王 瑋 吳業(yè)衛(wèi) 韓 旭劉 豐 李睿堯 劉星辰

海洋石油工程股份有限公司 （天津 300461）

當(dāng)前海洋石油工程施工領(lǐng)域中，鋪管船的定位系統(tǒng)主要包括錨系系統(tǒng)與動(dòng)力定位系統(tǒng)，本研究主要探討淺水錨系系統(tǒng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

淺水錨系S-LAY鋪管船在淺水海底管道鋪設(shè)作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[1]。錨系鋪管船通過(guò)拋錨拖輪將工作錨布設(shè)在海床設(shè)計(jì)位置，錨機(jī)和工作錨通過(guò)錨纜連接，通過(guò)前后錨機(jī)回收和釋放錨纜以定向拖拽、牽引方式實(shí)現(xiàn)鋪管船的方向調(diào)整與移位。

針對(duì)絕大多數(shù)海底管道鋪設(shè)項(xiàng)目，淺水錨系S-LAY鋪管船需要沿著設(shè)計(jì)路由將海底管道鋪設(shè)在海床上，為保證鋪管船沿著設(shè)計(jì)路由進(jìn)行鋪管作業(yè)，需要合理設(shè)計(jì)各個(gè)工作錨的拋錨位置。工作錨拋錨位置既要為鋪管船向前提供足夠的拉力，又要能夠保持船舶的穩(wěn)定性，確保在不發(fā)生船舶失位的情況下，具備抵御不良天氣與海況的能力，給海底管道的鋪設(shè)安全提供足夠保證，并保障船舶自身與海底設(shè)施的相對(duì)安全。

錨纜通過(guò)鋪管船錨纜通道，以導(dǎo)纜鉗作為出纜口。由于導(dǎo)纜鉗無(wú)法移動(dòng)，工作錨設(shè)計(jì)錨點(diǎn)的位置直接決定了錨纜的出纜方向。通常，海底管道是由一個(gè)導(dǎo)管架平臺(tái)到另一個(gè)導(dǎo)管架平臺(tái)，所以需要在導(dǎo)管架平臺(tái)附近進(jìn)行起始、終止鋪設(shè)，鋪管船就需要通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行起始、終止鋪設(shè)作業(yè)。

對(duì)于新開發(fā)油田或新建海洋平臺(tái)附近的海管鋪設(shè)，鋪管船一般通過(guò)“起始錨法”或借助“導(dǎo)管架平臺(tái)樁腿帶纜”方法進(jìn)行過(guò)平臺(tái)的海管鋪設(shè)作業(yè)[2]。一些開發(fā)較久的海洋平臺(tái)，由于平臺(tái)導(dǎo)管架下已存海底管道與設(shè)施較多，錨纜干涉的影響無(wú)法忽略，在施工過(guò)程中，工作錨無(wú)法找到合適錨點(diǎn)的情況經(jīng)常發(fā)生，導(dǎo)致鋪管船在通過(guò)平臺(tái)時(shí)沒(méi)有安全穩(wěn)定的錨位。

錨系鋪管船在通過(guò)平臺(tái)時(shí)工作錨無(wú)法找到合適的拋錨點(diǎn)，根本原因是導(dǎo)纜鉗無(wú)法移動(dòng)，無(wú)法在平臺(tái)導(dǎo)管架和錨纜不干涉區(qū)域找到合適錨點(diǎn)。針對(duì)該問(wèn)題，一方面可以考慮平臺(tái)導(dǎo)管架樁腿帶纜連接錨纜的可行性，另一方面可改變導(dǎo)纜鉗作為錨纜最終出口的狀況。

1 平臺(tái)導(dǎo)管架樁腿帶纜連接工作錨錨纜

使用導(dǎo)管架樁腿帶纜的方法，和海底管道起始鋪設(shè)使用導(dǎo)管架樁腿作為固定端的方法類似，都使用環(huán)形吊帶與導(dǎo)管架樁腿進(jìn)行連接，然后環(huán)形吊帶再與工作錨錨纜或起始纜進(jìn)行連接。無(wú)論是工作錨的錨纜張力還是起始纜的鋪設(shè)張力，都通過(guò)環(huán)形吊帶作用在導(dǎo)管架樁腿上，而且對(duì)于工作錨錨纜使用導(dǎo)管架樁腿帶纜的情況，隨著鋪管船的移動(dòng)，與工作錨錨纜連接的環(huán)形吊帶也會(huì)繞著所在的導(dǎo)管架樁腿轉(zhuǎn)動(dòng)。使用環(huán)形吊帶與導(dǎo)管架樁腿進(jìn)行連接，可以避免工作錨錨纜隨鋪管船移動(dòng)對(duì)導(dǎo)管架樁腿防腐涂層造成損傷。平臺(tái)導(dǎo)管架樁腿帶纜連接工作錨錨纜的施工方法如下：

