深水海底管道水泥压块的安装过程及检验要点

孟凡生，李 军

（1.中国石化股份有限公司胜利油田分公司海洋采油厂，山东东营 257000；2.中国船级社青岛分社，山东青岛 744000）

0 引言

我国第一个深海油气田——荔湾3-1油气田的深水段海水深度约1500m，设计生产能力达到120亿立方米/年。项目深水部分作业者为Husky Oil China Limited Company；总承包方为Saipem Portugal Comercio Maritimo；第三方发证检验机构为美国船级社（ABS），中国船级社（CCS）参与检验；设计运行寿命 30年。不考虑后期扩建，荔湾3-1油气田深水部分已建设海底管道干线3条，海底各撬块之间管道支线12条。

由于海底地形地貌不平且地质和海洋状况复杂，该项目海底管道多处海床存在悬跨，距离较长且高度较大，这些位置经过设计部门的静态应力分析和动态疲劳强度计算，结果表明若对悬跨段不采取干预措施将会大大缩短管道的使用寿命。目前按照规范要求及常规做法[1]，对悬跨段主要采取3种干预处理方式，即弹性挖沟敷设（Trenching）、抛石填埋敷设（Post-installation Gravel Dumping）、灌浆包和水泥压块敷设（Grout Bags and Concrete Mattresses）。荔湾深水管段主要采用灌浆包和水泥压块的干预方式。

本文将对该项目水泥压块的陆地制作、海上安装及检验过程进行叙述和总结，以期通过介绍使相关方对水泥压块的制作、安装和检验过程有初步的了解，并为今后类似项目提供参考和帮助。

1 水泥压块的设计

1.1 水泥压块的设计

为保证水泥压块的重量及其柔软度，设计时将水泥压块分割成66块菱形小块，块与块之间利用耐腐蚀的绳索连接，使其始终能够稳定地压盖住管道，减弱海流对管道的淘蚀作用，从而更好的保护管道。具体结构设计形式如图1所示[2]，具体设计参数如表1所示。

图1 水泥压块结构设计形式

表1 水泥压块结构设计参数

1.2 吊装框架的设计

为保证大面积和柔软的水泥压块完好装卸及顺利进行海上安装，设计者设计了专门的吊装框架以实现如下目的：1）装卸过程水泥压块的均匀受力；2）海底安装后摘钩的方便快捷。

吊装框架的结构形式如图2虚线框内所示。其尺寸为10.5 m×2.5m，大小与水泥压块接近。吊装框架的吊装原理：1）吊装时将水泥压块的吊索一端固定在吊装框架上，另一端分别穿过对应的水泥压块临时设置的吊带吊眼，放在吊装框架的中心拉杆销中；2）待所有22根吊索全部准备完毕且另一端都放到了中心拉杆销中后，人工合上中心拉杆并固定，锁具系固完毕；3）吊装水泥压块至指定位置；4）解固后，拉动中心拉杆，22根吊索一端自动脱落，吊装框架将与随你压块自动脱离，吊装工作结束。注意：1）绑扎水泥块的22根临时吊带将废弃。2）此设计形式主要着眼于水下机器人（ROV）操作的方便快捷。

图2 吊装框架结构设计形式

2 水泥压块的安装及检验要点

2.1 安装位置及形式

水泥压块在自由悬跨段常见的安装位置有：1）自由悬跨两侧与海床紧密接触的管道上；2）悬跨一侧与海床紧密接触的管道上；3）自由悬跨段管道底部距离海床距离较近时，直接敷设在悬空管道上；4）若两侧存在悬跨，中间存在支点，直接敷设在两侧悬空段上。其目的是确保管道的稳定性，避免管道因剧烈振动而降低疲劳寿命和导致损伤。

2.2 安装方法

水泥压块采用陆地制作然后进行海上安装的方式，整个环节通过专门的吊装框架吊装完成。在深水段的海上安装和海底监控需要通过带有动力定位系统的工程船和水下机器人（ROV）联合完成。

2.3 安装步骤

除非个别部位设计有特殊要求，通常水泥压块的安装是在其管道铺设及吹扫、试压等预调试过程全部完成后、投产前进行。主要经历如下步骤：1）前期准备，包括程序方案的批准和水泥压块的工厂制作及见证；2）装船前的联合验收；3）陆地运输、装船及固定确认；4）悬跨段位置的再次确认；5）海上安装及检验；6）各方的书面确认。

2.4 安装过程及检验要点

2.4.1 工厂验收

荔湾项目深水管道水泥压块的制作场地在珠海赤湾港巨涛场地进行，制作期间业主方（Husky）、施工方（Saipem）和第三方（ABS和CCS）要求有代表驻厂见证。水泥压块的验收工作则由上述三方的海上安装人员代表负责进行，主要通过查阅和现场外观检查进行验收。

