海底管道鋪設介紹

海洋天然氣必須依靠海洋管道外輸，淺海中采出來的原油則可由生產平臺直接裝入油船。但在深海中采出來的原油，大型油船?？可a平臺會威脅到平臺安全，因此出現(xiàn)了海中專用于?？看笮陀痛膯吸c系泊。這樣，就要有連接各生產平臺與單點系泊之間的輸油管道。

在上世紀70年代，在海域中開發(fā)了大型油氣田以后，開始建設了大型海洋油氣管道，把開采的油氣直接輸往陸上油氣庫站。隨著全球油氣工業(yè)正在向海洋進軍，海底鋪設的油氣管道日益成為全球能源運輸動脈的重要組成部分。

海洋管道包括海底油、氣集輸管道，干線管道和附屬的增壓平臺以及管道與平臺連接的主管等部分。其輸送工藝與陸上管道相同，但是因為海洋管道工程在海域中進行的，施工方法則與陸上管道線路工程不同。

海底管道的施工已發(fā)展了多種方法，每種鋪管方法都有其適應特殊條件的能力。在登陸段淺水區(qū)的施工與深水段的施工也不相同。無論采用何種方法，要完成的基本任務是：焊接連接管段；檢查接口；對現(xiàn)場焊接接口進行涂敷，包扎防護層；在不損傷管子的情況下把管道鋪設至海底。

海底管道的施工受波浪、河流、風等環(huán)境條件和現(xiàn)場條件的影響極大，因此，應選擇在風浪比較平靜的季節(jié)進行施工。在海底管道鋪設過程中，可能會遇到海洋條件惡化，不得不中止作業(yè)。因此，在海上施工的船機設備利用率較低，比陸上建設管道的費用要高出很多。

海底管道的鋪設隨著水深的增加，已步入開闊的海域，水文及海況對管線鋪設的影響也在不斷產生變化，管線的施工也越加困難，影響因素也趨于復雜，需要從船舶資源、性能、設計計算和監(jiān)測方面進行綜合的加強，以應對施工的影響因素。

目前，我國海底管道的鋪設，受技術和裝備相對落后的影響，鋪設水深都局限于淺水段。這嚴重影響著我國深水海洋工程項目的開發(fā)。但隨著我國首條深水鋪管船，“海洋石油201”的建成投產，它將填補我國在深水鋪管裝備領域的空白，并將縮小我國與發(fā)達國家在深水鋪管技術上的差距。其全球領先的總體技術水平和綜合作業(yè)能力，也將在海洋工程建造與安裝方面起著舉足輕重的作用。

在海底鋪設輸送石油和天然氣管道的工程，這其中又包括海上定位、鋪設管道及開溝等項作業(yè)。

海底管道鋪設海上定位

指導鋪管船沿著路由方向移動和確定在海域中施工船隊位置的作業(yè)。海上定位的方法是在岸上設置兩座以上已知其經(jīng)緯度的定向電臺，定向電臺發(fā)射微波定向信號。作業(yè)船上安裝有無線電定向儀，可以精確地測定船與岸上各電臺間的夾角，從而準確地測出船所在的位置。在近海作業(yè)時可以用微波發(fā)射信號；在遠海作業(yè)時一般用200米的無線電長波發(fā)射信號。這兩種方法均能達到鋪管作業(yè)定位所需要的精度。

海底管道鋪設鋪管作業(yè)

海洋管道鋪設作業(yè)是由陸上管道穿越河流、湖泊水域的施工方法發(fā)展起來的。鋪管作業(yè)主要有鋪管船鋪設、牽引法鋪設和用卷筒船鋪設3種方法。具體選用哪種作業(yè)方法，還要根據(jù)根據(jù)管徑大小、海水深淺、海況和距岸遠近等條件來確定。

①鋪管船鋪設

這是最為常用的方法。作業(yè)過程是將管子經(jīng)陸上預制廠加上水泥加重層后，用船運到鋪管船上，將管子逐段組裝焊接，焊好的管段在鋪管船向前移動時，從船尾部的托管架上滑入海中。整個鋪管作業(yè)的過程中，管段下滑的長度必須與船的位移量同步，同時，鋪管船必須處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。為此，在鋪管船的前后左右布置有4～6個船錨，調節(jié)錨纜的松緊可穩(wěn)定船只；調節(jié)錨纜的長短可移動船位。管段自托管架的尾部滑向海底時，懸吊在海水中形成一個由上拱彎轉為下彎曲的S形，使管段受到復雜的彎曲應力的作用。因此船上有能力足夠的張力機夾住管段，使之不能自由滑動，并且使管段下滑同船的位移距離一致。

