随着国内外海洋油气资源的不断开发和利用,海底管道事业蓬勃发展。海底管道投资规模大、工期长。施工方法的选择尤为重要,好的施工方法能够控制成本、保证进度和降低风险。施工方法的选择需要综合评价,需要从技术、投资和工期等因素综合考虑。
1、海底管道概况
1.1海底管道结构
海底管道结构是根据使用要求和所处的环境条件确定的。其断面结构一般有单层结构和双层结构两种基本形式。目前,以单层结构为主。
1.2海底管道防护
管道沉放到海底以后,为了避免钢管在波浪或海流的作用下移动或被附近船舶抛锚破坏,所以必须采取稳管或保护的措施。目前,以管道外敷混凝土配重层加以保护为主,同时要求对悬空段进行支撑或填埋处理等。
2、海底管道的铺设方法
目前国际上使用最多的管道铺设方法是铺管船法.这种方法适用于长距离管段远离岸边的铺管作业,而且经济指标也较好。结合国内外的铺管实际工程经验,铺管船法主要有气种:S型铺管法!J型铺管法和卷管式铺管法。
2.1 S型铺管法
S型铺管船法是目前海底管道铺设最为常用的方法,这种管道铺设方法一般需要安排一艘或者多艘起抛锚拖轮来支持铺管作业。在开始作业前,需要将一个锚定位在海床上,然后将锚缆引过托管架并系到第一根管子的端部。管道在托管架的支撑下,自然地弯曲成/S0型曲线,一般可分成两个区域:一为拱弯区,从驳船甲板上的张紧装置开始,沿托管架向下延伸到管道开始脱离托管架支撑的抬升点为止的一段区域(抬升点一般就是管道弯曲状态时的拐点);另一段为垂弯区,是从拐点到海床着地点的一段区域。管道在垂弯区的曲率通过沿生产线放置的张紧器产生的后拖力来控制,管道在拱弯区的曲率和弯曲应力则一般依靠合适的滑道支撑和托管架的曲率来控制。目前,托管架已从最初应用于浅水的直线型设计发展成应用于深水的曲线形!多节和铰接式的托管架。
2.2 J型铺管法
J型铺管法是目前最适于进行深水和超深水的管道铺设方法,它是从20世纪80年代以来为了适应铺管水深的不断增加而发展起来的一种铺管船法。这种铺管法实质上是张力铺管法中的一种,在铺设过程中借助于调节托管架的倾角和管道承受的张力来改善管道的受力状态,达到安全作业的目的。到目前为止,J型铺管法主要有两种形式,一种是钻井船J型铺设法,还有一种是带斜型滑道的J型铺设法。J型铺设法主要应用于深海区域的管道铺设,目前己经得到了广泛的应用。
一般来说,J型铺管船的造价成本会比其他类型的铺管船要高,而且铺设时也比其他方法要慢,但在涉及深海时,在某些特定情况下,这是唯一可行的方法。
2.3 卷管式铺管法
卷管式铺管法是20世纪末开始发展起来的一种新型铺管方法,这种铺管方法是将管道在陆地预制场地上接长,然后卷在专用滚筒上,送到海上进行铺设施工的方法。管道的陆地预制场地通常设在码头后沿,一次可以接长若千根50米至1以X)米的长管段。将这些管段再进行对接并通过管道矫直器进行造弯后,直接卷到专用滚筒上焊接!检验!保温和防腐等工作均在陆地完成。这个过程也可以直接在停泊的铺管船上进行,因为一旦滚筒卷满了管道之后,可能重达40一6(X)吨,如果缺少相应的起重设备会给滚筒的搬运带来一定的困难。该方法的优点是99.5%的焊接工作可以在陆地完成,海上铺设时间短,成本低,每段管道可连续铺设,作业风险小。每个专用的卷管滚筒都和特定的铺管船一起搭配使用,普通卷管的直径可以从2英寸到12英寸不等,一单层管的最大铺设管径可以达到18英寸,最大作业水深可以达到180m。这种铺管法需要的主要设备包括:陆地接长预制场地!卷管滚筒!卷绕设备!矫直器等。
