海洋管道工程

在海底鋪設輸送石油和天然氣管道的工程。海洋管道包括海底油、氣集輸管道，幹線管道和附屬的增壓平台，以及管道與平台連線的主管等部分。其作用是將海上油、氣田所開採出來的石油或天然氣匯集起來，輸往系泊油船的單點系泊或輸往陸上油、氣庫站。海洋油、氣管道的輸送工藝與陸上管道相同。海洋管道工程在海域中進行，工程施工的方法則與陸上管道線路工程不同。

基本介紹

• 中文名：海洋管道工程
• 外文名：offshore pipeline engineering
• 內容：海底油、氣集輸管道等
• 特點：施工投資大等
• 勘察：選擇和勘測、海浪和水流等

沿革

20世紀50年代初期，人們開始在淺海水域中尋找石油和天然氣。隨著海洋油氣田的開發，首先出現了海洋輸氣管道。天然氣必須依靠海洋管道外輸，淺海中采出來的原油則可由生產平台直接裝入油船。在深海中采出來的原油，大型油船停靠生產平台會威脅到平台安全，因此出現了海中專用於停靠大型油船的單點系泊。這樣，就要有連線各生產平台與單點系泊之間的輸油管道。70年代，在海域中開發了大型油氣田以後，開始建設了大型海洋油氣管道，把開採的油氣直接輸往陸上油氣庫站。

特點

主要特點是：①施工投資大。在一般海域中鋪設一條中等口徑的海洋管道需要一支由鋪管船、開溝船和10餘只輔助作業的拖船組成龐大的專業船隊。此外，還需要供應材料、設備和燃料的船隻等。租用專業船隊的費用是海洋管道施工中的主要費用，由於這一費用較高，致使海洋管道施工費用比陸上同類管道要高1～2倍。②施工質量要求高。不論是在施工期間或投產以後，海洋管道若發生事故，其維修比陸上管道維修困難得多,因此，海洋管道施工要確保質量。③施工環境多變。海況變化劇烈而迅速，如風浪過大，施工船隊難以保持穩定。在這種情況下，往往須將施工的管道下放到海底，待風浪過後再恢復施工。④施工組織複雜。海洋管道施工中，管道的預製，船隊的配件、燃料和淡水的供應等，都需要依靠岸上的基地；船隊位置和移動方向的確定，也是依靠岸上基地的電台給予緊密配合。因此海洋管道施工具有海陸聯合組織施工的特點。

勘察

包括路由選擇和勘測、海浪和水流調查。

路由選擇和勘測 　尋找一條較平坦、地質條件又穩定的海下走廊是保證管道長期穩定的基礎。首先是在詳細的海圖上選出幾條走向。其次沿著各條走向用聲納測深儀實測海底地形；用覆蓋層探測儀和側向聲納掃瞄器，描繪出幾十米深的縱斷面工程地質圖，探明海底泥層的構成、岩性、斷層位置以及有無埋設其他管道等。然後將所取得的幾條走向資料進行對比，以確定最優的路由。路由確定後，沿著確定的路由從海底中取出土樣，測定土壤的抗剪下力、緻密度和比重等，以便用這些數據來確定管道施工方案。

水流調查

海洋管道施工受到海浪的直接干擾，因此，必須詳細勘察施工海域內不同季節海浪的發生周期、持續時間、方向、浪高、波長以及頻率等；並須取得多年的資料作為選擇施工用的船型、安排施工季節和進度的依據。海浪勘測可採用海浪記錄儀。

水流會影響管道施工時的安全和管道投產後的穩定性。施工前應沿著路由實測海水流速的垂直分布和流向等，並收集多年各季度的實測資料，從而對管道的穩定性、振動進行核算。管道在水下承受多種作用力，尤其是水流的作用力，其中包括水平推力和上舉力。在垂直方向上，只有管道的重量大於上舉力和浮力時,管道才能穩定。當管道裸露鋪設在起伏不平的海床上，水流流過管道的懸空段時，管道容易產生振動,甚至導致斷裂。測出海底處海水流速，就可以計算出最大允許懸空段的長度。增加管道重量仍難克服水流對管道的作用力時，應採取開溝埋設或其他穩管措施。

施工作業

海洋管道施工包括海上定位、鋪設管道和開溝等項作業。

海上定位

指導鋪管船沿著路由方向移動和確定在海域中施工船隊位置的作業。海上定位的方法是在岸上設定兩座以上已知其經緯度的定向電台，定向電台發射微波定向信號。作業船上安裝有無線電定向儀，可以精確地測定船與岸上各電台間的夾角，從而準確地測出船所在的位置。在近海作業時可以用微波發射信號；在遠海作業時一般用 200米的無線電長波發射信號。這兩種方法均能達到鋪管作業定位所需要的精度。

鋪管作業

海洋管道鋪設作業是由陸上管道穿越河流、湖泊水域的施工方法發展起來的。鋪管作業主要有三種方法：鋪管船鋪設、牽引法鋪設和用捲筒船鋪設。作業過程中選擇何種方法是根據管徑大小、海水深淺、海況和距岸遠近等條件確定的。近年來海洋油氣田探勘接近千米深的海域，海洋管道施工技術正向這一深度發展。70年代末期已能在600米深的海域中鋪設管道。