這種方法最早出現(xiàn)在上世紀50年代，開發(fā)淺海區(qū)油氣田時，多采用人工開出一條能通行淺水船的河道，并在一種用浮箱拼裝而成的鋪管駁船上，把管子組裝起來，當駁船向后移動時，焊接好的管段即滑入水中。這種鋪管駁船逐步發(fā)展成為大型鋪管船。1956年，第一艘較大型的鋪管船投入使用。1979年半潛式“卡斯特羅”號鋪管船，在建設由非洲阿爾及利亞經(jīng)突尼斯穿過突尼斯海峽通向歐洲意大利的輸氣管道時，成功地在608米深的海域中鋪設了500毫米管徑的管道。

②牽引法鋪設

近年來牽引法在淺海海域中鋪設管道，應用較多。這種方法無須使用鋪管船和開溝船，并可減少很多輔助船只，費用較少。作業(yè)方法一般是：先在海岸上將管子組裝成1～2公里長的管段，然后用拖船將管段牽引下海，一段一段地拖到預定地點，在海中對接，形成一整條的管道。

在較平靜的海域中，管段可在水面上或水面下漂浮拖曳；風浪大的海域，可以在海底拖曳。但是采用這種方法必須注意確保施工質量。施工過程中如發(fā)生故障，仍需大型船只來排除。

③卷筒船鋪設

將管子卷繞在船上直徑很大的卷筒上，鋪設時將管子從卷筒上退繞下來沉入海底。這種方法多用于鋪設管徑較小的管道，其優(yōu)點是進度快和連續(xù)性好?，F(xiàn)在正在研究用這種方法鋪設管徑為400毫米的管子。

卷筒鋪設曾在第二次世界大戰(zhàn)中應用。1944年在快速鋪設穿越英吉利海峽的戰(zhàn)時輸油管道時，就曾采用這種方法。當時用銅錫鉛合金制成鎧裝的柔性管材，卷繞在船上的卷筒上，就像敷設海底電纜一樣，將管道鋪設在海底，共鋪設了管徑77毫米的管道12條。

海底管道鋪設開溝作業(yè)

為了準確地將管溝開在管子所在位置上和盡可能減少開挖的土方量，一般都采取先鋪管后開溝的辦法。在海底開一條溝，將管道埋入溝內，這是對不宜裸露鋪設的管道的一項重要安全措施。

70年代中期在修建自北海?？品扑箍擞吞镏谅?lián)邦德國的埃姆登的輸氣管道時，曾用這種方法鋪設。這條管道全長442公里，管徑為920毫米，其中約有150公里的管道是開溝埋設的。管道鋪設在海底以后，將一臺撬式開溝機“騎”在管道上，由開溝船牽引移動，并從開溝船經(jīng)軟管向撬式開溝機供給高壓水和壓縮空氣。根據(jù)所需的溝形和深度，在開溝機上布置多組噴嘴，噴嘴射出的高速水流沖擊管道下面和兩側的泥土，使之成泥漿，同時打入空氣將泥漿沖擠出溝外。管溝開出后，管道靠自重作用沉入溝底。開溝船可開挖較硬質的海底，開溝深度可達2.1～4.6米，可在100米深的水下作業(yè)。

海底管道鋪設鋪管船法

鋪管船法是鋪設海底管道最常用的方法，它能提供一個完整的海上預制加工廠。此工廠能使管子沿所選擇的線路連續(xù)地組裝成管道，鋪管船可以是標準的駁船，也可以是半潛式鋪管船。這些船只能在不封凍的海上長期作業(yè)，如果配合輔助拖輪和供應船作業(yè)，則可自給自足一次連續(xù)工作幾個月。

鋪管船作業(yè)主要順序是：將單節(jié)管(長12m)或“雙節(jié)管”(2 X 12m，3 X 12m)一根根焊接接長，檢查每道焊口，對接口進行防腐絕緣層、保溫層、外包混凝土防護層加工；通過下水滑道(托管架)慢慢地放入海床，每鋪設一段距離，移動鋪管船錨纜一次。多數(shù)鋪管船是靠大馬力拖輪來拖航的。圖15—24為鋪管船法鋪管示意圖。

海底管道鋪設漂浮鋪管法

采用漂浮鋪管法(圖15—25)時．首先在岸上把管子焊成較長的許多管段，在管段上系綁若干浮筒，然后把管段拖往鋪設點。下水后的拖運過程中要注意風浪的影響和管線的彎曲變形，以免在拖運中遭到破壞。用駁船托住鋪設管段的一端直到與下一端對準并進行焊接。按工藝規(guī)定順序解掉浮筒，將管子下放至海底。重復這些步驟，直到管道鋪設完畢。