3、海底管道铺管施工安装方法的应用
3.1 铺管船法
目前铺管船法是国内外使用最多的海底管道铺设方法。我国目前海底管道大多是采用铺管船法铺设的。根据管道铺设方式和在水中的形状可以将其分为卷管法、J型铺管法和S型铺管法。这种方法具有作业效率较高!机动灵活!广泛的适应性、经济效益高、抗风浪能力强等优点,适用于长距离管段远离岸边的铺管作业。
铺管的作业过程实际上就是在陆地上水泥预制厂将管道加上水泥加重层之后,再用船将已经处理之后的管子运到铺管船上,将管子逐段组装焊接,焊好的管段在铺管船向前移动时,从船尾部的托管架上滑人海中二整个铺管作业的过程中,铺管船必须要处于一个较为稳定的状态,与此同时,船的位移量必须与管段下滑的长度实现同步。因此,我们一般都会在铺管船的前后左右布置上多个船锚,一般在4一6个左右如果想要移动船位,那么可以通过调节锚缆的长短;如果想要稳定船只,那么可以通过调节锚缆的松紧。
管段自托管架的尾部滑向海底时,悬吊在海水中形成一个由上拱弯转为下弯曲的S形,使管段受到复杂的弯曲应力的作用,此外,还受到浪涌和水流的冲击力的作用。为了使管段不产生永久变形,须用托管架保持上拱弯尽可能大的弯曲半径,并使下弯曲处处于容许弯曲应力的范围以内。因此船上有能力足够的张力机夹住管段,使之不能自由滑动,并且使管段下滑同船的位移距离一致。
3.2 花拉法铺管作业
拖管法一般分为两种,分别是弃管拖管法和接管拖管法。弃管法实际上就是铺管船在就位之后,先做一段时间的正常铺管工作,在达到预先设计好的管段长度之后就进行弃管。铺管船刀R绞车放缆,与此同时,采用陆地绞车将管子往岸边拖,当这些管道的末端即将到达原铺管船初始位置时停止拖拉。那么这时,铺管船就会收起管道末端，向回移船并继续再重复进行前面的接管,再弃管,再接管,反复几次,最终达到完成管道登陆铺设的目的。而接管拖管法实际上也就是在铺管船在满足吃水的设计管轴线上就位,将陆地绞车拖拉索具的一端送上铺管船与管道拖拉头相接,利用铺管船上的作业线接管,陆地用绞车拖管,接一根拖一节,将管道逐渐拖向登陆点。
3.3 开沟作业
开沟作业主要是用于那些不宜裸露铺设的海底管道,方法是先用开沟机械在海底开一条沟,然后再将管道埋人沟内,有效地保护其安全。在作业的过程中,一般都是采用先铺管后开沟的办法,这是为了尽可能减少开挖的土方量和准确定位管沟的位置。20实际70年代中期,就曾用这种方法来铺设埃姆登输气管道,这条海底管道管径为920毫米,全长科2公里,将北海埃科菲斯克油田至联邦德国连接起来,其中有巧O公里的管道都是采用开沟埋设的方式。管沟开出之后,靠自重作用,海底管道就自行沉人沟底。目前开沟船可在10米深的水下作业,开沟深度可达2.1一4.6米。
结束语
随着国内外海洋油气资源的不断开发和利用,海底管道项目越来越多,对管道施工方法选择和铺设技术要求也越来越高。施工方法的选择需要综合评价,需要从技术、经济、工期等因素综合考虑。主要阐述海底管道概况、海底管道施工方法、施工方法比较及实际应用。通过对海底管道不同施工方法的比较,给以后的海底管道施工工作提供更大的帮助。
参考文献
[1]刘海超,金磊,杜晓杰.海底管道内衬复合软管修复技术国内外应用现状[J].化工管理,2020(36):138-139+142.
