JZ9-3项目双层保温管铺设工艺

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

1 工程概况

锦州9-3油田发现于1988年，油田位于渤海辽东湾北部海域，西北距葫芦岛市约53km，距海岸最近距离15km，距锦州20-2凝析气田约22km，沿海平均水深约6.5～10.5m。

锦州9-3油田位于渤海北部海域辽东湾，油田主体区自1999年10月投产以来，先后经历了无水采油阶段、低含水采油阶段、中含水采油阶段和高含水采油阶段。截止2007年底油田综合含水率达72.7%，油田采出程度只有12.7%。根据地质油藏研究，剩余油富集区主要分布在油田厚度大的构造高部位及油田边部井网不完善区，储量动用程度有待进一步提高。同时自2010年起，油田工艺处理系统持续出现处理量超出其本身处理能力的现象，且超出情况逐年加剧，将给油田生产带来巨大挑战。

主要工程量如下：新建1条14″/18″、2.497km从锦州9-3 WHPC平台到锦州9-3CEPD平台的双层混输管线，内管规格：Φ 355.6 mm×15.9 mm，外管规格：Φ457mm×17.5mm。

图1 JZ9-3油田布局图

JZ9-3海管项目以海洋工程BH109为主作业船，BH109属于船体式铺管船，托管架为1节浮力式托管架，BH109船体右侧布置一条铺管作业线，主要参数如表1所示。

表1 BH109船舶参数

2 JZ9-3项目双层保温海管铺设工艺

2.1 起始铺设工艺

(1)铺设方向的选择

根据设计路由、周围结构物环境特点及施工海域海况特点选择海管铺设方向。JZ9-3项目为铺设JZ9-3CEPD至JZ9-3WHPC平台间海管，由于JZ9-3CEPD平台为浮托平台，导管架B2和B3桩腿间距较大，且海管铺设期间旁边有钻井船进行钻井作业，无法在CEPD侧完成终止铺设作业，因此选择从JZ9-3CEPD平台作为起始位置，JZ9-3WHPC平台为终止位置。

(2)起始缆布置

对于浅水海域，海管铺设通常采用起始锚或者起始缆绑导管架桩腿的方法进行起始铺设。由于CEPD导管架的影响，且CEPD西南侧存在4条海管（海缆），如采用起始缆需对已存海管或者海缆进行保护，经济性较差。因此JZ9-3项目采用起始缆绑导管架桩腿的方法进行起始铺设。同时，由于管线的设计路由刚好从导管架B2和B3穿过，因此，该项目采用3根起始缆合成的方式进行起始铺设，如图2所示。

图2 起始缆布置图

(a)铺管船就位于海管设计路由的起始位置；(b)提前在甲板上将3根起始缆连接在一起，潜水员在吊机协助下按照图2所示将起始缆绑在B2和B3桩腿上；(c)预制海管至船尾，潜水员在水面位置连接起始缆与起始封头；(d)进行预拉紧，使张紧器张力逐渐增加至5t，潜水员水下检查起始缆状态，是否存在缠绕；(e)预拉紧试验结束后，开始进行起始铺设。

2.2 正常铺设工艺

2.2.1 BH109铺管船铺设双层保温管工艺

利用BH109铺管船进行双层保温管铺设，采用单节点作业（单根海管长度为12.2m），作业线铺管工艺如表2所示。

表2 作业站布置

2.2.2 JZ9-3海管铺设流程

JZ9-3海管项目采用作业线单节点铺设方式，铺管船作业线工艺流程图见图3。

图3 BH109船双层保温管单节点施工工艺流程图

2.3 弧线段铺设控制

JZ9-3海底管道项目海管路由存在弧线段，弧线段铺设对铺管船的移动及控制有较高要求，为了实现弧线段铺设，需对铺管船的铺管参数进行校核，确定可以实现弧线段铺设。

最小弯曲半径计算公式为：

R=(SF ×Tresidual)/(WSUB×Flateral)

