海底管线挖沟技术探讨

摘要：随着我国对能源需求与日俱增，海洋石油资源得到了迅猛地开发与利用，海底管道挖沟已经成为海洋石油工程施工中的一项重要环节。本文以BZ19-4项目为例，简要介绍海底管道挖沟的有关方法和技术问题，并针对挖沟机使用作出简要分析。

关键词：海洋石油；海底管道挖沟；挖沟机

一、挖沟作业和挖沟设备概述

1.挖沟作业概述。我国海洋石油工程中，海管挖沟主要是通过作业船舶拖带挖沟机，通过喷射式挖沟机上的轴流泵向海管两侧喷射水流，从而冲刷海底淤泥，形成一个U型沟槽，之后海管沉降到沟底，随时间沟槽中淤泥回填，将海管埋于沟中。主要作用是将海管固定于海底，避免海管偏移和悬空，以及其他船舶的钩挂，起到固定保护作用。

2.挖沟设备概述。在BZ19-4项目中，挖沟机选取了海油工程自制的一万方喷射挖沟机。

挖沟机必须满足HYSY299的拖带方式、收放、吊重、甲板布置及承载能力等要求。经过试验，挖沟机及附属设备尺寸满足上述技术要求。

二、挖沟作业的实施

1.船舶就位。抵达施工现场后，根据海管路由周围相关结构物及船舶情况合理布置锚位，挖沟起始点一般距离平管管头25米，以免破坏法兰及影响膨胀弯的安装。

对于HYSY299这样的动力定位船则不需要抛锚，抵达现场后需进行DP测试，然后上线就位。

2.挖沟机就位。挖沟机下水后，凭借GPS定位及声纳扫描，在吊机的配合下来实现挖沟机的高低变化，当挖沟机完全进入水面后将进行喷射泵试运行。试运行结束后使用声纳寻找管道位置。当挖沟机降低至约海底时，对于锚泊船舶由潜水员下水指挥吊机让挖沟机下放到位；对于HYSY299等动力定位船，挖沟机需要配置2个声纳（前后各一个），在挖沟机下放过程中，要两台声纳以及姿态传感器同时监视挖沟机状态，以达到准确就位。

3.正常挖沟作业。挖沟的深度，宽度和速度是由绞船速度，喷射泵转速，喷射口压力，喷腿安置深度，宽度，水下检查的频率共同决定的。这些参数都可以调整以保证挖沟作业的最高效率。一旦挖沟机挖沟初始过渡阶段完成后达到要求深度，在保证挖沟机沿着海底管道的情况下挖沟船根据实际情况在保证沟深的情况下匀速前进。

随着挖沟机慢慢向前移动，被挖后的地方海底管道会由于自重落入沟中。与此同时海底管道会被淤泥覆盖。这是一种自然现象，由土壤条件，地形，水深和环境共同决定。

为了避免大量的回淤，更有效的办法是尽快挖沟，以限制回淤的发生时间。这可以通过提高挖沟机拖带的速度实现。不过，这也会降低喷射器冲刷的力度（减少了挖沟时每单位体积泵抽水的时间）。如果沟中残留有更多的流泥沙也会导致回淤的增加。因此需要在长时间施工时间中总结经验得出最佳的拖带速度。

4.挖沟记录及监控。通过装在挖沟机上的监测系统可以得到沟形情况，监测系统包括拉力传感器和声纳。

拖拉缆上装有一个张力传感器并有一个张力显示器在控制中心。张力显示器会显示挖沟时滑撬上的张力。根据海底地质条件来确定最大挖沟张力，调整挖沟速度。按照海底管道挖沟常规经验，挖沟时拖拉缆张力不得超过5T。

在挖沟过程中，挖沟机的位置，沟深情况由声纳进行监控。在BZ19-4项目中，HYSY299船上安装有两套声纳装置，声纳工作在剖面方式以便显示海底面、管线横截面及沟型。

两个声纳头应分别安装在挖沟机的前后两端。挖沟机前部的声纳数据仅能帮助判断挖沟机姿态，不能提供沟形信息。沟形由后声纳监测记录，应该适当加高后声纳安装位置，这样一方面可以观测到较完整的沟形，另一方面能减少气泡、泥沙的干扰。另外还要在挖沟机上按照声纳电缆的走向焊接固定桩，方便声纳信号电缆固定。

5.挖沟机的回收。当海上挖沟作业完成或者遇到需要起吊挖沟机的情况时，挖沟机将按照以下步骤回收： （1）作业船仍以一个平稳的速度前进。（2）逐渐降低喷射口的压力。（3）挖沟机由吊机缓慢提起。（4）停泵，挖沟机的一切参数归零。（5）挖沟机垂直上吊直到滑撬离开海底管道。（6）一旦挖沟机完全离开海底管道，船尾横向移动同时起吊直到挖沟机完全回到船上。

三、总结

通过BZ19-4海管挖沟项目，我们发现对现有挖沟技术流程，挖沟机工作原理和系统组成已经形成了较为成熟的技术体系。针对目前海底管道管径粗大、工作水深、土壤剪切力大、海况环境复杂等诸多因素，在原有的技术特点上继续提高挖沟机的工作效率，持续改进挖沟工艺，从而为我国的海洋石油事业发展贡献更大力量。

（作者单位：海洋石油工程股份有限公司）