（1）根據(jù)鋪管船過(guò)平臺(tái)整個(gè)過(guò)程的需要，判斷鋪管船需要幾根工作錨錨纜進(jìn)行導(dǎo)管架樁腿帶纜，并確定導(dǎo)管架樁腿的帶纜位置。導(dǎo)管架樁腿帶纜位置的選擇，一要考慮現(xiàn)場(chǎng)方便連接，二要考慮鋪管船通過(guò)平臺(tái)后方便斷開連接。

（2）結(jié)合需要帶纜的工作錨和其他正常拋錨的工作錨，完成相關(guān)的錨位設(shè)計(jì)，并進(jìn)行錨泊分析，確定在工況要求下各工作錨錨纜張力和鋪管船的穩(wěn)定性，尤其是需要帶纜的工作錨錨纜張力。

（3）依據(jù)錨泊分析，得出需要帶纜的工作錨錨纜最大張力，同時(shí)考慮動(dòng)態(tài)放大的情況，受力方向應(yīng)考慮導(dǎo)管架樁腿帶纜全過(guò)程中樁腿受力的極限工況，同時(shí)導(dǎo)管架樁腿需進(jìn)行整體強(qiáng)度及局部強(qiáng)度的評(píng)估，并出具評(píng)估報(bào)告。

（4）進(jìn)行導(dǎo)管架樁腿帶纜處的連接設(shè)計(jì)，依據(jù)錨泊分析和導(dǎo)管架樁腿帶纜強(qiáng)度評(píng)估結(jié)果，選取合適工作載荷的環(huán)形吊帶、卡環(huán)及過(guò)渡纜繩。由于鋪管船工作錨錨纜直徑較粗，與樁腿帶纜環(huán)形吊帶連接時(shí)操作不便，可以通過(guò)過(guò)渡纜繩連接環(huán)形吊帶和工作錨錨纜。過(guò)渡纜繩的工作載荷要滿足錨泊分析和導(dǎo)管架樁腿帶纜強(qiáng)度評(píng)估的要求，其長(zhǎng)度要滿足整個(gè)鋪管船過(guò)平臺(tái)的要求，不能出現(xiàn)過(guò)渡纜繩進(jìn)入導(dǎo)纜鉗的情況。具體連接如圖1所示。

圖1 導(dǎo)管架樁腿帶纜連接

（5）依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工，鋪管船將需要進(jìn)行導(dǎo)管架樁腿帶纜的工作錨錨纜一端交于拖輪，拖輪將錨纜固定在甲板上。同時(shí)，鋪管船將過(guò)渡纜、環(huán)形吊帶及卡環(huán)轉(zhuǎn)移至工作小艇。

（6）工作小艇航行至導(dǎo)管架帶纜樁腿附近，將環(huán)形吊帶綁在樁腿上；在工作小艇上連接環(huán)形吊帶和過(guò)渡纜一端，連接完畢后工作小艇將過(guò)渡纜另一端交予拖輪，在拖輪甲板將其與工作錨錨纜相連。

（7）拖輪釋放工作錨錨纜與過(guò)渡纜，鋪管船工作錨錨纜帶張力，進(jìn)行張力試驗(yàn)，張力試驗(yàn)通過(guò)后，該工作錨錨纜在導(dǎo)管架樁腿帶纜工作完成。

2 改變導(dǎo)覽鉗作為錨纜最終出口的狀況

2.1 使用鋪管船帶纜樁和導(dǎo)纜孔進(jìn)行拋錨

要改變導(dǎo)纜鉗作為錨纜最終出口的狀況，可以使用鋪管船甲板現(xiàn)有的帶纜樁和導(dǎo)纜孔，通過(guò)鋼絲繩連接帶纜樁和滑車以改變錨纜出導(dǎo)纜鉗后的方向，最終使工作錨可以在平臺(tái)導(dǎo)管架和錨纜不干涉區(qū)域找到合適錨點(diǎn)，具體拋錨施工方法如下：

（1）從鋪管船現(xiàn)在位置到鋪管船可以繞過(guò)平臺(tái)進(jìn)行拋錨的位置，列出關(guān)鍵位置錨位圖，在船舶定位系統(tǒng)上模擬出鋪管船過(guò)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)錨位過(guò)程。

（2）在鋪管船甲板選擇合適位置的帶纜樁和導(dǎo)纜孔，根據(jù)鋪管船過(guò)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在平臺(tái)導(dǎo)管架和錨纜不干涉的前提下，設(shè)計(jì)工作錨的拋錨位置。

