海底电缆抽拉方法及平台改造分析

2015-05-29 03:27林臻裕王朋飞谢俊杨盛蒋雷雷深圳海油工程水下技术有限公司广东深圳518067
化工管理 2015年21期
关键词:尼龙绳海缆滑轮

林臻裕 王朋飞 谢俊 杨盛 蒋雷雷(深圳海油工程水下技术有限公司,广东 深圳 518067)

在开发海底石油资源,进行海上油田的生产过程中,油气田平台群之间,通常通过海底电缆,将中心平台或单点储油轮与其它生产平台连接起来,这样只需要在一个平台上设立电站,就可以满足所有平台的生产和生活用电需求,避免了在各个平台上均要设立较大型电站的问题,在很大程度上减少了开发费用[1];另一方面,使用海底电缆还可以对一些无人生产平台、水下管汇、采油树等进行远距离控制,解决平台之间的通讯问题。

平台间海底电缆在开始铺设及铺设完成后,需要分别将电缆的头部、尾部抽拉上采油平台,接入海缆箱,以完成整个电缆的施工过程。高效、安全的完成电缆抽拉工作,可以节省船天,降低施工成本。本文通过一个项目实例,介绍了海底电缆抽拉方法,并对平台改造进行了分析,为以后类似项目的实施提供技术指导和施工经验。

1 海底电缆抽拉过程

1.1 海底电缆铺设简介

平台间海底电缆的铺设过程主要分成6个阶段,依次为路由调查与垃圾清理、起始端电缆抽拉、正常铺设、终止端电缆抽拉、海底电缆接线及测试、挖沟。其中海底电缆的起始端和终止端需要通过在平台上预先布置好绞车,在施工船舶配合下,将电缆抽拉上平台。

1.2 起始端电缆抽拉

如图1所示,在正常铺设开始前,需要通过在平台上布置好绞车,将绞车钢丝绳通过电缆护管,下放到海底后,施工船舶将钢丝绳回收到甲板上与海底电缆进行连接;之后,在船舶、绞车、ROV的配合下,船舶将海底电缆慢慢下放至海底,同时平台上绞车同步收紧钢丝绳,将海底电缆牵引到护管喇叭口附近;然后绞车继续收绳,将电缆抽入护管,在这个过程中,ROV需要在旁边实时监视工作情况,必要时辅助绞车将电缆抽拉头抽入护管,防止电缆卡住;电缆进入护管后,在绞车钢丝绳的持续作用下,最终将电缆起始端抽拉上平台;

图1 起始端电缆抽拉示意图

1.3 终止端电缆抽拉上平台

当船舶到达终止平台附近后,船舶开始终止端电缆S弯铺设,以留出足够的余量,同时根据需要,可在电缆上面设置浮袋等装置,以减少抽拉时电缆与泥面的摩擦力。

终止端抽拉与起始端类似,通过平台上预先布置好的绞车,将电缆通过护管抽拉上导管架平台,不同的是,终止端电缆采用水下挂钩方式,将绞车钢丝绳与电缆进行连接,抽拉力比起始端大。

1.4 二次抽拉方法

由于平台层高限制,在施工过程中,一般只能一次性将电缆抽出2-3m,而实际需要抽出15-20m的长度,因此需要进行二次抽拉,直到将电缆抽出足够的长度。以下是工程中采用的两种二次抽拉方案:

方案一:如图2所示,在钢丝绳连接在电缆头部的拖拉头上,抽出最高长度后,在护管口底部安装一个电缆抽拉抱卡,将钢丝绳连接到电缆抽拉抱卡上;在电缆抽拉抱卡达到最大高度后,在电缆底部安装另外一个电缆抽拉抱卡,交替进行抽拉,直至抽出需要的长度。

图2 交替抽拉示意图

方案二:如图3所示,根据需要抽出的电缆长度,在电缆端上隔一段距离,用一个拖拉网套将一根高强度尼龙绳与电缆平行固定在一起,在电缆头部抽出护管口后,将钢丝绳与高强度尼龙绳连接,通过抽拉尼龙绳,即可将电缆一起抽拉出来。