海底管道鋪設底拖法

底拖法(圖15—26)也需要在岸上預制成一定長度的管段，堆放在管架上。然后將管段吊裝到用于管道下水的軌道上，與前一段進行焊接連接。焊完一段往下拖一管段距離。當達到某一拖段時(取決于拖管船的能力)，再拖往預定鋪設位置。所有管段全部在海底就位后，將管段對接端提出水面進行焊接，連接好后再下放到海底；或采用水下連接器連接。采用這種方法，拖管由裝有卷揚機的拖管船來完成。被拖管段的長度取決于卷揚機的拖力以及管段與海床的摩擦力。底拖法適用于管道較短、岸上有現(xiàn)成的組裝場所以及風浪較平靜的情況下采用。

海底管道鋪設卷簡式鋪管法

卷筒式鋪管法是將管子纏到一個大直徑的卷筒(圖15—27)上．用駁船運至鋪設地點，與前面已鋪設管段連接起來并從卷筒上放開、拉直，再下放至海底。這種方法不能使用混凝土保護層．管子直徑不易過大；這種方法鋪管速度很快，最適宜鋪設海底軟管。

海底管道鋪設垂直或大角度懸鏈式鋪管法

垂直或大角度懸鏈式鋪管法鋪管時，管道的形狀與字母J的形狀類似．故通常稱為J型鋪管法(圖1 5—28)。該方法適用于下列兩種情況：

(1)當需用較短的出油管道把海底井口和處理設施相連時，采用傳統(tǒng)的鋪管方法不經(jīng)濟，用此法較合適。

(2)當進行深水鋪管時，要限制過度的彎曲，就需要很長的托管架，一般的鋪管船滿足不了這一要求。一般是用半潛式鉆井平臺的井架把連接好的管段吊起成垂直狀態(tài)。在管線到達海底后，將鉆井平臺拖離鉆井位置，管道呈懸鏈線狀。隨著拖船的移動，不斷地將管段連接在一起并下放到海底。

海底管道鋪設開溝鋪管法

海底管道的挖溝和埋設，是為增加在位坐底穩(wěn)定性，同時在漁業(yè)拖網(wǎng)等活動下提供保護。漁業(yè)活動對于未做挖溝埋設處理的海底管道的影響等還是相當顯著的。

漁業(yè)活動(拖網(wǎng)載荷)對海底管道的影響，國內外都還沒有強制規(guī)范進行約定。傳統(tǒng)上，人們根據(jù)管徑界定管道是否能夠承受拖網(wǎng)載荷，即當管徑不小于16cin時，海底管道能夠承受拖網(wǎng)載荷，故無需進行挖溝保護。

一般在高速海流會使管道產生位移的地區(qū)、由于沖刷使管道逐漸損壞的地區(qū)以及在有航行船只拋錨和捕魚作業(yè)可能破壞管道的地區(qū)，應采用開溝鋪管法(圖15—29)埋設管道。開溝可用揚吸挖泥船或用開溝犁。開犁溝一般用拖輪拖，它要比挖泥船更適用于較硬的土質。使用這兩種方法開溝時，可同時進行鋪管作業(yè)。溝的回填有的是靠海底泥砂的自然移動來完成。

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托管架，英文是stinger。是海底管道S型鋪設中的重要裝備之一，懸掛在鋪管船的船尾，起到管道在下水過程中控制管道在托管架上的曲率的作用。防止管道因為在上彎段的彎矩過大而導致的屈服或者破裂。當前，利用托管架的深水S型鋪設方法已經(jīng)可以將海底管道鋪設到水深2500米的海底，而且鋪設速度遠高于其他如J型鋪管法，在未來的海洋管道鋪設中具有廣闊應用前景。當前，托管架作為海洋工程領域施工的特種裝備，其設計技術被國外幾家公司壟斷。

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天津天易海上工程有限公司在不斷積累海上工程施工經(jīng)驗，培養(yǎng)施工隊伍的同時，不斷發(fā)展海上施工的專業(yè)船舶和設備。公司現(xiàn)有鋪管作業(yè)船1艘，預、后挖溝機2臺，海底電纜敷設設施1套，以及其它海上施工相關的施工設備和檢測設施，并配備海底管道安裝和海底電纜敷設的專業(yè)計算軟件“OFFPIPE”。并且在實踐中申請了座底式鋪管船、管線對中裝置、潛水挖溝機、多功能施工平臺等多項實用新型專利。