（3）再次模擬鋪管船過(guò)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，檢驗(yàn)帶纜樁、導(dǎo)纜孔及工作錨的拋錨位置是否合理，判斷平臺(tái)導(dǎo)管架和錨纜是否會(huì)出現(xiàn)干涉。如出現(xiàn)平臺(tái)導(dǎo)管架和錨纜干涉的情況，需要重新選取帶纜樁和導(dǎo)纜孔，或更改工作錨的拋錨位置；如未出現(xiàn)平臺(tái)導(dǎo)管架和錨纜干涉的情況，需要根據(jù)鋪管船過(guò)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，計(jì)算出滑車和連接鋼絲繩的最大受力，從而檢驗(yàn)帶纜樁和導(dǎo)纜孔工作載荷是否滿足要求。

（4）將錨纜由導(dǎo)纜鉗牽引至帶纜樁位置，在鋪管船甲板連接滑車和鋼絲繩，使錨纜通過(guò)滑車，滑車作為錨纜的最終出口。

（5）拋錨拖輪連接錨纜和工作錨，并前往設(shè)計(jì)位置拋錨。

鋪管船帶纜樁、導(dǎo)纜孔和導(dǎo)纜鉗具體連接如圖2所示，鋪管船使用帶纜樁和導(dǎo)纜孔進(jìn)行拋錨通過(guò)平臺(tái)示意圖如圖3所示。

圖2 鋪管船帶纜樁、導(dǎo)纜孔和導(dǎo)纜鉗的連接

圖3 鋪管船使用帶纜樁和導(dǎo)纜孔進(jìn)行拋錨通過(guò)平臺(tái)

2.2 鋪管船焊接滑車固定點(diǎn)進(jìn)行拋錨

使用鋪管船甲板現(xiàn)有的帶纜樁和導(dǎo)纜孔，通過(guò)鋼絲繩連接帶纜樁和滑車改變錨纜出導(dǎo)纜鉗后的方向，由于鋪管船現(xiàn)有的帶纜樁和導(dǎo)纜孔焊接在固定位置，可能會(huì)出現(xiàn)工作錨在平臺(tái)導(dǎo)管架和錨纜不干涉區(qū)域找不到合適錨點(diǎn)的情況；另一方面，鋪管船現(xiàn)有的帶纜樁和導(dǎo)纜孔的工作載荷可能不滿足拋錨作業(yè)的要求。這時(shí)，就需要設(shè)計(jì)新的滑車固定點(diǎn)，以代替帶纜樁和導(dǎo)纜孔。具體方法如下：

（1）從鋪管船現(xiàn)在位置到鋪管船可以繞過(guò)平臺(tái)進(jìn)行拋錨的位置，模擬出鋪管船過(guò)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

（2）在鋪管船甲板選擇合適的滑車固定點(diǎn)位置，根據(jù)鋪管船過(guò)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在平臺(tái)導(dǎo)管架和錨纜不干涉的前提下，設(shè)計(jì)工作錨的拋錨位置。

（3）模擬鋪管船過(guò)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，檢驗(yàn)滑車固定點(diǎn)設(shè)計(jì)位置及工作錨的拋錨位置是否合理，判斷平臺(tái)導(dǎo)管架和錨纜是否會(huì)出現(xiàn)干涉的情況。

（4）計(jì)算出滑車和連接鋼絲繩的最大受力，從而對(duì)滑車固定點(diǎn)的強(qiáng)度進(jìn)行校核。

（5）在鋪管船甲板設(shè)計(jì)位置焊接滑車固定點(diǎn)，該固定點(diǎn)一定要焊接在甲板加強(qiáng)橫梁上，具體安裝如圖4所示。

圖4 鋪管船甲板滑車固定點(diǎn)的安裝

（6）將錨纜由導(dǎo)纜鉗牽引至滑車固定點(diǎn)位置，在鋪管船甲板連接滑車和鋼絲繩，使錨纜通過(guò)滑車，滑車作為錨纜的最終出口。

（7）拋錨拖輪連接錨纜和工作錨，并前往設(shè)計(jì)位置拋錨。

鋪管船甲板固定點(diǎn)、滑車和導(dǎo)纜鉗具體連接如圖5所示。

圖5 鋪管船甲板固定點(diǎn)、滑車和導(dǎo)纜鉗的連接

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)錨系鋪管船過(guò)平臺(tái)拋錨受限的問(wèn)題：一是通過(guò)導(dǎo)管架樁腿帶纜，使導(dǎo)管架樁腿作為工作錨錨纜固定端；二是使用鋪管船現(xiàn)有的帶纜樁和導(dǎo)纜孔，或在甲板焊接新的滑車固定點(diǎn)，通過(guò)滑車調(diào)整錨纜出纜方向，改變導(dǎo)纜鉗作為錨纜最終出口的狀況，從而在平臺(tái)導(dǎo)管架和錨纜不干涉區(qū)域找到合適拋錨點(diǎn)。兩種方法有效地解決了錨系鋪管船過(guò)平臺(tái)拋錨受限的問(wèn)題，拓展了鋪管船過(guò)平臺(tái)拋錨的方法。