海底管道鋪設

海底管線常用鋪設方法主要有兩種：一種是拖管法，一種是鋪管船法。拖管法一般適應海管登入或下海段、灘海及極淺海域或短距離的海管海上鋪設。鋪管船法是採用專用的鋪管作業船，且需要有一整套施T機具和船舶與之相配合，一般適用於長距離水深能滿足鋪管船吃水要求的海管海上鋪設。

基本介紹

• 中文名：海底管道鋪設
• 外文名：Submarine pipeline laying
• 方法：拖管法、鋪管船法
• 影響因素：波浪、河流、風等環境條件
• 特點：施工環境惡劣、費用高
• 學科：海上石油工程

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台直接裝入油船。但在深海中采出來的原油，大型油船停靠生產平台會威脅到平台安全，因此出現了海中專用於停靠大型油船的單點系泊。這樣，就要有連線各生產平台與單點系泊之間的輸油管道。

在上世紀70年代，在海域中開發了大型油氣田以後，開始建設了大型海洋油氣管道，把開採的油氣直接輸往陸上油氣庫站。隨著全球油氣工業正在向海洋進軍，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，幹線管道和附屬的增壓平台以及管道與平台連線的主管等部分。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。在登入段淺水區的施工與深水段的施工也不相同。無論採用何種方法，要完成的基本任務是：焊接連線管段；檢查接口；對現場焊接接口進行塗敷，包紮防護層；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、風等環境條件和現場條件的影響極大，因此，應選擇在風浪比較平靜的季節進行施工。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。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，影響因素也趨於複雜，需要從船舶資源、性能、設計計算和監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後的影響，鋪設水深都局限於淺水段。這嚴重影響著我國深水海洋工程項目的開發。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，並將縮小我國與已開發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。

海洋管道工程特點

海洋管道工程施工的主要特點是：①施工投資大。在一般海域中鋪設一條中等口徑的海洋管道需要一支由鋪管船、開溝船和10餘只輔助作業的拖船組成龐大的專業船隊。此外，還需要供應材料、設備和燃料的船隻等。租用專業船隊的費用是海洋管道施工中的主要費用，由於這一費用較高，致使海洋管道施工費用比陸上同類管道要高1～2倍。

②施工質量要求高。不論是在施工期間或投產以後，海洋管道若發生事故，其維修比陸上管道維修困難得多，因此，海洋管道施工要確保質量。

③施工環境多變。海況變化劇烈而迅速，如風浪過大，施工船隊難以保持穩定。在這種情況下，往往須將施工的管道下放到海底，待風浪過後再恢復施工。

④施工組織複雜。海洋管道施工中，管道的預製，船隊的配件、燃料和淡水的供應等，都需要依靠岸上的基地；船隊位置和移動方向的確定，也是依靠岸上基地的電台給予緊密配合。因此海洋管道施工具有海陸聯合組織施工的特點。

鋪設流程

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。

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。海上定位的方法是在岸上設定兩座以上已知其經緯度的定向電台，定向電台發射微波定向信號。作業船上安裝有無線電定向儀，可以精確地測定船與岸上各電台間的夾角，從而準確地測出船所在的位置。在近海作業時可以用微波發射信號；在遠海作業時一般用200米的無線電長波發射信號。這兩種方法均能達到鋪管作業定位所需要的精度。

鋪管作業

海洋管道鋪設作業是由陸上管道穿越河流、湖泊水域的施工方法發展起來的。鋪管作業主要有鋪管船鋪設、牽引法鋪設和用捲筒船鋪設3種方法。具體選用哪種作業方法，還要根據根據管徑大小、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。作業過程是將管子經陸上預製廠加上水泥加重層後，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，從船尾部的託管架上滑入海中。整個鋪管作業的過程中，管段下滑的長度必須與船的位移量同步，同時，鋪管船必須處於較穩定的狀態。為此，在鋪管船的前後左右布置有4～6個船錨，調節錨纜的鬆緊可穩定船隻；調節錨纜的長短可移動船位。管段自託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，使管段受到複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，並且使管段下滑同船的位移距離一致。

