù)雜［6］。海管拖拉登陸有浮拖法、離底拖法、底拖法等，一般將海管從海上往陸地方向進(jìn)行拖拉，即將鋪管船布置在海上指定位置，在陸地安裝線性拖拉絞車(chē)為海管拖拉提供拖拉力，鋪管船作業(yè)線內(nèi)完成海管接長(zhǎng)，海管從海上被拖拉到陸地端［7-8］。海管也能從陸地被拖拉到海上，這樣就需要在陸地建造用于海管接長(zhǎng)的作業(yè)線［9］，作業(yè)線包括多個(gè)工作間來(lái)完成海管的焊接、檢驗(yàn)、涂敷等工作，在海上利用船上拖拉絞車(chē)將海管從陸地拖拉到海上，這種方法需要陸地有足夠大的空間來(lái)布置作業(yè)線。完成拖拉后的海管在陸地上直接與陸地管線連接。對(duì)于海床與陸地高程差較大時(shí)就無(wú)法直接拖拉到陸地上，面對(duì)這種情況，可以用斜立管作為中間過(guò)渡結(jié)構(gòu)。斜立管安裝在岸堤斜坡上將海底管線和陸地管線連接。海底管線和斜立管的連接可以采用修筑圍堰的方法［10］。圍堰法需要利用泥沙作業(yè)船構(gòu)筑圍堰堤壩并排水，在圍堰內(nèi)通過(guò)陸地吊機(jī)配合完成海管和斜立管的對(duì)接，完工后還要進(jìn)行回填保護(hù)、地貌恢復(fù)等工作。圍堰法施工流程復(fù)雜，還需要得到登陸點(diǎn)陸地所屬單位和政府等利益相關(guān)方的審批。

針對(duì)某海管鋪設(shè)項(xiàng)目，海管登陸點(diǎn)為發(fā)電廠，發(fā)電廠內(nèi)工藝管線和設(shè)備設(shè)施較多，沒(méi)有足夠的空間放置海管鋪設(shè)施工設(shè)備，水平定向鉆穿越登陸和傳統(tǒng)的海管拖拉登陸均受到限制。海底管線和斜立管的連接也可以在水面以上在工程船舷側(cè)完成對(duì)接［11-12］。本文采用海管預(yù)制和拖拉絞車(chē)布置均在鋪管船上的方式，海底管道和斜立管的連接方式采用了浮吊船舷側(cè)對(duì)接的方法，最終實(shí)現(xiàn)近岸段海管鋪設(shè)至陸地終端。

1 工程概述

某海管鋪設(shè)項(xiàng)目中近岸段需要鋪設(shè)一段登陸海管用于與陸地上管線連接。施工海域水深為2.5 ～4.2 m。海管規(guī)格為外徑762 mm，壁厚19.1 mm，防腐層采用4.2 mm的3LPE，混凝土配重層80 mm，鋼材等級(jí)為X65，屈服強(qiáng)度為450 MPa。

根據(jù)近岸段實(shí)際情況，海管鋪設(shè)方式選用了先采用底拖的形式將海管拖拉至近岸端，然后再利用舷側(cè)對(duì)接的方式將海管與斜立管連接。斜立管有2個(gè)彎頭呈“Z”字形，斜立管下彎段連接海管，上彎段露出水面與陸地管線連接。斜立管安裝方法與整體立管類(lèi)似［13］，但斜立管安裝是在臨近岸堤海域作業(yè)，水深淺且需要對(duì)岸堤進(jìn)行提前開(kāi)挖處理。

