劉靜辰，熊 剛，李學(xué)楠

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津300459）

1 概 述

伴隨著海洋油氣資源的開發(fā)利用，越來越多的海上采油平臺設(shè)施矗立在蔚藍的大洋之中。海底電纜作為平臺之間動力、信號傳輸?shù)拇髣用}，海上平臺連接的紐帶，越來越多地鋪設(shè)在海洋之中。淺海海域海底電纜鋪設(shè)于海底，常規(guī)要求達到 1.5m埋設(shè)深度。隨著海上油田的持續(xù)開發(fā)調(diào)整，受環(huán)境、自然和人為因素的影響，海底電纜的深埋需求將會不斷增加。

渤海某油氣田開發(fā)項目位于渤海中部海域，油田范圍內(nèi)年平均水深約 20m。該項目需新鋪設(shè) 1條6.4km海底電纜，由于此條海底電纜路由毗鄰京唐港錨地，根據(jù)通航安全影響評估論證報告的要求，為保證海底電纜和通航的安全，此條海底電纜需要埋深3.5m。此前國內(nèi)海底電纜的埋深只需1.5m，3.5m的海纜埋深在國內(nèi)實屬首例，對鋪纜船舶、埋纜設(shè)備都提出了更新、更高的要求。

2 研究目標與難點

為保證安全、質(zhì)量的情況下完成該段海纜的鋪設(shè)工作，完善國內(nèi)深埋海纜鋪設(shè)工藝，使該項技術(shù)擁有較好的適應(yīng)性及發(fā)展前景，主要技術(shù)研究目標如下：

①完成深埋所需埋纜設(shè)備的設(shè)計及改造；②實現(xiàn)海纜的埋深至少達到3.5m。

主要技術(shù)研究難點如下：

①深埋埋纜機的研發(fā)與制造；②規(guī)避施工風(fēng)險，確保海纜鋪設(shè)質(zhì)量。

3 研究創(chuàng)新和突破

3.1 突破邊鋪邊埋式鋪纜工藝的深埋瓶頸

海纜埋設(shè)通常有 3種施工方式：預(yù)挖溝、后鋪設(shè)；邊鋪設(shè)邊埋設(shè)；先鋪設(shè)、后埋設(shè)。每種作業(yè)方式都有其優(yōu)缺點及一定的適用性，項目組通過充分研究海纜路由地質(zhì)調(diào)查資料并進行相關(guān)參數(shù)計算及風(fēng)險分析決定采用邊鋪設(shè)邊埋設(shè)的作業(yè)方式。此工藝可有效規(guī)避預(yù)開溝后回填的不確定因素和環(huán)境污染，以及后埋設(shè)極易對海纜造成損傷的風(fēng)險。但此工藝國內(nèi)僅應(yīng)用到 1.5m海纜埋深，由于埋設(shè)深度的大幅度增加，給海上施工造成了極大的困難。項目組充分借鑒國際公司的成功案例和經(jīng)驗，開拓思路、大膽創(chuàng)新實踐，突破了邊鋪邊埋鋪纜工藝的深埋限制瓶頸。

3.2 高壓力大流量埋纜機的應(yīng)用

根據(jù)海纜路由地質(zhì)調(diào)查資料，以海纜路由最大不排水抗剪強度 100kPa為計算基礎(chǔ)，進行了相應(yīng)破土能力計算，通過模擬實驗、校核驗證，計算確定滿足施工要求的埋纜機配置為2臺揚程為400m、流量為400m3/h的噴射泵。以此配置為基礎(chǔ)，對埋纜機進行設(shè)計改造，設(shè)備改造方案在大連船廠實施，改造過程中通過 10余次的海試驗證對改造成果進行修復(fù)完善，最終使其達到了預(yù)定的埋深效果。該埋纜機的主要功能有：

①配備縱橫向姿態(tài)儀。

②水力噴射臂配角度儀實現(xiàn)埋深顯示。

③監(jiān)控臺配溝形和海纜截面的聲納圖像。

④監(jiān)控臺設(shè)有牽引纜牽引力顯示。

⑤監(jiān)控臺配置埋纜機及水力噴射臂的水下模擬實時圖像。

⑥電纜張緊器配置張力顯示。

⑦電纜張緊器配置釋放長度顯示。

⑧埋纜機體內(nèi)彎曲控制輥輪設(shè)有壓力傳感器。

⑨水泵出口設(shè)壓力檢測裝置并顯示在監(jiān)控臺上。

⑩監(jiān)控臺設(shè)置數(shù)據(jù)記錄儀及鋪纜挖溝過程中的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)記錄保存功能。

埋纜作業(yè)原理參見圖 1。該埋纜機噴沖臂長度約6m，理論最大埋深為 4.3m，設(shè)計噴沖臂與水平角度成 40 °時海纜埋深可達 3.8m，滿足本項目海纜埋深3.5m的要求。埋纜機系統(tǒng)組成示意圖見圖2。

3.3 水下監(jiān)控系統(tǒng)的完善

圖1 埋纜機埋纜作業(yè)原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of operation principle of cable burying machine

圖2 埋纜機系統(tǒng)組成示意圖Fig.2 Schematic diagram of system composition of cable burying machine

由于海底電纜 3.5m埋深鋪設(shè)后難以驗證，為確保施工質(zhì)量，滿足埋設(shè)深度要求，必須在鋪設(shè)過程中保證海纜的埋設(shè)深度可以監(jiān)控。項目組創(chuàng)造性地在海纜主要埋設(shè)施工設(shè)備——埋纜機上增加和完善了水下工況監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的反饋結(jié)果對鋪設(shè)速度及埋纜機姿態(tài)進行調(diào)整，對埋纜機水平姿態(tài)、埋設(shè)臂埋設(shè)深度及噴射泵壓力等參數(shù)進行監(jiān)控。實時的記錄海底電纜的埋設(shè)深度，確保了施工質(zhì)量。

3.4 創(chuàng)新海纜終止鋪設(shè)余量預(yù)留方法

在使用動力定位船鋪纜的情況下，鋪纜船鋪設(shè)海纜至結(jié)束端平臺附近時將登平臺多余海纜多以“S”或“Ω”形棄置海底，但這需要動力定位船舶精準的“走位”，也意味著高昂的施工成本。本項目中結(jié)合鋪纜船非動力定位的船舶特性，創(chuàng)新了一種終止鋪設(shè)方法，將登平臺多余海纜以綁扎浮球方式預(yù)留。

4 結(jié) 論

海纜深埋技術(shù)在渤海得以應(yīng)用并順利完成海上施工，海纜鋪設(shè)時間僅用 5d，對比需 1個多月海上施工工期的預(yù)開溝方案，此技術(shù)的應(yīng)用大幅縮短了施工工期，提高了施工效率，保證了施工質(zhì)量，未對海洋環(huán)境造成污染。此技術(shù)方案的設(shè)計及其指導(dǎo)的海纜安裝工程的順利完成具有里程碑式的重要意義，填補了在深埋海纜施工技術(shù)方面的空白。隨著海上油田的不斷開發(fā)調(diào)整，受環(huán)境、自然和人為因素的影響，海底電纜的深埋需求將會不斷增加，未來的海纜深埋項目可以充分借鑒本項目的成功經(jīng)驗。