宏常軍* 楊 巍 魏修辰

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

一個(gè)獨(dú)立的海上油氣田通常是由若干個(gè)海上結(jié)構(gòu)物（井口平臺(tái)或浮式儲(chǔ)油裝置）組成。在海上油氣田中，一般只在中心平臺(tái)（或浮式儲(chǔ)油船）上設(shè)置一個(gè)主電站，然后通過海底電纜將主電站的電能分別輸送到各個(gè)井口平臺(tái)。海底電纜將海上油氣田的電力系統(tǒng)連接成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)，便于整個(gè)油氣田電力資源的統(tǒng)一管理、分配和控制。另外，海底復(fù)合電纜中的光纖或控制線可以將各個(gè)井口平臺(tái)的設(shè)備狀況和各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)傳送到中心平臺(tái)（或浮式儲(chǔ)油船）的中央控制系統(tǒng)，由中央控制系統(tǒng)集中監(jiān)測(cè)、操作、控制和管理。所以海底復(fù)合電纜在平臺(tái)生產(chǎn)中起著重要作用，當(dāng)海纜出現(xiàn)故障后，快速、可靠地修復(fù)海纜已經(jīng)成為維修研究的重點(diǎn)。簡(jiǎn)要介紹了切纜回鋪后新舊海纜連接的方法，該方法減少了海纜接頭個(gè)數(shù)，降低了海纜故障風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)海纜接頭工藝進(jìn)行了介紹。

1 海纜維修方法

1.1 施工前期工作

首先檢測(cè)出海纜的故障點(diǎn)位置，海纜故障點(diǎn)的探測(cè)方法很多，目前較為常用的方法主要是電壓測(cè)試法和光時(shí)域反射儀測(cè)試法[1-3]。根據(jù)探測(cè)的故障點(diǎn)位置，制定海纜修復(fù)方案，準(zhǔn)備施工物料和工機(jī)具。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)前期工作

（1）施工船舶拋錨就位，禁止在海管和海纜兩側(cè)100 m 范圍內(nèi)拋錨。

（2）潛水員進(jìn)行水下檢查，探摸電纜斷點(diǎn)前后各50 m 范圍電纜情況及平臺(tái)“J”形管口的海底情況。檢查電纜路由和J 形管口附近有無障礙物，以及海床對(duì)電纜的淤埋情況。若有妨礙電纜回收施工的障礙物（例水泥壓塊等），則需用船舶吊機(jī)清除障礙物。

（3）平臺(tái)上應(yīng)采用倒鏈固定卡死海纜箱處的海纜；采用氣割切除海纜護(hù)管上的錨固點(diǎn)，并鋸斷錨固點(diǎn)到海纜箱處的海纜。

1.3 回收舊海纜并尋找破損點(diǎn)

潛水員用高壓水槍進(jìn)行吹泥，使J 形管口外側(cè)50 m 及電纜斷點(diǎn)兩側(cè)各50 m 范圍的海底電纜從泥面中完全裸露，便于電纜起吊及舊電纜回收。

在平臺(tái)海纜錨固點(diǎn)上方的結(jié)構(gòu)梁安裝導(dǎo)向滑輪，將牽引鋼絲繩從施工船舶牽引至平臺(tái)，并穿過導(dǎo)向滑輪后與平臺(tái)上的海纜連接，從而輔助舊電纜回收以及新電纜穿管施工。

潛水員下水使用電氧切割切除J 形管外側(cè)電纜，借助送纜機(jī)將需回收的平臺(tái)立管內(nèi)舊電纜通過送纜機(jī)慢慢從J 形管內(nèi)反抽回船。抽纜時(shí)需監(jiān)測(cè)張緊器的張力值，確保抽纜時(shí)不會(huì)因?yàn)槔^大而損壞J 形管。

