拖拉法铺设登陆海底管道

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1、 海洋石油工程股份有限公司安装公司 实习论文题目：拖拉法安装登陆海底管道拖拉法铺设登陆海底管道 安装公司技术中心：刘俊悦 指导老师：倪 超摘要：随着海洋石油事业的飞速发展以及对海洋油气资源开发利用率的提高，海洋石油中下游产业的规模也正在逐渐扩大，越来越多的陆地终端和处理厂正在建成并投入生产，这就相应伴生出许多海底管道登陆工程。本文结合JZ25-1S项目海底管道拖拉登陆的现场经验，总结和阐述了拖拉法在近岸海底管道铺设中的实际应用，并对该项目管道登陆的拖拉铺设方法、拖拉系统设计、拖管力计算以及拖拉设备的选择做了详细介绍。关键词：海底管道、拖拉登陆、底拖法、线性绞车1 概述 近岸海底管道的铺设多数采

2、用预挖管沟、拖拉铺管的方法进行。拖拉登陆铺管分为陆上拖管和海上拖管两种类型。目前使用的拖拉设备有许多种，不同的拖拉设备又有与之相配套的拖拉系统，作业中采用哪种方法铺设登陆管道，选用何种类型的拖拉设备，要根据承包者的具体情况和登陆点的环境条件决定。本文对上述问题，特别是对锦州25-1南项目采用的线型绞车底拖法的拖拉系统设计和和拖管计算进行较为详细的介绍和论述。2 项目介绍及施工方法2.1 项目介绍锦州25-1南油气田位于中国渤海辽东湾海域。油田所处海域平均水深为22.7米24.6米。一期开发项目拟建一条外输油管线，一条平台间的油气混输管线和一条平台间的海底复合电缆。本项目登陆拖拉的600米12”

3、/18”双层保温管即属于从锦州25-1南中心平台到绥中36-1登陆点93.6公里海管一部分。2.2 施工方法选择近岸段登陆管道的拖拉铺设法可分为：海上拖管法和陆上拖管法。海上拖管法有两种。一种是陆地接管，海上铺管船直接拖管。这种方法需要在陆地上修建一条接管作业线，由于这套设备昂贵成本太高，不予选用。另一种是海上铺管船自行接管和拖管，利用陆地导向滑轮将管道拖向陆地。采用此种方法，铺管船上要装有具备足够拖管能力的绞车，但承担此次海管施工任务的滨海109绞车能力并不能达到近80吨的设计托管能力。陆上拖管法即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

4、管船上的作业线接管，陆地绞车拖管，接一节拖一节，将管道逐渐拖向登陆点。它主要包括以下几种方法：浮游法、浮拖法、离底拖法和底拖法。由于浮游法、浮拖法、离底拖法都需要大量的浮筒以提供浮力、减少拖拉力，以便选择小吨位的线形绞车进行拖拉。但是海管在拖拉的过程中没有土壤的束缚在受到波浪流等外部环境载荷下，更容易弯曲变形破坏；不易定位。若拖拉设备能够满足要求，底拖法施工就能够避免以上方法中的弊端。由于安装公司具备200吨线性绞车能满足现场近80吨拖拉力要求，并考虑现场施工的经济性及登陆点附近海域地质、地貌、水深、潮流等诸多因素后最终决定采用陆上拖管底拖法。3 拖管力的计算拖拉登陆项目中拖拉力的计算是拖拉封

5、头设计及拖拉设备选择的依据，而对拖拉过程中海管受力进行分析则是为了调整作业线滚轮高度和托管架角度，以保证拖拉过程中，海底管道所受应力在许用应力范围之内。3.1 基本数据1. 海管的结构参数锦州25-1南近岸段海底管道是双层保温管的结构形式，内外管之间使用绝缘材料进行绝缘保温。数据如下表：表一 海底管道结构参数描述单位外管内管外径mm457323.9壁厚mm12.714.3钢材等级API 5LX65X65屈服极限MPa448448钢管密度kg/ m37850780绝缘涂层厚度mm-50.0绝缘涂层密度kg/ m3-4060防腐涂层厚度mm3.0-防腐涂层密度kg/ m3940-2. 环境参数根据

6、气象资料统计，登陆点附近海域四月份海水表面平局温度为，海水密度，现场波流参数根据工程地质和物探调查报告整理如下表：表二 登陆点附近海域波流统计表周期一年期十年期百年期波浪数据波高 (m)2.54.15.1最大波高(m)4.67.59.4周期 (sec)7.28.310.3最大周期 (sec)7.98.711.1海流速度表层1.101.251.60中层0.951.051.40底层0.800.851.053.2 拖管力计算海底管道拖拉过程中会经过不同条件的海床，不同海床对管道产生不同的阻力。为简化计算分析，将拖拉路由上的海底土壤简化为一段，考虑管道与海底的摩擦系数和海流，波浪状况，用以预测拖管过程

