拖拉法铺设登陆海底管道

拖拉法铺设登陆海底管道

安装公司技术中心：刘俊悦

指导老师：倪超摘要：

随着海洋石油事业的飞速发展以及对海洋油气资源开发利用率的提高，海洋石油中下游产业的规模也正在逐渐扩大，越来越多的陆地终端和处理厂正在建成并投入生产，这就相应伴生出许多海底管道登陆工程。本文结合JZ25-1S项目海底管道拖拉登陆的现场经验，总结和阐述了拖拉法在近岸海底管道铺设中的实际应用，并对该项目管道登陆的拖拉铺设方法、拖拉系统设计、拖管力计算以及拖拉设备的选择做了详细介绍。

关键词：海底管道、拖拉登陆、底拖法、线性绞车

1概述

近岸海底管道的铺设多数采用预挖管沟、拖拉铺管的方法进行。拖拉登陆铺管分为陆上拖管和海上拖管两种类型。目前使用的拖拉设备有许多种，不同的拖拉设备又有与之相配套的拖拉系统，作业中采用哪种方法铺设登陆管道，选用何种类型的拖拉设备，要根据承包者的具体情况和登陆点的环境条件决定。本文对上述问题，特别是对锦州25-1南项目采用的线型绞车底拖法的拖拉系统设计和和拖管计算进行较为详细的介绍和论述。

2项目介绍及施工方法

2.1 项目介绍

锦州25-1南油气田位于中国渤海辽东湾海域。油田所处海域平均水深为22.7米～24.6米。一期开发项目拟建一条外输油管线，一条平台间的油气混输管线和一条平台间的海底复合电缆。本项目登陆拖拉的600米12”/18”双层保温管即属于从锦州25-1南中心平台到绥中36-1登陆点93.6公里海管一部分。

2.2 施工方法选择

近岸段登陆管道的拖拉铺设法可分为：海上拖管法和陆上拖管法。

海上拖管法有两种。一种是陆地接管，海上铺管船直接拖管。这种方法需要在陆地上修建一条接管作业线，由于这套设备昂贵成本太高，不予选用。另一种是海上铺管船自行接管和拖管，利用陆地导向滑轮将管道拖向陆地。采用此种方法，铺管船上要装有具备足够拖管能力的绞车，但承担此次海管施工任务的滨海109绞车能力并不能达到近80吨的设计托管能力。

陆上拖管法即铺管船在满足吃水的设计管轴线上就位，将陆地绞车拖拉索具的一端送上铺管船与管道拖拉头相接。利用铺管船上的作业线接管，陆地绞车拖管，接一节拖一节，将管道逐渐拖向登陆点。它主要包括以下几种方法：浮游法、浮拖法、离底拖法和底拖法。由于浮游法、浮拖法、离底拖法都需要大量的浮筒以提供浮力、减少拖拉力，以便选择小吨位的线形绞车进行拖拉。但是海管在拖拉的过程中没有土壤的束缚在受到波浪流等外部环境载荷下，更容易弯曲变形破坏；不易定位。若拖拉设备能够满足要求，底拖法施工就能够避免以上方法中的弊端。

由于安装公司具备200吨线性绞车能满足现场近80吨拖拉力要求，并考虑现场施工的经济性及登陆点附近海域地质、地貌、水深、潮流等诸多因素后最终决定采用陆上拖管底拖法。

3拖管力的计算

拖拉登陆项目中拖拉力的计算是拖拉封头设计及拖拉设备选择的依据，而对拖拉过程中海管受力进行分析则是为了调整作业线滚轮高度和托管架角度，以保证拖拉过程中，海底管道所受应力在许用应力范围之内。

3.1基本数据

1.海管的结构参数

锦州25-1南近岸段海底管道是双层保温管的结构形式，内外管之间使用绝缘材料进行绝缘保温。数据如下表：

表一海底管道结构参数

2.环境参数

10，海水根据气象资料统计，登陆点附近海域四月份海水表面平局温度为

密度31025m kg ，现场波流参数根据工程地质和物探调查报告整理如下表：

表二 登陆点附近海域波流统计表

3.2 拖管力计算

海底管道拖拉过程中会经过不同条件的海床，不同海床对管道产生不同的

阻力。为简化计算分析，将拖拉路由上的海底土壤简化为一段，考虑管道与海底的摩擦系数和海流，波浪状况，用以预测拖管过程中拖力的变化和大小。在计算拖拉力前需确定如下内容

1)登陆段的长度，

2)管道，索具在空气中和海水中的单位重量，

3)管道上所加浮筒的浮力，

4)管道，索具与预挖沟底土壤的摩擦系数，

5)管道拖拉头形式，

6)拖拉时可能出现的不可预见性因素及潮位等

一般情况,海底管道拖拉力包括海水阻力、波浪力、管道和索具摩擦力、船舶张紧器拉力。

海水的阻力计算。单位长度海水阻力的计算公式是

2

2R X DU C q ρπ= 式中，－海水阻力系数，；22Re log 075

.0-=C Re －雷诺数，Re =U R D/ν；

D －结构物直径；

ν －水的运动粘度； 1.007×10-6m 2/s

U R －水与管道间相对速度，U R =u t -u c cosθ，

u t 为拖管速度，u c 为海流流速，θ为海流流向。

登陆点线形绞车拖拉速度为1m/min ，通过计算单位长度海水阻力仅0.004t 。可不予考虑海水阻力影响。

管道贴近海底以及双层保温管单位自重大、现场波浪对管道的作用很小，可

不予考虑波浪影响。

因此拖拉力大小一般由下述公式确定：

()()()()req b bsub pdry p psub pdry pdry ps cdry c csub cdry cdry cs F L W L L W L W L L W L W F +--++-+=μμ

式中，

F ——总拖拉力

b L ——各阶段浮筒长度

req F ——张紧器剩余拉力

psub W ——单位长度浮筒提供的浮力

c L 、p L ——各工况索具、海管总长度

cdry L 、pdry L ——索具、海管出水长度

cdry W 、pdry W ——单位长度索具、 海管在空气中的重量

csub W 、psub W ——单位长度索具、 海管在海水中的重量

cs μ、ps μ——索具、海管与海床之间的摩擦系数；cs μ=1.2，ps μ=1.3

实际计算中，拖管力分七段进行计算，即拖管长度为600米、500米、400米、300米、200米、100米、0米时，拖管力分别为66.56吨、66.25吨、63.24吨、64.32吨、65.40吨、66.48吨和最终拖管力76.19吨。

4 拖拉系统设计

管道拖拉系统是完成管道拖拉的系统设施，主要包括三部分，即拖拉设备、拖拉索具和系统布置。

4.1 拖拉设备的选择

拖拉设备的选择极为重要，它不仅关系到拖拉技术的实施，作业的安全，而且关系大施工周期及整个工程的经济性。在铺设锦州25-1南项目时，海工安装公司200吨线性绞车能够满足拖管技术要求且能提供80吨拖力，因此根据以往经验选择了常规陆地底拖的总体方案。所用主要设备如下：

（1）主拖拉线形绞车1台：最大拖拉力200吨，有前后两个夹钳循环提供拖

拉力