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        新型深水非接觸式海管后挖溝技術(shù)應(yīng)用

        2017-02-16 17:17:07劉雨
        航海 2017年1期
        關(guān)鍵詞:挖溝海管

        劉雨

        摘要:為了對(duì)海底管道進(jìn)行保護(hù),通常需要對(duì)鋪設(shè)的海管進(jìn)行挖溝埋設(shè)處理。在東海某氣田開發(fā)項(xiàng)目海管后挖溝工程中,上海打撈局國內(nèi)首次使用了新型深水非接觸式海管后挖溝技術(shù)。本文主要對(duì)本次工程的新型挖溝設(shè)備和施工工藝進(jìn)行了介紹,并對(duì)此次海管挖溝工程進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié),為以后開展類似的挖溝業(yè)務(wù)及相關(guān)延伸業(yè)務(wù)提供參考和借鑒。

        關(guān)鍵詞:海管 非接觸式 挖溝

        0 引 言

        海底管道作為海上油氣運(yùn)輸?shù)拇髣?dòng)脈,已經(jīng)成為海洋石油開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù),而海底管道的挖溝與埋設(shè)是管道工程建設(shè)中的重要一環(huán)。海底管道的挖溝埋設(shè),是為了保護(hù)鋪設(shè)的管道免受外力損壞,使海底管道在其安裝和運(yùn)行期內(nèi)不出意外事故,保證管道安全。近幾年來,隨著海底管道的管徑不斷增大,管道水深也不斷增加,原有的施工技術(shù)已很難滿足要求。

        在2015年東海某氣田開發(fā)項(xiàng)目海管后挖溝工程中,上海打撈局在國內(nèi)首次應(yīng)用了新型深水非接觸式挖溝技術(shù)。此套挖溝系統(tǒng)以動(dòng)力定位船舶作為搭載平臺(tái),采用水下懸吊式、非接觸、大流量泵抽水噴沖除泥原理,來實(shí)現(xiàn)對(duì)海底管線進(jìn)行挖溝。最大特點(diǎn)就是與現(xiàn)有管線不進(jìn)行直接機(jī)體接觸,不存在挖溝機(jī)本體與管線之間硬性摩擦和擠壓工況,有效保護(hù)被挖溝作業(yè)的海底管線。

        1 概 況

        作業(yè)氣田群位于上海市東南向420km的東海大陸架上,由中國石油化工股份有限公司和中國海洋石油股份有限公司所有,平均工作水深約94.4~108.3m。氣田分布如圖1-1所示。

        該項(xiàng)目已鋪設(shè)完成三條海底12寸水泥配重氣管線,編號(hào)及長(zhǎng)度分別為:

        (1)P1管線:長(zhǎng)約16km;

        (2)P2管線:長(zhǎng)約20.5km;

        (3)P3管線:長(zhǎng)約22.9km。

        本次施工上海打撈局主要負(fù)責(zé)P1、P2、P3三條海管管線共約59.4km的后挖溝。海上施工期間保證海管埋設(shè)深度達(dá)到1m,即海管頂部距離海床泥面達(dá)到1m,同時(shí)在挖溝期間海管受力滿足應(yīng)力要求。后挖溝施工完成后進(jìn)行后調(diào)查,如不滿足埋深要求,需再次進(jìn)行處理直到滿足1m埋深為止。后挖溝使用業(yè)主提供實(shí)際鋪管路由,并結(jié)合調(diào)查設(shè)備,確保挖溝作業(yè)不會(huì)對(duì)海管造成損傷。

        2 施工資源介紹

        2.1 “聚力”號(hào)700噸浮吊船

        考慮到東海海況較為復(fù)雜,且海底管線較多,使用動(dòng)力定位船而非拋錨船。本次管線后挖溝使用的施工母船為上海打撈局的700T全回轉(zhuǎn)動(dòng)力定位浮吊船“聚力”號(hào)。搭載挖溝機(jī)后的“聚力”號(hào)見圖2-1。

        “聚力”號(hào)船長(zhǎng)132m,寬35m,型深10.5m,具有DP2級(jí)動(dòng)力定位能力,主要作業(yè)參數(shù)如下:

        (1)工作水域:我國近海5~6級(jí)海況水域;

        (2)調(diào)遣水域:無限航區(qū);

        (3)施工條件: 風(fēng)力小于6級(jí)或浪高小于2.5m或流速小于3節(jié);

        (4)船舶條件: 船舶最大橫傾角3.5°,船舶最大縱傾角3°。

        2.2 非接觸挖溝機(jī)系統(tǒng)

        深水非接觸挖溝機(jī)系統(tǒng)系由上海打撈局設(shè)計(jì)并建造完成的,見圖2-2。本套深水非接觸挖溝機(jī)系統(tǒng)大體可分為水面和水下兩大部分:水面主要是動(dòng)力系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng);水下則主要是挖溝機(jī)本體。與ROV的作業(yè)方式相似,挖溝機(jī)作業(yè)主要是通過水面遙控操作完成,水面監(jiān)控站內(nèi)可以監(jiān)測(cè)水下本體的所有傳感器信息及挖溝情況。其主要性能參數(shù)如下:

        (1)作業(yè)水深:300m;

        (2)最大挖溝深度:5m@25kPa,3m@40kPa,1m@55kPa;

        (3)最大總功率:1600kW(含臍帶纜絞車);

        (4)出口流速:0~10m/s;

        (5)破土強(qiáng)度:≤55kPa;

        (6)最大流量:40 000m3/h;

        (7)最大揚(yáng)程:6.5m (@34400m3/h);

        (8)適應(yīng)地質(zhì)土壤:軟泥、砂土、沙礫;

        (9)挖溝方式:垂直懸吊非接觸式;

        (10)挖溝機(jī)抗縱、橫能力:±10°;

        (11)平均浪高:≤1.5m,作業(yè)風(fēng)速:≤6grade,流速:200m水深內(nèi)2節(jié)流。

        3 主要施工流程

        施工母船為我局的700噸DP2浮吊船“聚力”號(hào),作業(yè)時(shí)船舶以動(dòng)力定位模式按照順序分別沿P1、P2和P3管線的設(shè)計(jì)路由行進(jìn)挖溝,挖溝起始端的選擇會(huì)影響船舶方位,需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的海況條件決定。根據(jù)挖溝規(guī)格書和海管資料編制的施工流程方案如下:

        (1)準(zhǔn)備工作

        施工船舶駛抵挖溝起始點(diǎn)附近,并對(duì)船舶DP性能進(jìn)行測(cè)試,確保施工船舶DP模式下運(yùn)行穩(wěn)定后。隨后在挖溝起始點(diǎn)附近區(qū)域進(jìn)行一次完整的吊放、試挖溝、回收過程測(cè)試,監(jiān)測(cè)挖溝機(jī)各項(xiàng)性能是否處于良好運(yùn)行狀態(tài),并記錄挖溝機(jī)試挖過程中軸流泵、噴射管、控制系統(tǒng)等的各項(xiàng)參數(shù),由ROV下水檢查試挖溝的溝型、溝深、溝寬等數(shù)據(jù),經(jīng)過檢查確認(rèn)合格后,進(jìn)行正常的后挖溝施工。

        (2)挖溝路由及挖溝機(jī)下放

        船舶、設(shè)備測(cè)試完成后,開始進(jìn)行挖溝作業(yè)。由于本次挖溝業(yè)主未提供管道的實(shí)際鋪設(shè)路由,將以設(shè)計(jì)路由為參考,使用挖溝機(jī)本身的多波束聲吶系統(tǒng)尋找海管實(shí)際位置。即按照設(shè)計(jì)路由進(jìn)行移船,邊挖溝便根據(jù)聲吶圖像進(jìn)行挖溝路由微調(diào)。

        挖溝機(jī)下放時(shí),船舶先停在距挖溝點(diǎn)外20~30m處,下放挖溝機(jī)至泥面高5m左右的位置,通過挖溝機(jī)自帶多波速聲吶、高度計(jì)、水下羅經(jīng)、USBL、攝像頭等監(jiān)測(cè)設(shè)備,確定挖溝機(jī)相對(duì)海管位置以及距離挖溝點(diǎn)處泥面的高度,從而來調(diào)整船位和挖溝機(jī)高度。挖溝機(jī)作業(yè)示意圖如圖3-1所示。

        (3)起始挖溝點(diǎn)造坡

        為了保證管道不受較大的彎曲應(yīng)力,后挖溝起始點(diǎn)開始一段需要進(jìn)行造坡,此套非接觸挖溝機(jī)通過逐漸改變挖溝機(jī)與海床面的高度來改變挖溝深度,從而實(shí)現(xiàn)起始端造坡。即在起點(diǎn)處,將挖溝機(jī)的高度適當(dāng)調(diào)整,啟動(dòng)挖溝機(jī),開始吹泥挖溝。作業(yè)母船沿海管路由前進(jìn),通過逐漸下放挖溝機(jī),即減小挖溝機(jī)與海床面的高度來向下造坡。造坡過程中,通過多種監(jiān)測(cè)設(shè)備,監(jiān)測(cè)造坡過程,造坡距離約50m。

        (4)正常挖溝過程

        造坡結(jié)束后,進(jìn)入正常挖溝模式,即保持挖溝機(jī)距海床面約1~1.5m的高度。沿路由挖溝時(shí),通過挖溝機(jī)上的監(jiān)測(cè)設(shè)備,實(shí)時(shí)監(jiān)控海管與挖溝機(jī)的相對(duì)位置,出現(xiàn)偏差及時(shí)通過調(diào)整船位來保證挖溝機(jī)與海管的相對(duì)位置不變,以保證挖溝效果。正常挖溝過程中,安排專人監(jiān)視挖溝機(jī)控制屏幕,記錄挖溝過程的各項(xiàng)數(shù)據(jù),定時(shí)或?qū)χ攸c(diǎn)位置的聲吶掃測(cè)圖像進(jìn)行截屏和攝像頭視頻進(jìn)行截屏記錄,作為施工過程記錄。正常挖溝過程中,若在監(jiān)測(cè)設(shè)備中出現(xiàn)疑似挖深不夠的情形時(shí),應(yīng)及時(shí)通過調(diào)整挖溝機(jī)的高度或減慢作業(yè)母船行進(jìn)速度,來使挖溝深度滿足設(shè)計(jì)要求。

