用于海管泄漏监测系统的伴管铺缆方法

张庆所，胡 江，运 涛

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452 )

用于海管泄漏监测系统的伴管铺缆方法

张庆所，胡 江，运 涛

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452 )

海底管道是石油运输的重要途径，一旦发生泄漏，就会造成重大的经济损失。因此，对其进行监测是很有必要的。但由于海洋环境的特殊性以及铺管工艺的影响，在海管上加装传感器一直是一个难以克服的问题。为了解决此问题，文章提出了一种伴管铺缆的工艺，该工艺已应用于渤海某平台的海管泄漏监测系统，并且填补了国内相关领域的空白，具有重大而深远的意义。

海底管道；泄漏监测；伴管铺缆工艺

海底管道作为海洋石油领域的重要设施，在输油环节上发挥着不可替代的作用。一旦发生泄漏，就会造成重大的经济损失、环境污染等不良影响。但由于海洋环境的特殊性以及铺管工艺流程的制约，在海管上加装分布式传感器(通常是1根传感电缆或传感光缆)一直是一个难以克服的难题。为解决此问题，本文提出了一种独特的伴管铺缆方法，成为了国内首个成功案例，填补了相关领域的空白。

1 铺管工艺流程简述

海管铺设包括水平段铺设、挖沟、膨胀弯铺设、立管铺设4个阶段。

海管在工厂加工成12 m一段的海管，运至铺管船上。在铺管船上，海管被储存在靠近船首的位置。铺管前，海管需要经过焊接(若是双层管，需要先焊接内管)，包裹保温(配重材料)等工序。当某一工序完成后，将海管沿轴向送至下一站，同时在本站对下一段海管进行处理。随着工序的进行，海管被连接的越来越长。最终海管会穿过张紧器，从船尾伸出船身，下放到海里。

铺管后，海管会沉在海底，直接暴露在海水中。若直接使用会使海管泄漏的风险加大。因此，还需要在海管下方的海泥处挖沟，使管道下陷到1.5 m深的海泥沟中。挖沟完成后，经过一段时间的自然回填，就可以使海管大部分埋在海泥中。但由于海沟的高度落差，一小部分海管(悬跨段海管)仍会暴露在海水中。

最后，将海底海管的两端与膨胀弯相连接，膨胀弯通过立管连接至平台，与平台的生产设备相连。

2 伴管铺缆方法

与海缆类似，海底分布式传感器如果铺设不当，在使用过程中会受诸多因素影响[1]，且一旦损坏，维修困难，费时费力。

2.1 分布式传感器的绑缚位置

与海缆及海管的交越现象[2-3]不同，分布式传感器是通过监测传感器周围环境的温度变化来判断泄漏情况的。由于油的密度较小，当泄漏发生后，油会聚集在海管上部位置。即使泄漏点在海管下方，海管中上部的温度变化也比较明显[4]。因此为保证传感器的有效性，应将分布式传感器布设在海管中上方。

由于在挖沟时，挖沟机会“骑”在海管上向前拖行挖出1.5 m深的海沟。因此在挖沟的同时，挖沟机也因为自重，从正上方挤压海管，容易造成分布式传感器的断裂。同时，由于海流的作用，挖沟机两侧的悬臂也会对海管形成侧挤。一般光缆的抗冲击参数为75.00 N·m，电缆的抗冲击参数为34.02 N·m(CSA C22.2 No.51标准)。根据渤海地区的海流、常见的挖沟机参数，进行有限元分析，计算出挖沟机侧挤的冲击参数应不大于27.30 N·m，均小于光缆和电缆的抗冲击参数，因此海流的侧挤不会对分布式传感器造成影响。

挖沟过程还会出现挖沟机贴管拖行的情况，首先应通过调整光缆布设位置降低接触几率。如果发生挖沟机与光缆接触，分析如下2种情况：①光缆和绑扎带紧贴管道，故而不会漂移产生钩挂可能，即不会产生钩挂损伤；②挖沟机沿管道牵引没有明显的侧向分力，而且并非产生反复摩擦，因此不会对缆和绑扎物造成磨损，即不会产生摩擦损伤。综合考虑以上因素，决定在海管斜上方绑缚2根传感器，分别绑缚在11点和1点方向(如图1所示)。

图1 传感器绑缚位置

2.2 分布式传感器牵引方案

本方案参考了部分海缆铺设工艺[5-6]。出于工期的考虑，分布式传感器的铺设与海管铺设基本保持同步，在水平段管道铺管的同时，进行水平段传感器的铺设。DNV-OS-F101 2000 海底管线系统指出，海管铺设应变控制在0.35%之内。光缆本身最大可承受0.6%应变(IEC规范)，光缆铺设时可以预留部分应变，因此传感器不会因海管铺设而断裂。

