任 博，張 彪

（中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司海工事業(yè)部，山東青島 266555）

冀東南堡1-29海底集輸管道的施工

任 博，張 彪

（中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司海工事業(yè)部，山東青島 266555）

冀東南堡1-29井組海上集輸工程應(yīng)用鋪管船成功地完成了海底管道的鋪設(shè)和直管段與彎管段的連接。文章介紹了該管道工程的概況、施工程序、鋪管船作業(yè)線工位、施工方法及工程焊接質(zhì)量保證等，提供的經(jīng)驗可供類似管道鋪設(shè)工程參考。

管道；工位；鋪管船；立管

1 工程概述

冀東南堡1-29項目工程位于河北省唐山市南堡海域，距曹妃甸約20 km，距天津港約100 km，水深5.4～7.1 m，該項目海底管道有混輸管道和注水管道兩種。海底混輸管道總長約2.36 km，采用雙層管結(jié)構(gòu)，管道內(nèi)管規(guī)格為D 168.3 mm×12.7mm無縫鋼管，外管規(guī)格為D323.9mm×14.3mm無縫鋼管；海底注水管道總長約2.45 km，平管段采用單層管結(jié)構(gòu)，管規(guī)格為D 168.3 mm×19.1 mm無縫鋼管。立管和膨脹彎共4套。立管部分采用雙層管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管規(guī)格為D 168.3 mm×19.1 mm無縫鋼管，外管規(guī)格為D 323.9 mm×14.3 mm無縫鋼管。

2 場地及路由工程地質(zhì)條件

建設(shè)場地區(qū)域位于2號人工島海區(qū)西側(cè)，水域開闊，水深較淺，水動力相對較弱，無影響工程的較大地質(zhì)構(gòu)造，構(gòu)造穩(wěn)定，適宜本項目建設(shè)。

唐山地區(qū)自1975年以來構(gòu)造活動十分活躍，建設(shè)場地距1976年唐山地震時的豐南區(qū)發(fā)震斷裂帶約60 km，區(qū)域穩(wěn)定性較差。

本次勘察查明了工程場地的工程地質(zhì)條件?？辈焐疃葍?nèi)的土層分為8個工程地質(zhì)層或亞層，巖性以黏土砂 （SC）、低液限黏土 （CL）、高液限黏土（CH） 為主。

場地基本地震加速度值為0.15 g（g為重力加速度），場地土類型為軟弱土，場地類別屬IV類，屬于建筑抗震不利地段。

場地的抗震設(shè)防烈度為7度，根據(jù)鉆孔資料，液化綜合判別結(jié)果： 黏土質(zhì)砂 （SC）為液化土層，單孔液化指數(shù)為1.70～9.90，液化折減系數(shù)為2/3，液化等級為輕微～中等。

根據(jù)海水沖刷計算結(jié)果，海底管道沖刷深度基本上與管徑成正比，管徑越小，沖刷深度越??；管徑變粗，沖刷深度加大。海管頂面埋設(shè)深度為1.50 m以上。

路由管道埋置區(qū)，主要揭露底層為黏土質(zhì)砂（SC）和低液限黏土 （CL），以及軟弱土層低液限黏土 （CL），根據(jù)疏浚巖土工程特性和分級標(biāo)準(zhǔn)，確定低液限黏土 （CL）層疏浚等級為2級，黏土質(zhì)砂 （SC）層疏浚等級為8級，低液限黏土 （CL）疏浚等級為4級。發(fā)育有軟弱土和液化土。

3 施工程序

具體施工程序見圖1。

圖1 施工程序

4 鋪管船工位 （以混輸管道為例）

（1）輔線 （預(yù)處理工位）。將混輸管吊放到輔助輥道上，去掉管道的坡口護(hù)罩并除銹、清理管端，進(jìn)行前期準(zhǔn)備工作。

（2）A工位。為對口作業(yè)站，在本工位完成上管、芯管管口預(yù)熱、對口、打底焊，配置內(nèi)對口器、林肯自保焊機(jī)2臺、磨光機(jī)2臺、加熱設(shè)備1臺。

（3）B工位。為焊接作業(yè)站，在本工位完成芯管管口的填充焊接、蓋面，配置林肯自保焊機(jī)2臺、磨光機(jī)2臺、加熱設(shè)備1臺。

（4）C工位。為無損檢測和防腐保溫作業(yè)站，本工位完成芯管焊口的超聲、射線檢測和內(nèi)管的保溫工作，配備鉛房、射線拍片機(jī)、超聲探傷儀和保溫巖棉。在本站還進(jìn)行芯管焊口返修及補探。

（5）D工位。為套管對口作業(yè)站，在本工位完成套管管口預(yù)熱、對口和打底焊、填充焊、蓋面，配置外對口器、林肯自保焊機(jī)2臺、磨光機(jī)2臺、加熱設(shè)備1臺。

