沙特阿美油田海底管线铺设前后处理方法综述

张 宇* 薛 方 巩 雪 张 伟 王慧斌

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

沙特阿美油田海底管线较密集，新铺设的管线在铺设前要对铺设路由进行调查。调查后发现，新铺设的管线如需要跨越在役的管线或电缆，在管线铺设前需要对交叉点位置进行处理。由于在铺设过程中，海底管线不可避免要经过特殊地形（如凸凹不平的海床等），就会发生管线悬跨情况。为了避免管线悬跨后发生变形、断裂等情况，对于超过设计允许长度的悬跨管线要进行相关处理，处理方式一般可分为交叉点处理和悬跨处理，本文主要针对沙特阿美油田项目中新铺设海管在铺设前后遇到跨越管线及悬跨问题进行了论述，并对几种问题的处理方法进行了总结。

1 海底管线铺设前后交叉点处理方法

沙特阿美油田石油资源非常丰富，随着油田不断开发，在役海底管线越来越多，新铺设的管线或电缆不可避免会与在役的管线产生交叉，管线间搭接会造成管线损坏。为了解决上述问题，需要对交叉点位置进行处理。根据搭接管线的尺寸、类型和不同种类的管线的上下关系，使用处理的施工材料也不同，通常使用沙袋、灌浆包、水泥压块、水泥墩及马鞍式的水泥桥等材料对交叉点进行处理。

交叉点处理具有多种形式。

第一种是管线与管线间的交叉点处理，需要将新铺设的管线垫高，避免其和现有的在役管线接触。由于沙特阿美油田管线交叉较多并且部分管线的尺寸较大，会使新铺的管线需要垫的很高，对于交叉点高度小于等于1.2 m的交叉点，一般用水泥压块、沙袋或灌浆包垫在管线或电缆下面，同时为了防止渔网、船锚对管线造成伤害，使用沙袋或灌浆包进行覆盖保护，如图1和图2所示。

图1 水泥压块及安装图示（单位：mm）

图2 使用沙袋或灌浆包对交叉点进行处理

沙特阿美油田某项目中使用的压块规格包括6 m×3 m×0.15 m和6 m×3 m×0.3 m两种，灌浆包的规格为2 m，根据不同交叉点所需处理高度和不同尺寸的管线排列使用。水泥压块需要使用专用的吊装框架进行安装。

对于需要垫高超过1.2 m的交叉点，可以使用水泥墩进行处理，如图3所示。使用水泥墩处理的优点是避免由于水泥压块过高而造成倒塌。沙特阿美油田某项目根据前期调查结果设计了3种规格的水泥墩，分别为7 m×2.5 m×1.6 m， 7 m×2.5 m×1.5 m，7 m×2.5 m×1.3 m，质量为30～32 t，需使用专用吊装索具进行吊装。

图3 水泥墩及安装图示（单位：mm）

第二种是新铺电缆的路由与现有的在役管线交叉，为了避免电缆与管线接触，需要在现有管线上面放置一块水泥压块。

第三种是新铺设管线通过现有的在役电缆，电缆所处的空间位置导致了无法使用普通垫高的方式使管线通过，这种情况下就需要使用类似拱桥式的垫墩，使电缆从桥孔通过，管线由桥顶通过，如图4所示。拱桥的宽度需要根据现场实际需要跨越的电缆宽度来预制。

图4 拱桥水泥墩及安装图示

2 海底管线铺设后悬跨处理方法

2.1 悬跨长度和高度的要求

由于管线路由所在的海床凸凹不平，造成了管线悬跨，对于超过管道设计允许长度的悬跨要进行处理，避免管线悬跨后发生变形、断裂等情况。不同尺寸的管线所允许的最大悬跨长度有明确的要求，根据管线类型、尺寸、涂层壁厚等参数不同，其允许的最大悬跨长度也不同。

以沙特阿美油田某项目为例，按照业主的设计要求，项目中5条海管悬跨处理需根据管线的不同状态分别进行，每条海管的最大允许悬跨长度如表1所示。对于不同悬跨高度的管道处理方式也不相同，其处理方式如表2所示。