海管岸拖施工船舶使用鋪管船CPOE101船。CPOE101船總長(zhǎng)120.5 m，型寬32.2 m，型深6.5 m，最小吃水2.5 m。該船擁有1臺(tái)75 t張緊器、1臺(tái)75 t收放絞車(chē)、4臺(tái)吊重能力60 t的舷吊和8臺(tái)系泊力1 170 kN的錨機(jī)。斜立管安裝海域水深較淺，大型施工船舶無(wú)法進(jìn)入，而吃水較淺的浮吊船往往尺寸較小，甲板空間有限不能同時(shí)滿足斜立管預(yù)制和吊裝的空間要求，因此，采用兩條小型浮吊船靠泊一起使用，浮吊船A配備舷吊和吊機(jī)用于斜立管安裝，在浮吊船B的甲板進(jìn)行斜立管預(yù)制。浮吊船A有2個(gè)舷吊，舷吊起吊能力為500 kN，浮吊船A吊機(jī)的最大吊重能力為100 t。

海管登陸段施工前，對(duì)拖拉段海管的路由進(jìn)行了預(yù)挖溝，待海管鋪設(shè)完成后再進(jìn)行拋石回填。為了防止挖溝后回淤，在距離對(duì)接點(diǎn)105 m的路由范圍兩側(cè)安裝了鋼板樁，兩側(cè)鋼板樁之間距離1.5 m。為了保證斜立管安裝就位，對(duì)岸堤進(jìn)行開(kāi)挖并造出平整的緩坡，斜立管出水段能貼合在該斜坡上。斜立管設(shè)計(jì)位置如圖1所示。為了施工船舶能夠順利就位和岸拖需要，提前在陸地上澆注了3個(gè)地錨，用于施工船系泊使用。

2 岸拖

2.1 岸拖方案

海管岸拖采用鋪管船CPOE101船自身左舷船尾的7#錨的系泊絞車(chē)作為拖拉絞車(chē)，7#錨纜作為拖拉纜，7#錨纜先穿過(guò)陸地地錨上的導(dǎo)向滑輪，然后再連接作業(yè)線內(nèi)海管封頭。海管采用邊鋪設(shè)邊拖拉的方式，即鋪管船作業(yè)線內(nèi)海管每預(yù)制一根（長(zhǎng)12.2 m），7#錨的系泊絞車(chē)則回收一次7#錨纜，作業(yè)線內(nèi)海管通過(guò)托管架緩慢地被拖拉到設(shè)計(jì)位置。海管岸拖采用底拖的方式，海管拖拉過(guò)程中整條海管與海床保持接觸狀態(tài)。單根海管在水中質(zhì)量為3 483 kg。為了減少海管底拖所需的拖拉力，海管在作業(yè)線里需要綁扎上浮筒，浮筒浮力為15 kN。海管封頭上也要綁扎浮筒，減少海管封頭與海床之間的摩擦力。岸拖海管總長(zhǎng)度為256 m。在作業(yè)線內(nèi)海管封頭后面的海管上還要綁扎兩條額定載荷為400 kN的吊帶，用于后面斜立管安裝時(shí)提升海管。

海管岸拖過(guò)程如圖2所示，其中鋼絲繩1和鋼絲繩2的直徑均為56 mm，破斷載荷為1 980 kN。拖拉纜（7#錨纜）為直徑64 mm的鋼絲繩，破斷載荷為2 440 kN。海管拖拉到位以后，陸地端先將海管封頭上的鋼絲繩2連接到地錨上，再解除7#錨纜并回收。這時(shí)海管的一端連接著地錨固定，另一端在鋪管船作業(yè)線內(nèi)。鋪管船就可以往遠(yuǎn)離陸地方向繼續(xù)鋪設(shè)海管。

海管拖拉過(guò)程中的拖拉力受海管拖拉長(zhǎng)度、海管和拖拉纜重力、海管和拖拉纜與海床摩擦因數(shù)、浮筒浮力、海況等因素影響。通過(guò)OrcaFlex軟件對(duì)岸拖過(guò)程進(jìn)行模擬分析，拖拉過(guò)程中，最大拖拉力為260 kN，拖拉纜和鋼絲繩強(qiáng)度均滿足要求。海管受到最大應(yīng)力為272 MPa，僅為鋼管屈服應(yīng)力的60.4%，滿足強(qiáng)度要求。

