海底电缆铺设设备分析

摘要：埋缆机作为浅水铺缆设备，采用与挖沟机相同的水射流技术，动力驱动泵通过对水完成一个吸、排过程，将一定量的水送到高压管路，使其以一定能量达到喷嘴，经过喷嘴孔加速凝聚的水形成射流，利用水射流在海底冲刷出一条沟，进行海底电缆的铺设。整个过程利用水下监控系统，对埋缆机的姿态、工作水深、喷水压力实行监控，采用人机界面实行对整体铺缆设备的控制。

关键词：海缆铺设；埋缆机；作业程序

海洋石油299即典型的动力定位铺缆船，其级别为2级，精度3米左右。因海缆铺设由原来的动力缆发展到现在的含有光纤的复合缆，这种电缆对铺设精度和船舶性能要求较高。采用动力定位海缆铺设船，既可以满足上述要求，又能在短时间完成施工、保证铺设质量，提高施工效率的同时也能够节省施工成本。本文简单介绍埋缆机设备在铺设海底电缆中的应用。

一、埋缆机作业条件及技术指标

1.作业条件

（1）环境温度 -20℃～45℃

（2）相对湿度 95%

（3）作业风速 6级

（4）海流速度 2.57m/s（5节）

（5）波浪高度 1.5m

2.主要技术参数

（1）作业水深 水深40m以内

（2）埋缆深度 ≤2m

（3）适应缆径 ≤120mm

（4）埋缆速度 8～15m/min

（5）抗纵、横倾能力 ≤±5°

（6）适应土壤剪切强度 ≤50kpa

二、海缆铺设作业程序

电缆铺设是利用动力定位铺缆船进行电缆铺设作业。从安装公司使用自主研发设计的埋缆机铺设第一根海底电缆到如今已有五年的时间了。在这五年的时间里，通过对设备不断的创新和改进及铺缆经验的不断积累，公司对许多环节和问题已经有一些成熟的解决思路和办法。电缆铺设是一项看起来不复杂，但是又有很多细节的工程，大到几十吨的设备小到一个扳手和卡环，这对于海缆铺设或者其他项目都同样具有实际的意义，所以所有准备工作仍要求做到精细。

1.起始铺设阶段

当动力定位系统测试完毕后，HYSY299逐渐向就位点靠近。当船舶就位后，起始铺设工作正式开始。先将埋缆机提起悬挂于船尾，使埋缆机的两个滑靴与船舶的甲板相平并使喇叭口与船尾滑道能保证电缆以光滑曲线进入喷射臂；按下张紧器控制台上的“泵启动按钮”，启动液压泵。运转一段时间后，切换“夹紧油缸”至“放松”状态以便举起上部履带，然后将电缆放入，夹紧。用钢丝绳将电缆与预先放在平台上绞车相连接，以便进行电缆头的抽拉工作，抽拉电缆头需要操作绞车人员、操作张紧器人员和驾驶台相互联系，相互配合，前两个环节必须听从驾驶台的指挥。张紧器放缆的速度平均每分钟6米左右，放缆为间断性的，放出几米之后，放缆停止，绞车开始进行抽拉工作，以此循环。在放缆的过程中要时刻观察电缆的入水角度，保证电缆释放的余量不要太多，还要保障电缆受力不要太大。电缆抽拉到位后，开始进行移船工作。在移船的过程中，要使张紧器放缆的速度与移船的速度保持一致，并且时刻观察电缆的入水角度。电缆的抽拉工作如下图。

2.中间铺设阶段

到达埋缆起始点后，开始释放埋缆机到海底，在下放埋缆机的过程中，埋缆机控制室监控人员打开声纳主机指挥主船吊机下放埋缆机，声纳能探测埋缆机到海底的距离。同时打开埋缆机监控系统，时刻监控埋缆机的姿态，要保持埋缆机横摇不能超过5°，纵倾也不能超过5°，监控人员要时刻向驾驶台报告埋缆机的姿态，同时还应观察喇叭口上的四个传感器的受力，主要是上下两侧的受力。上侧受力大，则提高张紧器放缆的速度；下侧受力大，则降低放缆的速度。左右两侧用于调整船前进的方向，最好的状态是电缆处于喇叭口的中间位置。这里要注意释放到接近海底时，应边走船边释放到海底。这样做的目的是防止一次性将埋缆机放入海底而不走船。埋缆机的高压水泵会在海底形成一个坑导致电缆铺设在其中弯曲而受力。当埋缆机释放到海底后，开始启动两台泵，启动后观察两台泵电流的大小是否在额定范围之内，同时开始做好记录，根据业主要求每十分钟做一次记录，观察喷水压力的大小。埋缆机的滑靴与海床接触后，把与电源线绑定的钢丝固定在船舷上，从而避免电源线受力过大而被扯断。一切准备完毕之后，开始进行平台间铺设。这个过程中，主要注意的张紧器的张力和海缆的船尾入水角度。因埋缆机上电缆进口与海底间有约1米左右的距离，这样如果海缆的入水角小于设计的角度就可能导致海缆在水下打弯，角度过大就会海缆的受力增加的同时也可能因海缆与埋缆机之间的相互作用而损伤海缆。在铺设过程中，要对光纤进行跟踪检测。走船的速度一般在每分钟8～15米，张紧器与走船保持同样的速度，埋缆机控制室监控人员要根据埋缆机状态确认挖沟状态，通知主船走船速度，具体的速度设定要依照海底的地质来决定，而且还与设计路由有关。

3.终端铺设阶段

在HYSY299到达设计埋缆终止点前，开始降低走船速度，同时张紧器也开始降低放缆速度，到达预定点后，先将两台泵停止，慢慢将埋缆机提出水面，挖沟埋缆阶段结束。在提起埋缆机的同时，将声纳主机关闭，主要观察埋缆机的姿态及喇叭口上的四个传感器受力的大小。注意不要让埋缆机横摇或纵倾超过5°以免造成对埋缆机的损坏。作业人员将电源线和脐带电缆拖出水面放置甲板上，将埋缆机悬挂于船尾，位置同起始铺设时相同。船舶到达造弯段起始点时，开始根据设计的造弯段路由调整船向，一般多采用造“S”形弯，这样既能保证在短的距离内有长的余量，又能减小平台牵引海缆时的拉力。当船移至“S”形弯短终点时，船舶根据海况多调整为船尾靠近海缆护管。这时同起始铺设一样将海缆护管中的钢丝绳与海缆拖拉头相连后，平台绞车开始牵引海缆上平台，整个铺缆过程就结束了。

三、结束语

海缆铺设在海洋石油工程项目中存在的风险是很大的，会受到海况、设备性能、船舶性能、现场施工环境、人员等因素的影响，但只要了解埋缆机的主要工作原理，严格按照操作规定去执行，就能很大程度地减少风险并顺利完成任务。

参考文献：

[1]中国海洋石油报.当代中国海洋石油工业[M].北京：当代中国出版社，2008.

[2]徐兴平.海洋石油工程概论[M].东营：中国石油大学出版社，2007.

[3]安国亭.海洋石油开发工艺与设备[M].天津：天津大学出版社，2001.

（作者单位：海洋石油工程股份有限公司）