7、中拖力的变化和大小。在计算拖拉力前需确定如下内容1)登陆段的长度，2)管道，索具在空气中和海水中的单位重量，3)管道上所加浮筒的浮力，4)管道，索具与预挖沟底土壤的摩擦系数，5)管道拖拉头形式，6)拖拉时可能出现的不可预见性因素及潮位等一般情况,海底管道拖拉力包括海水阻力、波浪力、管道和索具摩擦力、船舶张紧器拉力。海水的阻力计算。单位长度海水阻力的计算公式是 式中，海水阻力系数，；Re雷诺数，Re =URD/； D 结构物直径； 水的运动粘度； 1.00710-6m2/s UR水与管道间相对速度，UR =ut-uccos，ut为拖管速度，uc为海流流速，为海流流向。 登陆点线形绞车拖拉速度为1

8、m/min，通过计算单位长度海水阻力仅0.004t。可不予考虑海水阻力影响。管道贴近海底以及双层保温管单位自重大、现场波浪对管道的作用很小，可不予考虑波浪影响。因此拖拉力大小一般由下述公式确定：式中， 总拖拉力各阶段浮筒长度张紧器剩余拉力单位长度浮筒提供的浮力、各工况索具、海管总长度、索具、海管出水长度、单位长度索具、 海管在空气中的重量、单位长度索具、 海管在海水中的重量、索具、海管与海床之间的摩擦系数；=1.2，=1.3实际计算中，拖管力分七段进行计算，即拖管长度为600米、500米、400米、300米、200米、100米、0米时，拖管力分别为66.56吨、66.25吨、63.24吨、64

9、.32吨、65.40吨、66.48吨和最终拖管力76.19吨。4 拖拉系统设计管道拖拉系统是完成管道拖拉的系统设施，主要包括三部分，即拖拉设备、拖拉索具和系统布置。4.1 拖拉设备的选择拖拉设备的选择极为重要，它不仅关系到拖拉技术的实施，作业的安全，而且关系大施工周期及整个工程的经济性。在铺设锦州25-1南项目时，海工安装公司200吨线性绞车能够满足拖管技术要求且能提供80吨拖力，因此根据以往经验选择了常规陆地底拖的总体方案。所用主要设备如下：（1）主拖拉线形绞车1台：最大拖拉力200吨，有前后两个夹钳循环提供拖拉力（2）线性绞车滚筒：动力块液压驱动，满载卷绳速度（3）动力块：为绞车及滚筒提供

10、动力（3）钢丝绳650：拖拉索具（4）10T卷扬机1台：主作业船用于起始连接拖拉缆拖拉索具是拖管的传力绳索。在用大型线性绞车进行直接拖管时，该索具就是一根直接卷上绞车滚筒的钢丝绳。本项目中拖拉索具就是650钢丝绳。4.2 拖拉封头设计及浮筒布置拖拉封头的设计同起始终止封头的设计并无太大不同，只是由于要承受较大的拖拉力，封头前端腹板和翼板需要尽量加厚才能满足应力要求。此外它的设计还受拖管方法影响，由于底拖法中管道一直沿预挖沟沟底行走，但在管道铺设中，挖掘的沟底不可能是光滑平整的，拖管可能会出现管道弯曲、别劲或拖头啃泥的现象。为了防止此类问题的出现，本项目将拖头前端设计的尽量圆滑，并在拖拉头和首根

11、海管之间焊接了一根单节点的光管。还在拖拉头上增设浮筒减少拖管阻力。由于海底管道一般都有钢筋混凝土的防腐配重层，海管铺设过程中虽然已在管子上加了轴向张力，但管道从铺管船上下水时往往保证不了设计曲率半径和应力要求；另外管道重量大，与海底泥面的摩擦力就大。为解决这些问题，需在管道上布设张力浮筒。布设浮筒的原则是：（1） 均匀布置，控制管道下水曲率和张力。（2） 使管头离开泥面，防止拖拉头啃泥，造成附加拖管阻力。锦州25-1南项目则在上述原则下经过计算对浮筒进行了如下布置： （1）单节点光管依次排列共12个浮筒（1000mm900mm） （2）双节点海管每隔3米一个浮筒（1000mm900mm）共28