表1 不同尺寸管线的最大允许悬跨长度

表2 不同悬空高度的处理方式分类

2.2 悬跨处理的材料

国内对于悬空管线的处理方法通常是采用水泥沙袋对管线悬空的位置进行填充，水泥和沙的体积比例一般为1:3，沙袋的形式较单一，承载能力也并没有标准的计算说明。沙特阿美油田要求采用灌浆包的形式来处理悬空位置，处理方式可分为预充灌浆包和现场灌浆两种形式，根据管线的规格、尺寸、悬跨高度等选取不同尺寸的灌浆包和填充材料。使用灌浆包处理悬跨管线的优点是能使灌浆包与管线紧密贴合，泥浆固化后稳定性较好，不易被水流冲刷而移动，悬跨处理效果较好；缺点是灌浆处理的施工成本比沙袋填充方式高，需要使用水泥灌浆搅拌机和水泥存储罐，同时灌浆袋的成本比传统的编织袋要高很多。

以ULO公司RANGE 50 型灌浆包为例，如图5所示，该型灌浆包适用于DN350～600 mm管线，按填充材料的承载能力将其分为硬、软和较软三种形式，其单位承载能力分别为2.435 t/m2，1.461 t/m2，0.974 t/m2，同时对于不同的填充高度、填充体积、水泥质量和填充时间都有明确的标准。以常见的100～700 mm悬跨高度为例，其相关规定标准如表 3所示，具体参数可根据现场情况进行调整。

表3 ULO公司RANGE 50 型的灌浆包的标准参数

图5 灌浆包尺寸图示（单位：mm）

2.3 施工方式

利用灌浆设备灌浆来处理海管悬跨。水深不同时，灌浆包的安装方式也不同，不到 50 m的悬跨处理采用潜水员布放灌浆包，对于超过50 m水深的悬跨处理，一般采用工作ROV进行灌浆包布放。

（1）潜水员安装灌浆包

潜水员安装灌浆包主要使用潜水设备、灌浆搅拌机和水泥存储罐等灌浆设备。在安装前需要对处理的悬跨点进行探摸调查，再次测量悬空高度，根据高度选取不同尺寸的灌浆包。为了便于将灌浆包携带至水下悬空处理位置，一般在水面折叠灌浆包减小体积，同时附上配重块。潜水员到达海床后，将灌浆包展开，放置在海管悬垮处理点下方并做好临时固定，然后将灌浆管线与灌浆袋接口连接，启动灌浆设备向灌浆袋内注入泥浆，直到灌浆袋内的泥浆充至预设高度后完成现场灌浆直至泥浆凝固。该方法不需要大型浮吊设备，小型潜水支持船即可，施工效率高，作业成本低，泥浆在灌浆袋中固化后的稳定性好，不易受到海流冲刷而移动，悬跨处理后的效果较好。

（2）ROV安装灌浆包

对于水深超过50 m的管线悬跨处理，一般采用工作型ROV来安装灌浆包，主要需使用ROV设备、灌浆搅拌机、水泥存储罐及灌浆包ROV专用布放笼等设备。对于深水管线悬跨处理时，为了便于将灌浆包下放至海床面上，需要将灌浆通过卷叠方式将其放在设计的布放笼中。

在甲板上，水面人员将灌浆管线与灌浆包连接，灌浆管汇也集成在布放笼上，下放布放笼时，灌浆管汇也随之下放。布放笼到达海床面后，ROV采用机械臂打开布放笼，将灌浆包移出布放笼，展开并移至管线预处理位置，将灌浆阀门打开，通知水面人员开始灌浆，灌浆完成后，将灌浆管线与布放笼分离。

3 结论

对于海底管线铺设前后的交叉点处理和悬跨处理，沙特阿美油田与国内的处理方法和处理材料区别较大，沙特阿拉伯国家石油公司规范要求更为严苛。对沙特阿美油田常用的几种交叉点处理方式进行了介绍和总结，同时对沙特阿美规范中对于悬跨处理的长度、高度要求、处理的材料及方法进行了归纳和论述，希望能够为后续类似沙特阿美油田项目的海上施工提供借鉴和参考。