海底管道泄漏监测用光缆的安装方法

胡 江，运 涛，张庆所

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452)

海底管道长期服役于复杂的海洋环境中，腐蚀、地震及第三方破坏等导致的管道泄漏事故频发且不易被早期察觉。长输管道在海洋油气开采中具有重要地位，一旦发生管道泄漏，将会造成严重的经济损失和环境污染，因此有必要对管道运行状况进行实时监测。由于海洋环境特殊以及管道敷设工艺流程复杂，在海管上加装分布式传感器(通常是一根传感电缆或传感光缆)一直是个难题。为解决此问题，本文提出了一种独特的伴随海管的光缆敷缆方法，成为了国内首个成功案例，填补了相关领域的空白。光纤测温传感技术是一种不带电、本质安全的传感技术，通过伴随管道的光缆，该技术一方面能够测量泄漏时的温度变化来识别泄漏的发生并定位，另一方面还可以测量管道周围的振动来反映管道附近的作业情况，如抛锚、挖沟等。

1 光缆伴随海管的敷设位置及安装方案

根据泄漏监测原理，分布式传感器(光缆)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。泄漏后管道周围温度场分布见图1。

图1 泄漏后管道周围温度场分布

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。由图1可以看出，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[1]。因此为保证传感器的有效性，以及在管道敷设和挖沟过程中不损伤光缆，需要将光缆布置在海管中上方1:30和10:30位置。光缆敷设位置如图2所示。

图2 光缆敷设位置

此方案的特点是适用范围广、设计简单、易操作、效果良好。为此，需要开发出一套光缆伴随海管敷设的方法。根据管道敷设的流程，具体将分为5个阶段实施：①平管段光缆绑扎及敷设；②平管段挖沟作业；③膨胀弯段光缆水下绑缚；④光缆沿海缆护管牵拉上平台；⑤平台上部走线及主机连接调试。

2 平管段光缆绑扎和敷设

2.1 起始端预留光缆固定

为了保证光缆的连续性，需要给膨胀弯和登上平台的部分预留足够长度的光缆，并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点钟方向，同时为了方便光缆登平台，在光缆端部穿入浮球。

2.2 平管段光缆绑扎和敷设

光缆敷设时，需要多个铺管船的中继站。为了不影响管道防腐保温工作，光缆从第11站到10站需提前绑缚，等第10站的发泡外壳安装完毕后，再对第10站的光缆进行绑缚。正常敷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3所示。

图3 正常敷设光缆绑缚

每根管道绑缚完成后，移船走管，通过管道自然牵引光缆放出到敷设位置，并重复进行这样的工作直至水平段全部完成。光缆敷设过程中，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。

2.3 临时弃管/回收

在海管敷设过程中，由于天气或其他不可预见的因素，有时不得不临时暂停海管的敷设，将海管密封后下放至海床，待天气好转或不可预见因素消失，再将海床上的海管回收至铺管船作业线，这也就是海管敷设过程中的临时弃管/回收。因此，光缆也要在临时弃管时做好处理，与海管一起放置到海床上，主要的接头程序包括预装零件、剥缆、锁固、熔接、灌封、外壳组装等。作业程序如下：①接到弃管通知后，做好光缆截断准备；②焊接管道拖头时，将光缆在第9站多预留的20 m，截断做封头；③将预留的20 m光缆回弯，从9站绑至11站；④光缆随管道一起弃入海中；⑤在弃管回收前，先对船上的光缆截断处进行预处理，为续接做好准备；⑥管道回收后，将预留的20 m光缆从管道上取下，穿出到作业线外进行接头制作；⑦接头完成后，穿过通道口进入作业线。

3 后续工作内容

3.1 膨胀弯端光缆敷设

1)膨胀弯下水安装前，在船上将带外挂耳的柔性绑带预先安装在膨胀弯上，每间隔3 m一条。在安装膨胀弯时,于弯头处加绑1条柔性绑带。

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。

3.2 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，护管开槽如图4所示。

图4 护管开槽

2)将带钢球的绳索从下层甲板海缆护管口放至海缆护管喇叭口处，绳索端部与船上绞车相连。

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，光缆锚固示意图如图5所示。

图5 光缆锚固示意图

3.3 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。

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)。

4 结束语

本文提出并研究了适用于海底管道的光缆敷设工艺，同时在国内首次利用光纤传感技术对海底管道进行安全监测，以及实现了适用于海底管道安全监测的光缆敷设，包括预留光缆固定方法、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。此种用于海底管道的光缆敷设工艺，不仅不影响现有海底管道敷设时的施工周期和光缆监测范围，且后续挖沟作业也不会对光缆造成影响，填补了相关领域的空白，具有重要意义。