12、个（3）拖拉封头连接船用大型浮筒（5000mm2000mm）1个4.3 拖拉系统布置拖拉系统的布置为拖管方法所决定，直接拖拉法的系统布置相对简单，本项目中线性绞车就位于管线路由中轴线的的反向延长线上，绞车前端距离登陆点20米（为减小拖管力，在首根海管前部焊接了一根单节点光管）。而绞车滚筒则根据两根地锚锚缆横向间距放置在绞车的后方，同样需和绞车及管线路由在一条直线上。其余设备则以不影响动复员大型车辆及吊车出入为原则进行布置。图一 登陆点拖拉设备布置5 登陆点施工拖拉力计算完成后，在完成相应拖拉方案和加工件设计加工后，便需要着手进行管道拖拉前准备工作，主要包括以下几个方面：5.1 预调查在拖拉登陆

13、前两个月对600米海管区间的海床以海管路由为中心进行预调查。着重考察沿海管路由海床的情况（如礁石、凹坑、废石、水泥块和其它障碍物等），以及在该区域内的已建海底管道情况。调查项目包括:水深测量、旁侧声纳测量、浅地层剖面测量，如跨越军事电缆还需要进行磁力探测。预调查完成后按要求对测量结果进行综合分析，得出该施工区域的实际地形地貌数据，做出完工报告。一般要求如下：水深图：比例尺1：5000，等深线0.5米；路由中心剖面图：比例纵向1：5000，垂直1：200；地貌图：比例为1：5000；特殊典型地貌图由于锦州25-1南项目管线登陆后便进行剩余管线正常铺设任务，因此登陆段预调查任务在整条管线预调查中一

14、并完成。5.2 预挖沟及回填为了满足底拖法及详设规格书的要求，预调查工作完成后，需要对近岸段及登陆点进行预挖沟作业。并在并在海管拖拉完成后进行回填。预挖沟前根据预调查报告并参考地质调查和物探资料，详细分析了海管登陆段路由的地质、地貌条件，分析浅地层分层情况以及各层的主要物质成分构成如淤泥、砂、粘土、砾石等，同时经过分析发现海管登陆段路由上存在礁石，由于常规挖沟方式无法达到设计沟深沟形要求，最终通过决定爆破方式解决。爆破完成后使用挖泥船按照设计中，沟深不小于2.5米，底宽不小于4.5米的要求进行挖沟，清楚路由上一切障碍物，并在挖沟过程中和完成后使用多波束检测水中沟型，保证了管线拖拉时管头或管体不

15、会因遭遇障碍物导致拖拉力过大造成设备或管线损坏。由于登陆管线距离陆地较近，且附件船只众多，登陆拖拉完成后需立即按照细砂、碎石、块石的先后顺序回填，保证管线不被破坏。5.3 登陆点场地施工及设备布置为了在登陆点布置大型设备，需要对施工区域进行临时征地，征地范围应至少满足12米板车和重型吊车自由出入方可，征地完成后便需要对场地进行平整，并着重对地基进行加强，上述工作完成后就需要对原有进场道路进行改造使其适应重型设备进场的承载要求。锦州25-1南项目就因为业主分包商场地处理不到位，进场道路及场内地基承载力不足，导致运输车辆和吊车通过时路面塌陷，不仅使车辆受困，还影响了绞车等拖拉设备的进场布置。登陆点

16、场地平整及道路改造完成后就需要按照拖拉系统设计进行施工，首先需要在绞车后方40米位置路由中心线左右各5米处预制钢筋混凝土地锚两个，地锚要求能够承载100吨拉力，并预留方便连接绞车固定索具的琵琶头；同时为保证拖拉过程中管头在路由上不摇摆，还要为线性绞车浇注混凝土固定墩底座，为了满足80吨的拖拉力及自身重量要求，固定墩承载力要不小于8，尺寸不小于,且按照绞车底板特点在固定墩内预埋钢板。上述工作完成后便可进行设备进场及设备固定连接调试。6 管道拖拉铺设作业6.1 船舶起抛锚及锚泊系统主作业船就就位位置主要由登陆点附件水深和潮汐变化决定。本项目中滨海109最大吃水4.0125米，为了尽可能的减小拖管长

17、度就需要在环境条件允许的情况下尽量向登陆点方向靠近。表三 登陆点各特征潮位值（单位：米）特征潮位相对于平均海面的高度最高天文潮位1.19平均高高潮位0.48平均高潮位0.29平均海平面0.00平均低高潮位-0.05平均高低潮位-0.21平均低潮位-0.32平均低低潮位-0.38最低天文潮位-1.11注：潮高基准面为理论深度基准面，该点的理论深度基准面位于平均海面以下0.78m。表三中登陆点海域最低天文潮位为平均海平面以下1.11米，即海图基准面以下0.33米，而KP0.6位置海图水深为5.5米，所以滨海109在此位置就位是安全的。BH109海管铺设配备有8台锚机和工作锚，并通过锚机收、放锚缆实