事先準(zhǔn)備好撐桿，在潛水員的指引下，通過吊機(jī)將撐桿下放至電纜損壞點(diǎn)附近（電纜損壞點(diǎn)可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果得知）。潛水員用5 根綁帶將電纜均勻固定在撐桿上，確保無纏繞后緩緩起吊電纜并控制起吊速度，在起吊過程中觀察吊機(jī)噸位變化情況，當(dāng)噸位變大時(shí)應(yīng)立即停止，潛水員下水檢查，待全部隱患清除后方可繼續(xù)起吊。起吊時(shí)應(yīng)保持起吊鋼絲繩垂直，必要時(shí)可調(diào)整船位。起吊過程如圖1 所示。

圖1 電纜起吊過程示意圖

電纜吊出水面后，將其放在舷邊改造好的電纜對(duì)接平臺(tái)上，并用綁帶固定在舷邊的纜樁上。找到破損點(diǎn)并將破損點(diǎn)處的電纜截?cái)啵瑫r(shí)檢測(cè)纜中是否含水，測(cè)試兩端光纖衰減以及電纜絕緣電阻，確定舊海纜截?cái)嗵幹亮硪粋?cè)平臺(tái)海纜技術(shù)指標(biāo)合格后將該端電纜封頭，設(shè)置浮標(biāo)后將其吊回海底。

1.4 反鋪新電纜至標(biāo)記處

船舶重新在平臺(tái)下拋錨就位，將穿過立管的牽引鋼絲與船上的新電纜的拖拉網(wǎng)套連接，以便海纜穿管時(shí)拖拉海纜，拖拉網(wǎng)套如圖2 所示。

圖2 海纜拖拉網(wǎng)套

新海纜依次通過退扭架和張緊器，船上的絞車收牽引鋼絲繩將海纜牽引上平臺(tái)。

反鋪新海纜至浮標(biāo)處，鋪設(shè)過程中需要控制走船速度和放纜速度，同時(shí)記錄KP 值和張緊器放纜長(zhǎng)度，確保二者保持一致。若二者不一致則要加快或放慢張緊器放纜速度，或者調(diào)整走船速度。

海纜敷設(shè)是通過鋪纜船上的張緊器將海底電纜送入水中，鋪纜船在鋪設(shè)海底電纜時(shí)的拉力不能超過海底電纜能承受的最大拉力要求，否則就會(huì)損壞海底電纜。截面大小不同的海底電纜能承受的拉力是不同的，其拉力可以通過下式計(jì)算獲得：

式中： F——海底電纜所能承受的最大拉力；

S——金屬鎧裝的截面積；

G——鎧裝的拉力；

R——鎧裝豎立時(shí)的衰減率，取0.85；

n——金屬鎧裝的根數(shù)；

A——安全系數(shù)，為0.25。

對(duì)新鋪設(shè)的海纜進(jìn)行絕緣和光纖測(cè)試[4]，確保電纜在鋪設(shè)過程中沒有損傷；測(cè)試無誤后將標(biāo)記電纜打撈上船。

1.5 新舊海纜做接頭并測(cè)試

當(dāng)天氣條件允許時(shí)，開始對(duì)2 根電纜（動(dòng)力纜連接及光纖熔接）連接處做接頭，應(yīng)在船上提前做好的密封操作間內(nèi)施工，大約共需要25 h。

由于連接時(shí)間較長(zhǎng)，連接過程中若出現(xiàn)大風(fēng)天氣而船舶需避風(fēng)時(shí)，應(yīng)將未連好的電纜接頭處兩端切斷并密封，標(biāo)記入海，船舶起錨避風(fēng)，等天氣允許時(shí)再回來打撈標(biāo)記海纜重新開始連接。

接頭做完后對(duì)平臺(tái)兩側(cè)整段海纜進(jìn)行絕緣與光纖衰減測(cè)試，整段海纜應(yīng)進(jìn)行打壓測(cè)試，確保其符合要求后將接頭處海纜吊入海中。為了避免在吊裝過程中因吊裝方式不當(dāng)對(duì)海纜造成二次破壞，吊裝時(shí)不僅要采用水平撐桿，還應(yīng)根據(jù)最佳曲率原則計(jì)算水平撐桿條件下每根海纜提升繩索的最佳長(zhǎng)度，并控制起吊速度，在起吊過程中應(yīng)觀察吊機(jī)的噸位變化，確保吊裝過程萬無一失。