        (5)挖溝終點(diǎn)段造坡

        到達(dá)挖溝終點(diǎn)前50m,開始向上造坡,原理與起點(diǎn)造坡一致,即移船前進(jìn)的同時(shí),逐漸提高挖溝機(jī),從而減小挖溝深度,形成造坡,并通過挖溝機(jī)的監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)造坡過程。

        (6)挖溝機(jī)回收

        挖溝過程中如果遇到惡劣海況不適宜挖溝作業(yè)時(shí),在滿足海管和挖溝機(jī)安全的前提下,盡量向上造坡作業(yè)30~50米距離。在海況非常惡劣的情況下,應(yīng)立即中斷挖溝,緊急回收挖溝機(jī)?;厥胀跍蠙C(jī)時(shí),在挖溝機(jī)出水時(shí)使挖溝機(jī)緊貼船艕,并配備有防撞輪胎和滑槽裝置,使挖溝機(jī)能順利就位于甲板擱架,上述措施能減少母船搖晃對(duì)挖溝機(jī)的損壞。若遇設(shè)備故障引起的施工中斷,也應(yīng)中斷挖溝,回收挖溝機(jī)。若出現(xiàn)挖溝中斷,回收挖溝機(jī)前要記錄其挖溝中斷點(diǎn)的精確位置。在重新開始施工時(shí),施工船舶以中斷點(diǎn)為基點(diǎn)沿海管實(shí)際路由后退100m,重新開始挖溝作業(yè),以保證挖溝路由中不出現(xiàn)挖深不夠的遺留點(diǎn)。

        (7)挖溝后調(diào)查

        按照設(shè)計(jì)路由完成全部挖溝工作后,由交通船攜帶掃測(cè)設(shè)備進(jìn)行挖溝后調(diào)查,如果有不滿足工程要求的區(qū)段,還需要進(jìn)行補(bǔ)挖。補(bǔ)挖需重點(diǎn)記錄挖溝位置數(shù)據(jù)、聲吶掃測(cè)圖像和水下攝像頭視頻圖像資料,直至溝深達(dá)到技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)。

        4 工程總結(jié)

        本次挖溝工程使用了新設(shè)備、新工藝,又面臨這作業(yè)海域環(huán)境復(fù)雜,水深較大的困難。但是經(jīng)過前期充分的施工準(zhǔn)備、合理有效的組織施工,施工人員以精準(zhǔn)到位的指揮和施工配合,安全、高效、優(yōu)質(zhì)地完成了此次難度較高的挖溝任務(wù),新型動(dòng)力定位非接觸式挖溝技術(shù)在我國得到了首次成功應(yīng)用。本次工程經(jīng)驗(yàn)及改進(jìn)思路總結(jié)如下:

        (1)船舶挖溝時(shí)的艏向,需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)海況環(huán)境而定,一般盡量選為與管線平行或垂直。兩者的區(qū)別在于垂直走時(shí)溝形較寬(約12m)但溝深較淺,平行走時(shí)由于前后噴嘴沖刷兩次,會(huì)使溝深略深,但溝形較窄(3~5m)。

        (2)挖溝機(jī)噴嘴距管頂高度安裝設(shè)計(jì)要求需要保持在1.5~2m之間,在遇到較硬泥質(zhì)的情況時(shí),也可以視情況適當(dāng)降低至0.8~1m高度,但要密切關(guān)注挖溝機(jī)垂蕩,出現(xiàn)較大幅度升沉?xí)r應(yīng)及時(shí)提升挖溝機(jī)高度,以免挖溝機(jī)噴嘴與管線發(fā)生碰撞,造成管道損傷。建議安裝帶有主動(dòng)升沉補(bǔ)償功能的絞車,減小挖溝機(jī)的垂蕩幅度。

        (3)挖溝速度視泥質(zhì)情況一般選為0.02~0.05m/s,遇到非常松軟的泥質(zhì)時(shí),也可適當(dāng)提速。

        (4)挖溝機(jī)的水下會(huì)受到水流的很大影響,加上船舶移動(dòng)時(shí)本身的擺動(dòng),從而產(chǎn)生明顯擺動(dòng)。如果擺動(dòng)較大的話,非常不便于挖溝狀態(tài)的監(jiān)控,往往造成挖溝路由偏離管線??赏ㄟ^適當(dāng)調(diào)整兩根牽拉鋼絲來減小挖溝機(jī)擺動(dòng)。

        (5)用聲吶掃測(cè)挖溝管線存在一定缺陷,因?yàn)樵谕跍线^程中,挖溝機(jī)沖出大量泥沙,在海底水流較小的情況下,懸浮的泥沙會(huì)影響聲吶掃測(cè)效果,造成管線和溝形難以辨識(shí),對(duì)挖溝過程的監(jiān)控造成很大干擾,可通過安裝更先進(jìn)的TSS磁力探測(cè)裝置來解決。

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