图3 连续抽拉示意图

方案对比:方案一中电缆每抽出一定高度后,要拆除安装抽拉管卡,需要花费较长的时间,效率较低;方案二中抽拉可以连续进行,效率较高,但是钢丝绳与尼龙绳连接的索具一般无法直接通过滑轮,每经过一处滑轮时,抽拉需要中止,在工程中可采用方案一,将电缆提升一定高度后,使尼龙绳穿过滑轮,再与钢丝绳连接,其效率取决于需要通过的滑轮数量。

2 平台改造及强度计算

在方案设计中,钢丝绳最终如图2、图3所示,一般要求垂直进入护管;吊耳位置一般选择在横梁叉点,或者斜撑,大梁等强度较高的位置上;设备位置选定后,根据强度计算结果,决定是否对平台进行加强改造。

本文以中海油某海缆铺设项目为例,该平台为海缆铺设终止平台,原设计为无人值守平台,平台小,高强度横梁较少,同时电缆护管口与电缆接线箱不在同一层甲板上,施工难度较大。下面简要介绍该平台的设备布置及强度计算结果。

2.1 设备布置

建立该平台抽拉区域结构模型,如图4所示,钢丝绳从绞车出来经过滑轮支架、导向滑轮1、导向滑轮2三次变向后进入电缆护管。钢丝绳最终与护管有一定的角度,导向滑轮1位置甲板横梁(H300X150)较小,因此焊接在此处的斜撑上。

图4 设备布置图

2.2 强度计算

该平台所在区域海水深度约100m,所用电缆在空气中重量2.9kg/m,海缆自重约2.9Te。钢丝绳上的力由海底电缆本身的重量,包括附着海水重量、海缆与电缆护管及海床泥面的摩擦力(起始端电缆可以不考虑)组成,按经验取自重的2倍,即5.8Te进行强度计算,模型载荷如图7所示,将力直接加在杆件节点上,其大小等于钢丝绳在此处合力大小,计算模型如图5所示。

实际施工过程中,根据布置好的拉力计,监控到实际的拉力约3.5-4Te,可知按5.8Te进行计算,其安全系数约为1.5(开放海域系数取2.0,遮蔽海域系数不小于1.5[2]),因此是一个比较合理的数值。

图5 SACS计算模型

2.3 计算结果

SACS计算结果如图6所示,其计算依据为WSD AISC 9th/API RP 2A-WSD 21st,综合UC值最大为0.74,小于1,其发生在滑轮支架底部杆件上,符合规范要求。因此该平台设备吊点位置选择合理,强度能满足使用要求。

图6 UC值分布图

3 结语

本文介绍了海底电缆抽拉上平台的过程及二次抽拉的方法,并通过一个实例介绍了海平台改造和设备布置方案,计算结果表明此设计方案强度满足使用要求。项目的成功实施,验证了计算结果,可以为后续类似项目的实施提供了一定的经验和技术指导。

3.1 二次抽拉时采用尼龙绳加拖拉网套的方式,可以高效的将电缆抽足够的长度;

3.2 终止端平台抽拉时,抽拉力最大,包含了海缆自重、附着海水重量、与电缆护管、及电缆在海床上的摩擦力;计算平台结构强度时,该合力取为自重的2倍,其安全系数约1.5,可以保证结构的强度要求;

3.3 通过合理的选择吊耳位置,如大梁、交叉点或者圆柱梁上,可以保证有足够的强度,减少平台改造工作量;

[1]房晓明.平台间海底电缆铺设.中国海上油气(工程),1991.

[2]API RP 2A-WSD 21st Edition.Recommended Practice for Planning,Designing and Constructing fixed Offshore Platforms-Working Stress Design[M].2000.

[3]American Institute of Steel Construction(AISC).Manual of Steel Construction-Allowable Stress Design[M].9th edition,1989.

[4]单辉祖.材料力学[Ι]第三版,高等教育出版社,2009

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