2 海纜接頭制作工藝

2.1 光電復(fù)合纜準(zhǔn)備工作

（1）將兩段待接的光電復(fù)合纜（A 端，B 端）分別固定在支撐架上，兩端依次套上彎曲限制器及外錐。

（2）在光纜的A，B 兩端依次剝?nèi)蓪覲P 繩和鋼絲及包帶，長(zhǎng)度約為3.5 m。

（3）剝?nèi)ス饫|內(nèi)層PP 繩，將待連接的兩組電纜調(diào)直，分別鋸掉1.5 m 的電纜，留下光纖單元待用。

2.2 電纜連接

（1）確定接頭中心，使兩端電纜平直且長(zhǎng)度一致，端面平整，固定在托架上。分別將A，B 兩端的電纜剝?nèi)ラL(zhǎng)約350 mm 的護(hù)套，洗去瀝青，并在A 端的三相電纜上穿入鉛套管和熱縮套管。

（2）在電纜A，B 兩端分別套上內(nèi)錐，在A 端三相電纜上分別套上鉛管和熱縮套管。

（3）按順序排好三相電纜，計(jì)算接頭中心位置，要求導(dǎo)體端部平整，從端頭開始計(jì)算，按層分別去掉電纜護(hù)套350 mm，鉛管250 mm，阻水帶250 mm，外屏蔽230 mm，鉛管開口處用保鮮膜進(jìn)行保護(hù)，防止潮氣進(jìn)入。

（4）在各芯線端部量取140 mm，做好臨時(shí)標(biāo)記，用割刀去掉絕緣體，露出約50 mm 的長(zhǎng)導(dǎo)體；依次在絕緣層上削反應(yīng)力錐，錐長(zhǎng)為80 mm，保留10 mm的內(nèi)屏蔽屋，錐體切削時(shí)應(yīng)盡量均勻，突起部分用木銼銼平，或用玻璃刮平，并用砂皮打光，最后用清潔劑（丙酮）將絕緣、錐體及導(dǎo)體擦洗干凈。

（5）將電纜A 端各芯線套進(jìn)連接管，將電纜兩端慢慢抬高，使另一端導(dǎo)體塞進(jìn)連接管內(nèi)，對(duì)準(zhǔn)后用壓接鉗進(jìn)行壓接（圍壓），銼平打光壓接部位的毛刺和臺(tái)階，用清潔劑擦洗壓接部位。

（6）兩端外半導(dǎo)電屏蔽層之間的部分，應(yīng)再次用丙酮清洗干凈。

（7）用半導(dǎo)電屏蔽帶從一端內(nèi)半導(dǎo)電層之間重疊繞包經(jīng)連接管到另一端10 mm 半導(dǎo)電層上，繞包一個(gè)來回，繞包時(shí)拉伸率為原長(zhǎng)度的30%。

（8）兩端在鉛包口5 mm 處的鉛包上用半導(dǎo)電帶半搭蓋繞包經(jīng)20 mm 絕緣屏蔽層一直包到5 mm 的絕緣層上，然后兩端用應(yīng)力錐消除帶在鉛包上覆蓋半導(dǎo)電層一直繞包到覆蓋20 mm 絕緣層上，繞包時(shí)鍍銀面向外，拉伸率為原長(zhǎng)度的10%。

（9）用自黏性橡膠帶半搭蓋來回繞包整個(gè)接頭部位，要求包緊，增繞絕緣的厚度不小于10 mm，繞包時(shí)，拉伸率為原長(zhǎng)度的100%，如圖3 所示。

