海缆伴随管道铺设工艺的可行性

李士涛 李爱波 李鹏 前德门 商涛 海洋石油工程股份有限公司

1 铺设类别

海上油田开发工程中的海缆类型众多，包括控制脐带缆、电缆、光缆及安防缆等。某些情况下设计要求海缆与海管沿相同的路由一体式铺设。

为降低开采成本，部分油田会在主平台周围安装一些微型无人的井口生产平台，通过海底光缆实现中心平台远程控制，这些光缆多为与管道绑缚一体式设计，在铺管船铺管的同时，将光缆绑缚在管道上。

2 伴随铺设工艺的特点

虽然外观上海缆路由与海管路由都有相似的几何形状，铺缆工艺与铺管工艺也大同小异，但是如果在使用伴随海管铺缆的方式，则完全是一套全新的不同于常规海缆铺设的工艺。

首先，海缆与海管登陆平台的方式不同，海管是通过法兰膨胀弯螺栓将平管与立管连接一体，而海缆则是穿过J形管直接登上平台。铺管船的起始船位是针对海管的平管铺设设计，不能满足J形管穿管的船位要求，因此伴随铺管船铺缆，船位不当时如何将海缆抽拉上平台是需解决的问题。

第二，海缆比较单薄脆弱，在伴随海管下水过程中，如何防止海缆被海管、托管架挤压，确保海缆的安全下水也是伴随海管铺缆方案需解决的问题。

第三，平管铺设期间，中途可以弃管再回收对接，而海缆原则上中途不允许切缆再对接，因此在铺设过程中，应急情况下弃管时如何处理船上剩余的海缆也是需解决的问题。

3 铺设方案

与常规铺缆方案相比，伴随式铺缆也分为准备工作、起始端J形管穿管、正常铺设、结束端J形管穿管等步骤。

3.1 准备工作

在铺管船上安装铺缆作业线，海缆滚筒容器/滚筒驱动系统安装在不影响铺管作业的位置，其捆绑作业站设在张紧器之后。从海缆容器到捆绑作业站搭建一条海缆行走路径，包括滚轮托架、转弯器，确保海缆运行无障碍。

将海缆头从海缆容器送到捆绑作业站位置。

3.2 起始端J形管穿管抽头

（1）铺管船按照海管的起始船位就位。当铺管船进入正常铺管阶段，海管与海缆的捆绑点运行到捆绑作业站位置，暂停走船铺管。

（2）将经过计算满足登陆长度的海缆采用绑浮袋或浮球的方式，在工作艇的协助下释放至水中。漂浮状态的海缆具有柔性/可朔性，常规工况环境荷载不会对海缆造成损伤，见图1，海缆头临时固定至导管架上。

图1 浮袋/浮球漂浮的海缆

（3）铺缆与铺管同时作业，施工人员将海缆捆绑在海管上，并监视跟踪海缆捆绑固定点安全入水。

（4）当铺管船离开平台一定安全距离之后，潜水支持船靠近平台就位，完成海缆的J形管穿管作业。利用卷扬机抽拉海缆，潜水员水下喇叭口附近拆除即将进入J形管的浮袋/浮球，直至海缆抽拉到位。随后，潜水员携载水下声学USBL定位系统沿着海缆爬行调查海缆的位置，确认海缆位置在设计的路径上，拆除所有剩余在海缆上的浮袋/浮球，结束首端J形管穿管作业。

3.3 海缆伴随海管正常铺设

伴随海管式敷缆的海缆下水到安全着床也是此工艺的关键点。第一，海缆随海管下水不能简单地视为专业铺缆船的下水过程（独自滑过满足海缆安装半径要求的弧形海缆槽），而是二者一同滑过托管架的托辊下水。如不采取保护性措施或者仅采取简单的捆绑手段，运行过程中海缆可能与海管绞缠或发生侧向位移，受到海管与托辊的挤压而受损。第二，常规的海管铺设工艺为“S-LAY”，海管从船上下水到着床，形状为上弯段、下弯段“S”形，海缆捆绑固定到海管上，需留出一定的前后蠕动余量。因此，为确保海缆的完好性，对海缆伴随海管的形式必须进行特殊的设计。

为保护海缆的安全，采用支座（PPE分体式马鞍形垫块）将海缆固定到海管顶部的12点位。马鞍形PPE垫块需依据所铺管径、缆径进行专门的模具设计和加工。

起始端海缆临时放置水中之后，铺管船进入正常铺管/铺缆作业，铺管、铺缆两条作业线分别将海管、海缆送至张紧器后的捆绑作业站，铺缆人员利用专门加工的垫块将海缆、海管捆绑一体，见图2。

图3为海缆海管绑扎一体的安全下水过程，海缆与托管架上的托辊不发生接触。

图2 海缆、海管的捆绑

图3 海缆随海管下水

3.4 应急弃管时的弃缆方案

铺管过程中如遇到弃管的情况，海缆有两种处理措施：一是与弃管相似，切断海缆。密封海缆端头，海缆头固定到海管上，随海管一同弃置海床，待恢复海管铺设时加装一个应急接头。二是弃管前，首先由铺管船吊机将海缆容器放置在水中距海管侧向约10m的海床上，密封容器上的海缆头，在海缆上自绑扎结束点始绑浮一段长度等于工作水深长度的浮袋/浮球，作为海缆下水及在水中的可塑性长度，然后转为铺管船弃管操作程序。

原则上，海缆铺设应是一项连续性的操作过程，中途不允许发生弃缆、切缆、再对接的事件。伴随海管的铺缆方式最适宜于在赤道无风带海域，基本不受大风影响的半封闭的海湾、湖泊，以及具备抵御风浪能力强的大型铺管船条件下实施。

3.5 结束端弃缆、海缆穿管登陆平台

在铺管结束端弃管之前，首先结束海缆在海管上的捆绑作业。当最后一个捆绑点已经到达海缆捆绑作业站时，暂停走船，类似于伴随海管铺缆的起始端操作。将设计长度的海缆绑上浮袋/浮球弃置水中，切断多余海缆，密封海缆端头；将海缆头系挂在终端平台上，漂浮在水中的海缆处于可塑性状态，在潜水支持船、潜水员的协助下，拆除海缆的浮球/浮袋，将海缆穿过J形管拉上平台。

最后利用水下声学定位系统将海缆定位在拟定的海缆路径上，避免影响膨胀弯的连接工作。

4 伴随式铺缆可行性分析

经上述对伴随海管的敷缆方案论证，在铺管船进行铺管的同时，通过某些保护性手段以及特殊的敷缆工艺（采用PPE垫块，用钢质绑带将海缆牢牢地固定到海管上，起始端和结束端采用分阶段作业的策略，有效避开铺管船位不适于J型管的穿管作业；中途遇到应急工况，可以暂时将海缆从托管架内取出，利用铺管船的吊机连同容器整体暂时弃置海床，或者采用加装应急接头的方案）使得伴随式敷缆方案具有可操作性。

但此套方案受铺缆船甲板空间制约，海缆滚筒容器和海缆作业线应不影响到铺管作业；原则上此种方案最适宜于赤道无风带海区以及半封闭的海湾、湖泊，这些区域不存在恶劣的海况，基本不涉及中途临时弃管的事件，否则弃缆回收操作程序复杂，稍有不慎会损伤海缆。