其中：R为弧线段最小曲率半径；SF为安全系数，通常取1.1；WSUB为水中海管单位重量；Flateral为土壤侧向摩擦系数。

弧线段海管铺设程序如下：

(1)根据铺管计算数据，确定海管着泥点相对于铺管船的位置；

(2)确定铺管船弧线段位置的航迹图，并绘制相关锚位图；

(3)沿铺管船航迹图铺设海管，根据监控设备数据修正铺管船的路由和张力，以实现精确控制海管的铺设精度。

2.4 临时弃管

由于恶劣海况或设备故障，铺管过程中需将海管弃至海底。在弃管前，需将临时弃管封头焊接在海管的外管端，并将A/R缆与临时弃管封头连接，待临时弃管封头距离张紧器3m位置时，进行张力转换。张力转换完成后，继续向前移船，并释放A/R缆，按照计算逐渐减小张力，将海管放置在海床，完成弃管作业。

2.5 终止铺设

2.5.1 校核弧线段的稳定性

由于管线终止端WHPC平台西北侧有钻井船作业，因此，管线无法按照设计路由进行弃管作业，选择在弃管作业时偏移弃管，计划从终止点300m处开始偏移，弃管完成后管头偏移48m，偏移弃管弧线段路由如图3所示。由于管线终止段前部存在一个弧线段，且距离弃管位置较近，因此需校核两个详设弧线段的稳定性，避免由于偏移弃管造成详设弧线段位置发生变化。偏移弃管的弧线段半径为1525m，偏移弃管的弧线段与详设弧线段间距为253m，因此需核实弃管弧线段与详设弧线段的稳定性。

根据经验公式：

其中：Lmin为最小直线段距离；SF为安全系数，通常取5；Mdynq=DAF×EI/Rcurve，DAF为动态系数，通常取1.3；E为杨氏模量，通常取207000；I为惯性距；Rcurve为弧线段半径；Q=μ×Wsub，μ为土壤摩擦系数，Wsub为海管水中单位重量。

通过计算确定该方案可以保证详设弧线段的稳定性。

2.5.2 终止铺设过程

海管铺设至距离平台500m时，开始调整锚位，由于钻井船的影响，按照设计路由船舶无法通过平台，所以选择通过偏移设计路由铺设的方式完成终止铺设。铺设过程见图3。

图3 海管偏移弃管路由图

(1)当船尾着泥点距离终止弃管点大约300m时（着泥点距离BH109铺管船船尾80m），开始调整船位，向外偏移；

(2)继续向前移船，同时向外偏移，移船过程中根据铺管计算调整铺设张力，使管头安全到达海床；

(3)先后移船，使船尾位于管线实际铺设路由终止点上方，潜水员下水解掉A/R缆与终止弃管封头连接的卡环，铺管船回收A/R缆，完成终止铺设。

2.6 搬管作业

由于钻井船位置的影响，弃管完成后海管的实际路由与设计路由存在较大偏移，最大偏移距离约43m，因此，需进行搬管作业，使实际路由回到设计路由上。

搬管作业由BH109来完成，BH109装有3个20t的舷吊，每个舷吊含有200m直径32mm钢丝绳，并且可以单独控制。搬管作业用大吊（50t钩头），3个舷吊，船头10t绞车以及4个2t的浮袋联合作业，如图5所示。

图5 搬管作业吊点布置图

(1)将BH109布置在沿海管路由方向，船艉朝向弃管封头，按照搬管锚位进行抛锚作业；

(2)潜水员下水沿海管路由进行探摸并打点，记录海管铺设的实际路由，并与设计路由进行对比；

(3)潜水员下水连接舷吊，并进行预拉紧，检查舷吊钢丝绳；

(4)根据搬管计算进行平管起吊作业，并通过多次移船使海管回到设计路由；

(5)搬管作业结束后，潜水员检查海管路由是否回到设计路由上，如回到设计路由，解掉舷吊及浮袋，如未回到，重复步骤1-4。

3 结语

随着油气开采不断向海洋迈进，作为海洋“生命线”的海底管道将承担越来越重要的角色。而在各类海底管道项目中，施工技术往往又是项目的难点。因此，本文结合参与JZ9-3海管项目的实践，对双层管铺设工艺及搬管工艺进行阐述，希望对类似的海底管线施工项目具有一定参考意义。