（10）用半導(dǎo)電橡膠帶從一端鉛包口上覆蓋包帶，然后經(jīng)整個(gè)接頭繞包到另一端鉛包口上，并覆蓋包帶為止，繞包一個(gè)來回。

（11）將鉛管移到接頭中間位置，從中間開始向兩端用木榔頭敲打，并用壓鉛器壓緊鉛管，兩端用木榔頭敲小后用小焊槍封鉛，再用鉛條封焊保護(hù)，如圖4 所示。

圖3 橡膠帶繞包接頭部位（單位：mm）

圖4 鉛條封焊示意圖

（12）將熱縮套管拉到接頭的中間，其兩邊與電纜護(hù)套搭接長(zhǎng)度為50 mm，并用熱風(fēng)槍加熱收縮。

2.3 光纖單元的連接

（1）考慮光纖單元的彎曲長(zhǎng)度，光纖單元的護(hù)套之間的距離不大于140 mm，留下約10 mm 的不銹鋼管，并將多余的部分去掉。

（2）在兩端的光纖單元上，分別套上承力螺母、推套、密封錐和3 個(gè)O 形圈，并在A 端套上光纖單元的密封筒體。

（3）在兩端的光纖單元上，分別去掉900 mm 長(zhǎng)的外護(hù)套和鋼絲，留下不銹鋼管。

（4）分別在兩端安裝密封座，依次套上支撐環(huán)、V 形圈、壓環(huán)，并旋上鎖緊軸和圓螺母，注意調(diào)節(jié)好長(zhǎng)度。

（5）安裝托架，保護(hù)好光纖，并將光纖清洗干凈；調(diào)節(jié)好安裝方向，用螺釘固定托架。

（6）整理4 根光纖單元的鋼絲（去掉多余的部分），插入托架的孔內(nèi)，并用螺釘緊固。

（7）去掉多余的光纖，在托架的兩面分別熔接光纖，同時(shí)監(jiān)測(cè)光纖的接續(xù)損耗。

（8）將熔接好的光纖盤繞在托架內(nèi)，蓋上蓋板后再次檢查光纖接點(diǎn)的損耗情況，防止盤繞過程中損耗增加。

（9）清潔密封槽和密封筒，將O 形圈安裝到密封座體上，并將密封筒用專用工具放置于兩密封座體的中間位置。

（10）在筒體的兩端分別安裝密封錐、推套和承力螺母，并將承力螺母對(duì)稱旋緊，安裝好止定螺釘，如圖5 所示。

圖5 筒體安裝示意圖

2.4 外鎧裝的安裝

（1）在三相鉛管上分別繞包一層黑色黏性PVC防水膠帶，然后用玻璃絲帶將三相鉛包與光單元接頭松繞收緊，使三芯鉛管與光單元接頭綁扎成整體。

（2）量取合適的長(zhǎng)度，確定A 端的內(nèi)錐安裝位置，再根據(jù)筒體的長(zhǎng)度，確定B 端的內(nèi)錐安裝位置，兩內(nèi)錐之間用螺桿定位，并保證電纜接頭和光纖接頭處于松弛狀態(tài)。

（3）依次用無紡布繞包剝開的部分，繞包時(shí)應(yīng)盡量包緊。

（4）將兩端鋼絲依次拉緊，按順序恢復(fù)到原來的位置，并嵌到內(nèi)錐上，用螺釘將內(nèi)、外錐夾緊。最后將多余的鋼絲鋸掉，并將鋼絲端頭扳向外側(cè)，防止鋼絲端頭傷害電纜接頭。

（5）組裝外殼時(shí)應(yīng)將下殼體與內(nèi)錐用止定螺釘緊固，如果其與內(nèi)錐的圓弧面有間隙，則應(yīng)用非金屬材料填充。再將上殼體與下殼體用螺釘連接起來，如圖6 所示。

圖6 外鎧裝安裝示意圖

（6）在上殼體內(nèi)灌瀝青前，應(yīng)先將瀝青加熱到120 ℃，然后灌到殼體內(nèi)，直到另一孔中滲出瀝青，要求其中不存在氣泡，冷卻后再添加一次瀝青，最后將澆注口用悶頭螺帽旋緊。

（7）將兩端的彎曲限制器拉到中央，并用螺釘將外錐的螺紋孔緊固。

3 結(jié)論

利用切纜回鋪后新舊海纜做接頭的維修方法是行之有效的維修方法，該方法減少了海纜接頭個(gè)數(shù)，從而減小了海纜再次出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。