2.2 岸拖系泊系統(tǒng)

鋪管船共配備8個(gè)工作錨，由于7#錨纜作為岸拖的拖拉纜，因此只布置7個(gè)錨。為了保證船舶穩(wěn)定性，船尾的兩個(gè)錨纜需連接到陸地地錨上，如圖3所示。地錨是由混凝土澆筑而成的密實(shí)的混凝土砌塊，主要依靠混凝土砌塊與地面之間的摩擦力來(lái)起作用，所以混凝土砌塊需要有足夠的質(zhì)量才能提供較大的摩擦力。地錨A1和A2的混凝土砌塊規(guī)格為長(zhǎng)和寬均為5 m，高為1.5 m，能夠承受300 kN系泊力。地錨B的混凝土砌塊規(guī)格為長(zhǎng)和寬均為6 m，高為2 m，能夠承受600 kN系泊力。地錨上均安裝有吊耳用于連接纜繩。為了便于錨纜與地錨之前連接和解除，錨纜與地錨之間連接使用了一段高強(qiáng)纜繩，高強(qiáng)纜繩具有質(zhì)量輕、柔性好的特點(diǎn)。高強(qiáng)纜繩一端連接地錨，另一端連接鋪管船錨纜。

6#錨纜連接地錨A1，8#錨纜連接地錨A2。錨纜與地錨連接好后要利用其自身系泊絞車(chē)進(jìn)行拉力試驗(yàn)，讓錨纜承受一定拉力值并維持一段時(shí)間，確保錨纜和地錨的連接安全可靠。

3 斜立管安裝

3.1 斜立管安裝前準(zhǔn)備

斜立管用于海管登陸與陸地管線連接，采用水面以上焊接的形式將海管和陸地管線連接。海管岸拖結(jié)束后，鋪管船完成海上海管鋪設(shè)工作，斜立管就可以與拖拉到位的海管連接。

斜立管安裝流程包括：兩艘浮吊船就位；潛水員和陸地定位人員相互配合對(duì)斜立管安裝位置進(jìn)行測(cè)量并清理海管路由上障礙物；斜立管在浮吊船甲板預(yù)制；潛水員下水將舷吊與海管上索具連接；根據(jù)計(jì)算分析按步驟提升海管；舷側(cè)對(duì)接平臺(tái)安裝；海管封頭切割；斜立管起吊至浮吊船舷側(cè)；斜立管與平管組對(duì)、焊接、檢驗(yàn)、節(jié)點(diǎn)涂敷等；舷側(cè)對(duì)接平臺(tái)拆除；根據(jù)計(jì)算分析按步驟下放斜立管至設(shè)計(jì)位置；潛水員下水回收索具和浮筒。

潛水員下水探摸海管岸拖最終海管封頭的位置并用信標(biāo)標(biāo)記出其位置坐標(biāo)，再在海管上距離封頭一定距離位置找兩個(gè)點(diǎn)同樣用信標(biāo)標(biāo)記出其位置坐標(biāo)。根據(jù)這些標(biāo)記的位置坐標(biāo)，確定海管實(shí)際路由，最終通過(guò)三維軟件繪制出所要預(yù)制斜立管的具體尺寸。在浮吊船B的甲板上完成斜立管預(yù)制，斜立管總長(zhǎng)為31.3 m，總質(zhì)量為25.4 t。

3.2 起平管

岸拖海管時(shí)已在海管上綁扎好提升索具，浮吊船在設(shè)計(jì)位置就位后，潛水員下水將舷吊與海管上索具連接。使用OrcaFlex軟件對(duì)起平管過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算分析，分析結(jié)果如表1。根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，利用浮吊船上的舷吊分10個(gè)步驟將平管提升至設(shè)計(jì)位置。提升過(guò)程中，舷吊1最大受力204 kN，舷吊2最大受力345 kN，均在兩個(gè)舷吊起吊能力范圍內(nèi)。提升到位后海管管端距離水面高度為1 m。

