试论海底管道铺管施工技术

[摘要]海底管道广泛应用于海洋石油工业，已经成为连续输送大量油（气）最经济、最可靠、最安全、最快捷的运输方式，是海上油（气）田开发生产系统的重要组成部分。本文首先阐述了海底管道铺设施工特点，其次，分析了海底管道的铺设方法，同时，以甬沪宁原油管道海底管道穿越工程为例，进行了实例分析。

[关键词]海底管道；铺管；施工技术

中图分类号：P756.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0030-01

1、前言

近几十年来，随着我国海洋石油工业的快速发展，海上油（气）田的开发力度也在不断地加大，海底管道、浮式生产设施（FPSO）、海上采油平台的数量也在不断地增加。海底管道广泛应用于海洋石油工业，已经成为连续输送大量油（气）最经济、最可靠、最安全、最快捷的运输方式，是海上油（气）田开发生产系统的重要组成部分。从远的来看，通过海底管道能够将陆上石油工业系统与海上油（气）田紧密结合在一起。从近的来看，通过海底管道能够将海上油（气）田的储运系统和生产集输系统联系起来。海底管道铺设技术历来受到重视，国内外学者提出了多种理论和方法，促进了海底管道建设的发展。

2、海底管道铺设施工特点

海底管道的作用就在于是将海上油气田所开采出来的天然气或者石油汇集在一起，然后通过管道输往陆上油、气库站或者输往系泊油船的单点系泊。20世纪50年代初期就已经开始出现了海洋输气管道，在20世纪70年代的时候，就出现了大型海洋油气管道。海洋油气管道的输送工艺与陆上管道的输送工艺相同。海底管道主要包括海底油气干线管道、集输管道和附属增压平台以及管道与平台连接的主管等。但是因为海底管道铺设施工是在海域中进行，会受到很多陆地上所没有的因素影响，自然其施工方法也是和陆上管道施工方法不同。海底管道铺设施工特点主要有以下四点。

（1）施工组织复杂

在海底管道的施工过程中，施工组织复杂，具有海陆联合组织施工的特点。首先，必须依靠岸上基地的电台来确定船队位置和移动方向。其次，燃料和淡水的供应、船队的配件、管道的预制等，都是与岸上的基地密不可分。

（2）施工环境多变

与陆地较为平稳的施工环境不同，海洋的海况变化迅速而剧烈，例如出现风浪过大的现象，那么管道铺管施工船队就很难在海面上难以保持稳定，那就很难进行施工。在这种情况下，务必需要待风浪过后再恢复施工。

（3）投资大

一般而言，在近海海底中铺设一条中等口径的输油管道，需要一支专业船队，这支专业船队由10余只辅助作业拖船、1只铺管船、1只开沟船组成。此外，在海底管道铺设的施工过程中，还需要有供应燃料、设备和材料的船只配合施工。在海底管道施工中的主要费用就是租用专业船队的费用，由于这一费用较高，致使海底管道施工费用比陆上同类管道要高1～2倍。

（4）施工质量要求高

海底管道在施工的过程中务必确保质量，这是因为海底管道无论是在投产以后，还是在施工期间，一旦发生事故，那么与陆上管道维修相比，海底管道维修困难得多，且费用很大。

3、海底管道的铺设方法

目前，海底管道的铺设方法主要有拖管法、s型铺管法、J型铺管法和卷管式铺管法等4种。本文以拖管法、卷管式铺管法两种方法为例进行介绍。

3.1 拖管法

在近海浅水区铺设海底管道时，通常采用拖管法。拖管法中的管道一般在陆上组装场地或在浅水避风水域中的铺管船上组装成规定的长度，然后用起吊装置将管道吊到发送轨道上，再绑上浮筒和拖管头，用拖船将管道拖下水，按预定航线将管道就位、下沉，最后将各段管道对接，完成管道铺设全过程。目前，拖管法已经发展为4种方式：浮拖、水面下拖行、离底拖和底拖。

（1）浮拖

浮拖是利用浮筒调节管道浮力使其漂浮在水面上，然后用大马力主拖轮牵引管道首端沿既定路线航行，尾拖轮牵引管道尾端控制其横向漂移以保证管道安全。浮拖法主要应用于海面风浪较小的海域，受管道尺寸、海水流速、拖轮大小等因素限制，每次浮拖的管道长度从几百米到几千米不等。

（2）水面下拖行

水面下拖行与浮拖法相似，只是将管道位置调整到水面下一定深度进行拖行。

（3）离底拖

离底拖是利用浮筒和拖链将管道悬浮在海床以上一定高度，再由水面拖轮牵引前进，既减小了海面风浪的影响，又避开了海底障碍和地形起伏，因而适用范围较广。离底拖法中需要根据管道尺寸、允许应力及海流等环境条件计算浮筒、拖链的个数和间距，施工工艺比较复杂。

（4）底拖

在底拖中，管道直接放置在海底由水面拖轮牵引至安放场地。这种方法施工简单，但是受海底地形起伏和海床土壤类型等影响较大，需要马力较大的拖轮，一般只适用于海底平坦的海域，管道长度和拖航距离也较短。

3.2 卷管式铺管法

卷管式铺管法是一种在陆地预制场地将管道接长，卷在专用滚筒上，然后送到海上进行铺设的方法。卷管式铺管法铺设效率高、费用低、可连续铺设、作业风险小。卷管法所用滚筒一般有水平放置和竖直放置两种，为减小管道卷绕后的塑性变形滚筒直径一般比较大，由于受到铺管船尺寸和滚筒直径的限制，卷管式铺管法中的管道直径较小，一般从0.0508m到0.3048m不等，单层管的最大铺设管径可以达到0.4572m。

4、实例分析――以甬沪宁原油管道海底管道穿越工程为例

甬沪宁原油管道海底穿越工程自宁波大榭港开始至慈溪市人海，穿越杭州湾，在北岸平湖市上岸，最终到达上海和南京的大型炼化企业。杭州湾海底管道穿越工程包括3条长度均为53.5km的管道，这3条管道间隔50m，相互平行，自西向东，直径分别为711mm、762mm～lJ273mm，其中直径为711mm的原油管道需要最早投入使用，以尽快满足炼化企业的需要。直径为762mm的原油管道和直径为273mm的石脑油管道同时铺设。杭州湾海域是世界上海况最为恶劣的3个海湾之一，美国休斯顿的海湾洲际工程公司（GIE）通过对现场施工环境的初步调查发现，管道穿越杭州湾非常困难，特别是在农历的大潮时期（钱塘江大潮），水流速度最高可达4.883m/s。

由于杭州湾的海况受多种自然因素的影响，复杂多变，铺管时若突遇强潮流，处理不及时或不妥当，都有可能对管道和铺管船造成严重的损坏，危及施工人员的安全。在施工初期，就曾对发生过干皱损坏的管段进行换管和维修，所以在农历每月的两个大潮期，尽可能避免海上施工。

北岸定向钻施工，入土点及出土点均在海水中，长度达1800m。而南岸管道位于3km的潮汐浅滩处，低潮时距防护堤约4km，在位于防护堤以外1.4km处建造了一个绞车平台，安装了最大拖力可达500t的绞车。首先按照管道路由的方向自绞车平台向海里铺设拖管钢缆，拖缆长度为3500m。在完成拖缆的铺设后，海上铺管船在距离绞车平台约3400m的位置处就位，将拖缆连接到铺管船焊接的管段上开始焊接、放管，同时启动岸上的绞车，回拖钢缆进行拖管施工，仅用了17天便顺利完成拖管作业。