①鋪管船鋪設。這種方法最為常用。50年代在開發淺海區油氣田時，多採用人工開出一條能通行淺水船的河道，並在一種用浮箱拼裝而成的鋪管駁船上，把管子組裝起來，當駁船向後移動時，焊接好的管段即滑入水中。這種鋪管駁船逐步發展成為大型鋪管船。1956年第一艘較大型的鋪管船投入使用。船上可以堆放管材，設有吊運管子的起重設備和管段的組裝線，還有託管架作為管段下海的滑道。這種鋪管船錨定技術較完善，可在30米深的海域作業。此後，鋪管船不斷地發展，出現了具有自航能力，可鋪設更大口徑的管道，能在較深的海域作業的自航式鋪管船。1965年在開發大西洋的北海油氣田時，這種類型的鋪管船因抗風浪能力差，不能適應北海區的海況，作業經常被中斷，經過改革船體結構,製成半潛式鋪管船，加強了抗風浪能力。70年代初期“喬克陶Ⅰ”號半潛式鋪管船在澳大利亞的巴斯海峽投入使用，證明半潛式鋪管船穩定性好，並能在120～180米深海中進行鋪管作業。1979年半潛式“卡斯楚”號鋪管船，在建設由非洲阿爾及利亞經突尼西亞穿過突尼西亞海峽通向歐洲義大利的輸氣管道時，成功地在608米深的海域中鋪設了500毫米管徑的管道。

鋪管作業過程是將管子經陸上預製廠加上水泥加重層後，用船運到鋪管船上，將管子逐段組裝焊接，焊好的管段在鋪管船向前移動時，從船尾部的託管架上滑入海中。整個鋪管作業的過程中，管段下滑的長度必須與船的位移量同步，同時，鋪管船必須處於較穩定的狀態。為此,在鋪管船的前後左右布置有4～6個船錨，調節錨纜的鬆緊可穩定船隻；調節錨纜的長短可移動船位。管段自託管架的尾部滑向海底時，懸吊在海水中形成一個由上拱彎轉為下彎曲的S形,使管段受到複雜的彎曲應力的作用，此外,還受到浪涌和水流的衝擊力的作用。為了使管段不產生永久變形，須用託管架保持上拱彎儘可能大的彎曲半徑，並使下彎曲處處於容許彎曲應力的範圍以內。因此船上有能力足夠的張力機夾住管段，使之不能自由滑動，並且使管段下滑同船的位移距離一致。

②牽引法鋪設。先在海岸上將管子組裝成1～2公里長的管段，然後用拖船將管段牽引下海，一段段地拖到預定地點，在海中對接，形成一整條的管道。在較平靜的海域中，管段可在水面上或水面下漂浮拖曳；風浪大的海域，可以在海底拖曳。近年來牽引法在淺海海域中鋪設管道，套用較多。這種方法無須使用鋪管船和開溝船，並可減少很多輔助船隻,費用較省。但是採用這種方法必須注意確保施工質量。施工過程中如發生故障，仍需大型船隻來排除。

③捲筒船鋪設。管子卷繞在船上直徑很大的捲筒上，鋪設時將管子從捲筒上退繞下來沉入海底。這種方法多用於鋪設管徑較小的管道，其優點是進度快和連續性好。現在正在研究用這種方法鋪設管徑為400毫米的管子。

捲筒鋪設曾在第二次世界大戰中套用。1944年在快速鋪設穿越英吉利海峽的戰時輸油管道時，就曾採用這種方法。當時用銅錫鉛合金製成鎧裝的柔性管材，卷繞在船上的捲筒上，就像敷設海底電纜一樣，將管道鋪設在海底，共鋪設了管徑77毫米的管道12條。

開溝作業 　在海底開一條溝，將管道埋入溝內，這是對不宜裸露鋪設的管道的一項重要安全措施。為了準確地將管溝開在管子所在位置上和儘可能減少開挖的土方量，一般都採取先鋪管後開溝的辦法。70年代中期在修建自北海埃科菲斯克油田至聯邦德國的埃姆登的輸氣管道時，曾用這種方法鋪設。這條管道全長442公里，管徑為920毫米，其中約有150公里的管道是開溝埋設的。管道鋪設在海底以後，將一台撬式開溝機“騎”在管道上，由開溝船牽引移動，並從開溝船經軟管向撬式開溝機供給高壓水和壓縮空氣。根據所需的溝形和深度，在開溝機上布置多組噴嘴，噴嘴射出的高速水流衝擊管道下面和兩側的泥土,使之成泥漿，同時打入空氣將泥漿沖擠出溝外。管溝開出後，管道靠自重作用沉入溝底。開溝船可開挖較硬質的海底,開溝深度可達2.1～4.6米，可在100米深的水下作業。

在淺海和淤泥海底也有採用拖船牽引“騎”在管上的開溝犁開溝的。