3.3 舷側(cè)對(duì)接

利用浮吊船A的吊機(jī)將已經(jīng)預(yù)制完成的斜立管從浮吊船B甲板上起吊。初始起吊時(shí)需用浮吊船B的吊機(jī)配合將斜立管吊至站立狀態(tài)，之后由浮吊船A的吊機(jī)將斜立管吊至其舷側(cè)，在舷側(cè)對(duì)接平臺(tái)上與平管端進(jìn)行對(duì)接。對(duì)斜立管吊裝過(guò)程進(jìn)行了受力分析，吊點(diǎn)處應(yīng)變最大為0.014%，滿足斜立管強(qiáng)度要求［14］。斜立管吊裝和平管提升所用的索具均經(jīng)過(guò)校核且強(qiáng)度滿足要求［15］。舷側(cè)對(duì)接平臺(tái)采用可伸縮的形式，平管提升到位后可將平臺(tái)伸縮結(jié)構(gòu)伸出增加對(duì)接平臺(tái)面積。在舷側(cè)對(duì)接平臺(tái)依次完成斜立管與海管的組對(duì)、焊接、檢驗(yàn)、涂敷等工作斜立管與海管對(duì)接示意如圖4所示。

3.4 斜立管下放

舷側(cè)對(duì)接工作完成后，斜立管和海管就成為一個(gè)整體。使用OrcaFlex軟件對(duì)斜立管下放過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算分析，分析結(jié)果如表2。根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果浮吊船吊機(jī)與舷吊分15個(gè)步驟將海管下放至海床。下放過(guò)程中，吊機(jī)最大受力為319 kN，舷吊1最大受力為274 kN，舷吊2最大受力為348 kN，受力均在吊機(jī)和舷吊起吊能力范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

近岸段海底管道鋪設(shè)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工中得到成功應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)海管岸拖用時(shí)2.5 d完成，斜立管安裝用時(shí)8 d完成。海管登陸施工完成后，對(duì)海管進(jìn)行拋石回填并做了岸堤恢復(fù)以保護(hù)海管。

1） 近岸段海底管道鋪設(shè)技術(shù)采用了海管岸拖+斜立管安裝的方式，并采用舷側(cè)對(duì)接的方式將海管與斜立管連接，避免了水平定向鉆穿越登陸和傳統(tǒng)的海管拖拉登陸空間受限的難題。

2） 海管岸拖采用了導(dǎo)向滑輪進(jìn)行拖拉纜布置，使得鋪管船能夠利用自身系泊絞車(chē)進(jìn)行回拖，這樣海管預(yù)制和海管拖拉力提供都能由鋪管船完成，避免了陸地使用線性拖拉絞車(chē)或者布置作業(yè)線的工作，對(duì)陸地的作業(yè)空間要求較小。

3） 利用密實(shí)的混凝土砌塊作為地錨使用，不僅滿足施工船舶系泊和岸拖強(qiáng)度要求，還減少了地面開(kāi)挖作業(yè)，并且方便拆除。

4） 利用浮吊船舷側(cè)對(duì)接完成海管和斜立管連接，不用修筑圍堰就可以達(dá)到海管登陸與陸地管線連接的目的。使用兩艘淺水浮吊船分別完成斜立管預(yù)制和安裝，解決了近岸海域水淺大型作業(yè)船無(wú)法進(jìn)入的難題。

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基金項(xiàng)目： 中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司科技項(xiàng)目（KJGG-2022-1406-03）。

作者簡(jiǎn)介： 戶(hù) 凱（1990-），男，河南汝南人，工程師，現(xiàn)從事海底管道和立管設(shè)計(jì)及海上施工技術(shù)方面的工作，E-mail：hukaicup@foxmail.com。