渤海海域海底电缆深埋技术研究与应用

刘静辰，熊 刚，李学楠

（中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津300459）

1 概 述

伴随着海洋油气资源的开发利用，越来越多的海上采油平台设施矗立在蔚蓝的大洋之中。海底电缆作为平台之间动力、信号传输的大动脉，海上平台连接的纽带，越来越多地铺设在海洋之中。浅海海域海底电缆铺设于海底，常规要求达到 1.5m埋设深度。随着海上油田的持续开发调整，受环境、自然和人为因素的影响，海底电缆的深埋需求将会不断增加。

渤海某油气田开发项目位于渤海中部海域，油田范围内年平均水深约 20m。该项目需新铺设 1条6.4km海底电缆，由于此条海底电缆路由毗邻京唐港锚地，根据通航安全影响评估论证报告的要求，为保证海底电缆和通航的安全，此条海底电缆需要埋深3.5m。此前国内海底电缆的埋深只需1.5m，3.5m的海缆埋深在国内实属首例，对铺缆船舶、埋缆设备都提出了更新、更高的要求。

2 研究目标与难点

为保证安全、质量的情况下完成该段海缆的铺设工作，完善国内深埋海缆铺设工艺，使该项技术拥有较好的适应性及发展前景，主要技术研究目标如下：

①完成深埋所需埋缆设备的设计及改造；②实现海缆的埋深至少达到3.5m。

主要技术研究难点如下：

①深埋埋缆机的研发与制造；②规避施工风险，确保海缆铺设质量。

3 研究创新和突破

3.1 突破边铺边埋式铺缆工艺的深埋瓶颈

海缆埋设通常有 3种施工方式：预挖沟、后铺设；边铺设边埋设；先铺设、后埋设。每种作业方式都有其优缺点及一定的适用性，项目组通过充分研究海缆路由地质调查资料并进行相关参数计算及风险分析决定采用边铺设边埋设的作业方式。此工艺可有效规避预开沟后回填的不确定因素和环境污染，以及后埋设极易对海缆造成损伤的风险。但此工艺国内仅应用到 1.5m海缆埋深，由于埋设深度的大幅度增加，给海上施工造成了极大的困难。项目组充分借鉴国际公司的成功案例和经验，开拓思路、大胆创新实践，突破了边铺边埋铺缆工艺的深埋限制瓶颈。

3.2 高压力大流量埋缆机的应用

根据海缆路由地质调查资料，以海缆路由最大不排水抗剪强度 100kPa为计算基础，进行了相应破土能力计算，通过模拟实验、校核验证，计算确定满足施工要求的埋缆机配置为2台扬程为400m、流量为400m3/h的喷射泵。以此配置为基础，对埋缆机进行设计改造，设备改造方案在大连船厂实施，改造过程中通过 10余次的海试验证对改造成果进行修复完善，最终使其达到了预定的埋深效果。该埋缆机的主要功能有：

①配备纵横向姿态仪。

②水力喷射臂配角度仪实现埋深显示。

③监控台配沟形和海缆截面的声纳图像。

④监控台设有牵引缆牵引力显示。

⑤监控台配置埋缆机及水力喷射臂的水下模拟实时图像。

⑥电缆张紧器配置张力显示。

⑦电缆张紧器配置释放长度显示。

⑧埋缆机体内弯曲控制辊轮设有压力传感器。

⑨水泵出口设压力检测装置并显示在监控台上。

⑩监控台设置数据记录仪及铺缆挖沟过程中的实时监控数据记录保存功能。

埋缆作业原理参见图 1。该埋缆机喷冲臂长度约6m，理论最大埋深为 4.3m，设计喷冲臂与水平角度成 40 °时海缆埋深可达 3.8m，满足本项目海缆埋深3.5m的要求。埋缆机系统组成示意图见图2。

3.3 水下监控系统的完善

图1 埋缆机埋缆作业原理示意图Fig.1 Schematic diagram of operation principle of cable burying machine

图2 埋缆机系统组成示意图Fig.2 Schematic diagram of system composition of cable burying machine

由于海底电缆 3.5m埋深铺设后难以验证，为确保施工质量，满足埋设深度要求，必须在铺设过程中保证海缆的埋设深度可以监控。项目组创造性地在海缆主要埋设施工设备——埋缆机上增加和完善了水下工况监控系统。根据监控系统的反馈结果对铺设速度及埋缆机姿态进行调整，对埋缆机水平姿态、埋设臂埋设深度及喷射泵压力等参数进行监控。实时的记录海底电缆的埋设深度，确保了施工质量。

3.4 创新海缆终止铺设余量预留方法

在使用动力定位船铺缆的情况下，铺缆船铺设海缆至结束端平台附近时将登平台多余海缆多以“S”或“Ω”形弃置海底，但这需要动力定位船舶精准的“走位”，也意味着高昂的施工成本。本项目中结合铺缆船非动力定位的船舶特性，创新了一种终止铺设方法，将登平台多余海缆以绑扎浮球方式预留。

4 结 论

海缆深埋技术在渤海得以应用并顺利完成海上施工，海缆铺设时间仅用 5d，对比需 1个多月海上施工工期的预开沟方案，此技术的应用大幅缩短了施工工期，提高了施工效率，保证了施工质量，未对海洋环境造成污染。此技术方案的设计及其指导的海缆安装工程的顺利完成具有里程碑式的重要意义，填补了在深埋海缆施工技术方面的空白。随着海上油田的不断开发调整，受环境、自然和人为因素的影响，海底电缆的深埋需求将会不断增加，未来的海缆深埋项目可以充分借鉴本项目的成功经验。