检验要点：1）产品质量资料各方是否有效签署及是否存在遗留问题；2）水泥压块的外观检查，如压块有无裂纹及损伤；3）聚丙烯连接绳索的外观及连接状态是否完好；4）吊装框架的完好状态，包括吊眼、吊绳及中心拉杆等；5）22根（每个水泥压块）临时吊带的绑扎完好性及绑扎位置的合理性。

2.4.2 装船固定及运输

水泥压块重量及面积均较大，连接绳索在受力不均的情况下容易断裂或存在断裂隐患，在运输和海上安装过程中均存在较大的安全隐患，所以在装船及加固过程中一般要求各方均要到现场见证，以确认水泥压块的运输及装卸过程符合程序要求。运输时通常一辆平板车一次运送一块水泥压块，装船时水泥压块之间允许堆垒，但必须保持每小块水泥块尽量在自由状态以不至于承受太大的外力。水泥压块的堆垒如图3所示。

图3 水泥压块的堆垒

检验要点：1）运输过程中是否存在外部损伤；2）堆垒时每个单元水泥块应尽量处于自由受力状态；3）水泥压块之间应放置木条等柔软耐磨垫层相隔，避免运输过程中的摩擦损坏临时吊带；4）加固牢固，避免因松动导致运输过程中损坏聚丙烯连接绳索和造成船舶自身的危险；5）装船加固后，各方需签署运输前的检查确认单。

2.4.3 海上安装

1）悬跨段复查

水泥压块到达施工海域后，水下机器人（ROV）先进行悬跨段位置的复查，主要确认以下几个方面：

（1）坐标位置是否符合设计要求。

（2）悬跨长度、高度是否与设计图纸存在较大变化。通常在进行水泥压块安装时管道已经吹扫试压完毕，管道内已注满液态介质。此时在重力载荷和运行载荷作用下，悬跨两端的支点间距离应不大于原设计长度，若发生异常，应关注并报设计部门确认。

（3）确认悬跨段管段外观的完好性，如是否存在变形或外涂层损伤等。

（4）确认覆盖区域有无阳极块或阀门等设施。

作为检验方，在见证以上过程中，要特别注意以下检验要点：悬跨段位置是否正确；悬跨尺寸是否恶化；管道外观有无损伤和有无其他附属设施；查阅图纸关注有无其他特殊要求。

2）海上安装

悬跨段复查没有问题且具备气象预报条件后，作业者可进行水泥压块的海上安装：

（1）船舶就位：此时要求工程船（均为动力定位船，因ROV的影响，浪高低于3m可正常作业）应距离管线敷设的坐标点位置至少横向 200m，防止水泥压块散落砸坏管道。

（2）安装前准备：各方检查水泥压块的完好性；吊装框架的完好性；签署施工前检查单。

（3）水下安装：由工程船吊起水泥压块并放到距离海底20m处时，在ROV的监控下操作船舶至指定地点就位；到位后水泥压块下方至10m再次停止，ROV检查确认吊装状态及管道状况；确认无误后，水泥压块就位；安装后的水泥压块如图4所示。

图4 安装后的水泥压块

（4）确认及摘钩：检验方确认坐标满足精度要求后，水泥压块完全释放在海床上，ROV转动拉开吊装框架中心拉杆，22根锁具一端解开，吊装框架与临时锁具分离，安装工作结束。此时绑扎22个水泥块的临时锁具将永久废弃。

（5）各方共同书面确认，就位完毕。

检验要点：确认运输过程中水泥压块的完好性，包括外观、连接绳索、临时吊装锁具等；关注吊装过程和就位期间有无异常，水泥压块及管道有无损坏；确认安装坐标是否准确，就位后要求水泥压块中心骑在管道中心线上，除非有书面变更单，水泥压块沿管道方向误差±2m，端部扭转角度±5°[2]；特别注意每个位置安装图纸的说明，对于特殊段，设计通常会给出安装的时间限制或悬跨段的长度要求，如不符合，应及时提出或书面告知相关方；个别部位根据计算，可能需要2个或以上水泥压块叠加压住管道，安装时应注意安装精度的控制，确保施工在误差范围之内。

3 结束语

深水管段悬跨段的有效处理对管道的使用寿命尤其重要，而水泥压块是处理深水段海底管道悬空段的有效方式，它能遏制悬空段的增长，减小管段的震动幅度和频率，提高管段的使用寿命。深水海底管道施工风险高、成本大，每一个环节施工质量的好坏都对整个项目的进度、成本等影响很大，希望本文的介绍能够使相关方对水泥压块的制作、安装和检验过程有个初步的了解，并为今后类似项目提供参考和帮助。

[1]DNV-OS-F101.Submarine Pipelines Systems[S].2007.

[2]RECOVERY AND CONCRETEMATTRESSES INSTALLATION PROCEDURES[S].2013.