這種方法最早出現在上世紀50年代，開發淺海區油氣田時，多採用人工開出一條能通行淺水船的河道，並在一種用浮箱拼裝而成的鋪管駁船上，把管子組裝起來，當駁船向後移動時，焊接好的管段即滑入水中。這種鋪管駁船逐步發展成為大型鋪管船。1956年，第一艘較大型的鋪管船投入使用。1979年半潛式“卡斯楚”號鋪管船，在建設由非洲阿爾及利亞經突尼西亞穿過突尼西亞海峽通向歐洲義大利的輸氣管道時，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，套用較多。這種方法無須使用鋪管船和開溝船，並可減少很多輔助船隻，費用較少。作業方法一般是：先在海岸上將管子組裝成1～2公里長的管段，然後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。但是採用這種方法必須注意確保施工質量。施工過程中如發生故障，仍需大型船隻來排除。

③捲筒船鋪設

將管子卷繞在船上直徑很大的捲筒上，鋪設時將管子從捲筒上退繞下來沉入海底。這種方法多用於鋪設管徑較小的管道，其優點是進度快和連續性好。現在正在研究用這種方法鋪設管徑為400毫米的管子。

捲筒鋪設曾在第二次世界大戰中套用。1944年在快速鋪設穿越英吉利海峽的戰時輸油管道時，就曾採用這種方法。當時用銅錫鉛合金製成鎧裝的柔性管材，卷繞在船上的捲筒上，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。

開溝作業

為了準確地將管溝開在管子所在位置上和儘可能減少開挖的土方量，一般都採取先鋪管後開溝的辦法。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埃科菲斯克油田至聯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。管道鋪設在海底以後，將一台撬式開溝機“騎”在管道上，由開溝船牽引移動，並從開溝船經軟管向撬式開溝機供給高壓水和壓縮空氣。根據所需的溝形和深度，在開溝機上布置多組噴嘴，噴嘴射出的高速水流衝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。管溝開出後，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。

鋪設施工方法

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製加工廠。此工廠能使管子沿所選擇的線路連續地組裝成管道，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，如果配合輔助拖輪和供應船作業，則可自給自足一次連續工作幾個月。

鋪管船作業主要順序是：將單節管(長12m)或“雙節管”(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(託管架)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。

漂浮鋪管法

採用漂浮鋪管法(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，然後把管段拖往鋪設點。下水後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並進行焊接。按工藝規定順序解掉浮筒，將管子下放至海底。重複這些步驟，直到管道鋪設完畢。

底拖法

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

卷簡式鋪管法

捲筒式鋪管法是將管子纏到一個大直徑的捲筒(圖15—27)上．用駁船運至鋪設地點，與前面已鋪設管段連線起來並從捲筒上放開、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。

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)。該方法適用於下列兩種情況：

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

(2)當進行深水鋪管時，要限制過度的彎曲，就需要很長的託管架，一般的鋪管船滿足不了這一要求。一般是用半潛式鑽井平台的井架把連線好的管段吊起成垂直狀態。在管線到達海底後，將鑽井平台拖離鑽井位置，管道呈懸鏈線狀。隨著拖船的移動，不斷地將管段連線在一起並下放到海底。

開溝鋪管法

海底管道的挖溝和埋設，是為增加在位坐底穩定性，同時在漁業拖網等活動下提供保護。漁業活動對於未做挖溝埋設處理的海底管道的影響等還是相當顯著的。

漁業活動(拖網載荷)對海底管道的影響，國內外都還沒有強制規範進行約定。傳統上，人們根據管徑界定管道是否能夠承受拖網載荷，即當管徑不小於16cin時，海底管道能夠承受拖網載荷，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、由於沖刷使管道逐漸損壞的地區以及在有航行船隻拋錨和捕魚作業可能破壞管道的地區，應採用開溝鋪管法(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於較硬的土質。使用這兩種方法開溝時，可同時進行鋪管作業。溝的回填有的是靠海底泥砂的自然移動來完成。