18、现铺管船沿海管路由的移位。BH109在KP0.6位置就位时根据预调查水深结果，尾锚6#、7#锚位水深不满足拖轮吃水要求，所以改为浅水抛锚艇驶往预定位置进行抛锚和移锚。在整个施工作业过程中，铺管船船长确定整个项目施工过程中铺管船每个锚点的位置，由定位人员根据铺管船船长的指令绘制锚图。铺管船每次移位和起、抛锚都会被记录在定位报告上。6.2 管道拖拉登陆在BH109动员至现场之前完成管道夹紧装置的垫块调整为适合海管，并按计算报告完成作业线滚轮高度调整。张紧器垫块、作业线滚轮调整完毕、主作业船完成抛锚后将正式进行管线牵引登陆作业，步骤如下：1. 在铺管船的作业线上进行海管的组对、焊接，并将海管预制到船

19、尾。通过船上浮吊将双节点管线运送至作业线，在BH109作业线的五个工作站内，一站进行内管的组对焊接，三站进行内管的检验返修和外管的组对焊接、半瓦的安装，第五站则进行阳极的安装和节点的防腐处理。2. 安放屈曲探测器管线预制到船尾后，先将钢丝绳穿过已预制完成管线，然后通过卡环与屈曲探测器连接，再将屈曲探测器安放在管线内。3. 在管道终端组对、焊接拖拉封头4. 连接线性绞车钢缆与拖拉封头A. 潜水抛锚艇携带（）信号绳驶向登陆点；B. 当抛锚艇牵引信号绳约100米后，将（）尼龙绳连接至信号绳末端；C. 尼龙绳和信号绳连接好之后，浅水抛锚艇继续向登陆点驶进，直至陆地施工人员接到信号绳，尼龙绳的末端连接的

20、钢丝绳；D. 陆地人员拿到信号绳之后，进行拖拉直至尼龙绳缠绕至绞车三圈以上；E. 开动绞车将钢丝绳回收，直至能够方便的连接200吨线性绞车的拖拉钢缆；F. 船上绞车开动将线性绞车的拖拉缆拖拉至能够通过卡环与拖拉封头的连接的位置；G. 连接钢缆、150吨卡环和拖拉封头；5. 启动登陆端线性车，牵引海管管道拖拉作业时，每拖拉24.4米后，在作业线上再组对、焊接一根海管，双层管起点到达KP0时拖拉结束，拖拉海管总长度（管头距离船艉）为600米。管道牵引到位后，便开始剩余95.7公里海管正常铺设。7 建议与意见1. 登陆点施工场地一般都紧邻海边，土质松软，且拖拉工作平面一般都在低于周围地基的人工沟道中

21、，施工中要尽量将进场道路坡度减小，并夯实地基，保证大型设备及吊机的进出场不受影响。2. 拖拉设备进场时，要先根据设计长度连接好绞车和地锚之间的钢丝绳再在吊机的配合下将绞车布置到位。这样才能保证钢丝绳处于张紧状态。3. 在整个拖拉过程中应至少配备一台大跨距挖掘机进行支持，用于辅助拖拉钢缆和封头连接，并应对可能发生的突发情况。锦州25-1南拖拉过程中就出现了因为潮汐引起管沟回淤的现象，最后使用挖掘机进行了紧急处理。4. 对于预挖沟形成的围堰应进行加固处理，如用沙袋进行阻挡，防止回淤影响施工。8 结束语海底管道的登录铺设大都采用拖拉法，尽管拖拉法有许多种，但都需要大型绞车或专用拖拉设备。本文结合锦州25-1南项目对海管拖拉登陆底拖法进行了详细的描述，为我们进行海底管道登陆施工提供了依据。由于管道登陆大都是登陆海管施工的第一步，其施工质量和进度直接影响着后续海管的正常铺设，因此需要工程师设计最优方案并对海上施工严格把关，拖拉过程中时时监控拖拉力大小并及时处理突发情况。总之海上的安装工作都存在着一定的风险和问题，我们要在保证施工安全的前提下保质保量的完成既定工作，对于工作中产生的问题想方设法去解决，在工作中不断积累经验，才能早日成为一个合格的海管工程师。第 9 页 共 9 页