深水海底管道铺设技术研究进展

深水海底管道铺设技术研究进展+

李志刚, 王琮, 何宁, 赵冬岩

摘要：海底管道作为最重要的海洋石油天然气的运输方式，发展速度逐步加快，对于海底管道的铺设方法和主要铺设工具——铺管船，也提出了更高的要求。本文介绍了目前普遍使用的几种铺管方法以及世界先进的不同类型铺管船的发展和使用情况，并作了比较与讨论。作者认为我国在铺管技术以及铺管船的研发及应用方面与国外先进水平相比存在相当大的差距，特别是在深海铺管技术方面差距更为明显，应当充分学习消化已有的成功经验，开展相关领域的研究工作。

关键词：深水, 海底管道, 铺管方法, 铺管船

An Overview of Deepwater Pipeline Laying Technology

LI Zhi-gang, WANG Cong, HE Ning, ZHAO Dong-yan,

(Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tanggu, Tianjin)

Abstract: The subsea pipeline, regarded as the most important transportation way of offshore oil and gas, is developing rapidly. Consequently, the pipe laying techniques and vessels are considered as critical and characteristic in its application. In the context, the latest deepwater pipeline laying technologies and the various advanced pipe laying barges are introduced and the corresponding comparison and discussion are presented as well. The authors suggest that China should absorb and digest the internationally advanced pipeline laying techniques and pipe laying facilities to make up for the gap existed in the research and application of pipeline laying technologies, especially in the deepwater field.

+国家863计划资助课题(2006AA09A105)。

Key words: deepwater; subsea pipeline, pipe laying method, pipe laying barge/vessel

随着科学技术的进步和人类对海洋石油资源认知水平的不断提高，海洋油气勘探开发已从浅海走向深海，甚至超深海。深水油气开发已成为世界石油工业的热点和科技创新的前沿。随着海洋石油、天然气勘探、开发，油气集输问题成为海上油气田开发研究的重要课题之一，然而无论选用何种集输形式，海底管道均是其重要的组成部分，海底管道铺设施工技术就成为亟需解决的关键问题。然而，海底管道技术取决于：油气田的整体结构布局，输送产品的种类和性质，以及管道的长度、直径和材料，是一个非常复杂的问题。因此，吸收和消化世界先进的铺管工艺方法和相关设备，为后续自行开展设计、建造、安装提供参考是一项十分具有现实意义的研究。

1 海底管道铺设方法

一般地，海底管道可以分为[1]：(1) 从海底卫星井到管汇之间的油气输送管道；(2) 从海底管汇到生产平台之间的油气输送管道；(3) 生产平台之间的油气内输送管道；(4) 从生产平台到陆上的油气外输送管道；(5) 通过海底注水管汇，从生产平台到注水井之间的水或其它化学物质的输送管道，如图1所示。

结合国内外的铺管实际工程经验，对于海底管道的铺设方法主要有：拖曳式铺管法、卷管式铺管法、J型铺管法和S型铺管法[2-9]。

图1 海底管道用途分类.

Fig.1 Uses of offshore pipelines.

1.1 拖曳式铺管法

拖曳式铺管法包括以下几种方法：水面拖行、水面下拖行、近底拖行和海底拖行。所有

拖曳方法的管道组装都是一样的，可以在陆上组装场或在浅水避风水域中的铺管船上完成；在管道组装完成之后，就可以进行拖行铺设。

水面拖行，如图2(a)所示，采用浮箱使管段漂浮在水面。水面下拖行，如图2(b)所示，它利用漂浮装置使所铺设的管段位于波浪作用范围以下。这两种拖行方法中，水面拖行铺设管道的主要缺点是容易受到水面情况的影响、影响海上交通和需要考虑管子的沉放等。

近底拖行，如图2(c)所示，是近水面拖行技术的一种改进，也需要一条主拖船和一条牵制拖船。浮箱按规定的间距系在管段上，每个浮箱上还需要悬挂一段铁链。在拖行时，铁链升离海床，利用它的重量和浮力平衡而将管道保持在离海床预定的设计高度处。这种铺设方式通过设计铁链的长度来保证拖行时提供给管段的稳定力，通过牵制张力的大小控制附加高度使管段提升。这种铺设方法的主要优点是拖行的动力要求较低，减少了坏天气的不利影响。

(a) (b)

(c) (d)

图2 拖曳式铺管法: (a) 水面拖行, (b) 水面下拖行; (c) 近底拖行, (d) 海底拖行.

Fig.2 Tow method configuration: (a) surface tow, (b) mid-depth tow, (c) off-bottom tow, (d) bottom tow.

海底拖行，如图2(d)所示，是利用拖船的牵引力直接在海床拖行管段至指定位置。拖行路线在底拖法中占有十分重要的位置，它影响到按摩损条件所作的涂层设计、拖行期内的稳定性、拖船的大小以及所拖管道的最佳长度。这种方法不需要牵制拖船，受天气的影响是最小的；但是底拖法对拖船的马力要求较高，管道的涂装层有损坏的危险，管道有可能在海底被障碍物绊住。

1.2 卷管式铺管法

卷管式铺管法是20世纪开始发展起来的一种新型的铺管法，这种铺管法是将管道在陆地