在水平段管道的起始端和终止端都预留有传感光缆，安装膨胀弯之后将这部分传感器牵引至平台上，与监测主机相连接。为方便施工，我们在这部分光缆上绑缚了浮球。

由于海管立管的监测不是必要的，为减小海流对牵引段传感器的干扰，此处传感器不再铺设在海管立管外，而是参考海缆的牵引方式[7]，将传感器用海缆护管保护起来。因此安装膨胀弯时，需要事先在膨胀弯上安装外带挂耳的柔性绑带。传感光缆会绑在这些外耳上，插入平台下方的海缆护管中。

与海缆铺设时相似，传感光缆铺设完成后也需通过抽拉方式登平台[8]，同时需要在平台底层甲板的光缆(或电缆)登平台位置安装防爆箱，用于传感光缆连接的保护。

3 施工程序

本文以渤海某平台的分布式光缆传感系统的安装为例进行详细说明。分布式传感器的伴管铺设具体实施分为4个阶段：水平段光缆铺设、膨胀弯段光缆铺设、光缆登平台、平台上部走线。

铺管船作业线共分为11站，第9站和第10站为防腐保温站，第11站(最后一站)没有工作内容。光缆绑缚的工作安排在第10站和第11站之间。

3.1 水平段光缆铺设

3.1.1 起始端预留光缆固定

在起始端海管下水前，将预留光缆沿8字绑缚在海底管道12点方向，同时为了方便光缆登平台，在光缆端部穿入浮球，如图2所示。

图2 起始端预留光缆绑缚

3.1.2 水平段正常铺设

1)为了不影响管道防腐保温工作，从第11站到10站的光缆提前绑缚，等第10站发泡外壳安装后，再对第10站的光缆绑缚，如图3所示。

图3 第10站光缆绑缚

2)正常铺设管道采用钢卡带和橡胶垫块组合的形式，其中橡胶垫块用于增加光缆与海管之间的摩擦力，如图4所示。

图4 正常铺设光缆绑缚

3)每根管道绑缚完成后，移船走管，通过管道自然牵引光缆放到铺设位置，重复1)的工作直至水平段全部完成。

4)光缆铺设过程中，在光缆测试区将光缆终端插头连接到光时域反射仪上，点击测试按钮测试光缆的总长和衰减情况。

3.2 膨胀弯段光缆铺设

1)在膨胀弯下水安装前，在船上将带外挂耳的柔性绑带预制在膨胀弯上，间隔3 m一个，弯头处加绑1条，如图5所示。

图5 带外挂耳的柔性绑带预制

2)潜水员下水将起始端预留光缆通过退扭轮牵拉至船甲板上。

3)全部预留光缆都牵拉至船甲板上后，船上人员慢慢将预留光缆送入水中，保证水下光缆松弛，潜水员下水将部分预留光缆绑在膨胀弯上，剩余部分预留光缆用于登平台。

3.3 光缆登平台

1)光缆登平台前对平台下层甲板的海缆护管开槽，用于焊接光缆锚固件，如图6所示。

图6 护管开槽

2)将带有钢球的绳索从下层甲板海缆护管口放至海缆护管喇叭口位置，绳索端部与船上绞车相连，如图7所示。

图7 带钢球的绳索

3)潜水员下水将带有拖缆网套的光缆连接到喇叭口位置的绳索上。

4)通过船上绞车将光缆沿海缆护管牵拉上平台，同时潜水员在喇叭口位置观察水下光缆牵拉情况，并对光缆进行临时固定。

5)光缆登平台后，在海缆护管位置处将光缆锚固，如图8所示。

图8 光缆锚固

3.4 平台上部走线

1)在光缆登平台位置焊一接线箱，用于光缆熔接保护，如图9所示。

图9 光缆接线箱

2)沿平台走线桥架，将光缆从接线箱位置布设至传感主机位置(中控室)，如图10所示。

图10 平台走线

4 结束语

文章在国内首次提出了适用于海底管道的光缆铺设工艺，同时在国内第一次实现了利用光纤传感技术对海底管道进行安全监测。所提出的适用于海底管道的光缆铺设工艺，不仅不影响现有海底管道铺设的施工周期和光缆监测范围，而且后挖沟作业也不会对光缆造成影响。另外该工艺在国内首次实现了适用于海底管道安全监测的光缆铺设，包括起始、终止端预留光缆固定方法、水平段光缆布设工艺、膨胀弯段光缆固定方法、光缆牵拉登平台方法等，填补了相关领域的空白。

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Submarine pipeline is an important way for oil transportation.Great economic loss would occur in case of leakage.It's necessary to develop a system for submarine pipeline in real time online monitoring.Due to the particularity of the marine environment and the influence from pipe-laying technique,equipping sensors on the sea pipe has been an insurmountable problem.To solve this problem,a construction technique is proposed for laying cable along submarine pipeline,which has been used in the subsea pipeline leak monitoring system of a certain platform in BOHAI Sea.Furthermore,it fills the void in domestic field,with great and far-reaching landmark significance.

submarine pipeline;pipeline leakage monitoring;construction technique for laying fiber cable along the pipeline

张庆所(1962-)，男，天津人，工程师，大学专科，主要从事海管/海缆的设计审查和项目管理工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.017

2016-01-05