（6）E工位。該工位在張緊器之后，為套管無損檢測站，配置超聲探傷儀。本站還進(jìn)行焊口返修、補探以及陽極塊的焊接。

（7）F工位。為防腐保溫作業(yè)站，配置電火花檢漏儀1臺和自來水降溫裝置1套。

5 施工方案

管道直管段采用鋪管船進(jìn)行鋪設(shè)，立管和膨脹彎安裝采用鋪管船和200 t浮吊聯(lián)合施工。

5.1 鋪管船焊接工藝流程 （以混輸管道施工為例）

管道焊接采用下向焊打底+STT焊機(jī)填充蓋面的焊接方式，具體流程見圖2。

圖2 焊接工藝流程

5.2 鋪管船施工工藝流程

5.2.1 鋪管船始鋪點作業(yè)方法

鋪管船從距離NP1-2D平臺40 m左右處開始鋪管。依靠平臺導(dǎo)管架設(shè)置一個固定裝置，并連接1根φ 40 mm鋼纜，鋼纜長度60～100 m，鋼纜另一端設(shè)置標(biāo)志性浮漂。鋪管船就位后，從船尾托管架處將鋼纜浮漂撈起，固定于船尾，鋪管船上開始管道組對焊接施工。當(dāng)管道沿作業(yè)線行進(jìn)到托管架位置時，將管道端部與鋼纜連接，然后進(jìn)入鋪管施工作業(yè)，見圖3。

5.2.2 輔線 （預(yù)處理工位）

將管子吊放到輔助輥道上，去掉管道的坡口護(hù)罩并除銹清理管端，進(jìn)行前期準(zhǔn)備工作。隨后，將管子送至主焊接作業(yè)線上。

5.2.3主線A工位——芯管預(yù)熱、組對、打底、填充、蓋面

主線輥道將管段送至A工位焊接站；同上工序?qū)⒌诙芩腿階工位；使用外對口器調(diào)整兩管端至合適間隙及合理位置并預(yù)熱；采用自保藥芯焊絲半自動下向焊打底。

5.2.4主線B工位——芯管填充、蓋面

填充焊接蓋面手把焊；向船尾移動管道12 m，到達(dá)B工位。

5.2.5主線C工位——芯管無損檢測和保溫

對管道焊口進(jìn)行拍片檢測；合格后將芯管用保溫巖棉半瓦包上；完成后移動12 m進(jìn)行下一工序。不合格的進(jìn)行返修復(fù)探，直至合格。

5.2.6主線D工位——套管組對、預(yù)熱、打底、填充、蓋面

使用倒鏈將套管組對到一起，用外對口器調(diào)整兩管端至合適間隙及合理位置并預(yù)熱；采用自保藥芯焊絲半自動下向焊打底；采用自保藥芯焊絲半自動焊填充蓋面。

5.2.7主線E工位——無損檢測及陽極塊焊接

用超聲和磁粉設(shè)備對管道焊口進(jìn)行檢測；合格后進(jìn)行下一工序。不合格的進(jìn)行返修復(fù)探，直至合格。同時焊接陽極塊；完成后管道再向后移動12 m。重復(fù)原工序。

5.2.8主線F工位——防腐補口

對探傷合格套管焊口進(jìn)行防腐補口處理；待檢測合格后，管道向后移動12 m。重復(fù)原工序。

5.2.9 鋪管船移位

每完成12 m管道 （即1根管）的焊接，鋪管船就要按設(shè)定的航線向前移動12 m，船的移位完全依靠船上8臺移位絞車的收放錨繩及自動糾偏控制系統(tǒng)來完成。管道張緊器保持管段的張力在允許范圍內(nèi)，可緩解海浪通過船體傳給管道的荷載作用，以保證管道鋪設(shè)的穩(wěn)定性和路由。

5.3 棄管和收管作業(yè)

5.3.1 棄管作業(yè)

根據(jù)氣象信息，棄管指示至少提前24 h在惡劣天氣到來前下達(dá)，指示下達(dá)后，在A工位將棄管牽引頭塞入最后一根管內(nèi)，并啟動液壓源，牽引頭脹緊并密封。該牽引頭帶有50 m長拖纜。

各工位工作繼續(xù)進(jìn)行，每完成一次作業(yè)，鋪管船通過收放錨纜，前進(jìn)一個管長的距離，使管口進(jìn)到下一個工位，直到最后一根管到達(dá)張緊器。至少應(yīng)保證C工位的焊接工作完成。

起動A/R絞車，放出拖纜引入作業(yè)線，依次經(jīng)過各工位，到達(dá)牽引頭，用卸扣連接A/R絞車端與牽引頭拖纜端。

收緊A/R絞車?yán)|，并逐漸升至設(shè)定張力。松開張緊器，完成向A/R絞車的張力轉(zhuǎn)換。繼續(xù)向前移船，同時A/R絞車保持恒定張力不變。A/R絞車?yán)|與牽引頭拖纜接頭到達(dá)托管架時，將一個準(zhǔn)備好的浮漂連在牽引頭拖纜端，漂繩長度能保證在最高潮位時也足以使浮漂浮出水面。繼續(xù)向前移船，當(dāng)兩纜接頭離開托管架后停止移船，逐漸減小A/R絞車張力，管頭被放置于海底。在鋪管船尾將卸扣解開，牽引頭纜與浮漂棄于海中，A/R絞車?yán)|由絞車收回。將托管架吊至鋪管船甲板，完成棄管作業(yè)。根據(jù)具體情況，采取起錨或棄錨，將鋪管船及時撤離到避風(fēng)錨地。

5.3.2 收管作業(yè)程序

鋪管船在GPS指引下移位至原棄管位置，拋錨就位，隨后潛水員下到海底檢查海管的情況，若管道變形、管端不在設(shè)計軌跡上，需進(jìn)行海管的修復(fù)和管端調(diào)整。用工作艇撈起棄管頭拖纜端的浮漂，與A/R絞車的拖纜連接，A/R絞車的拖纜要經(jīng)過托管架和作業(yè)線。

起動A/R絞車，保持設(shè)定張力，觀察絞車?yán)|的方向，同時調(diào)整鋪管船船位，使管道、托管架和絞車?yán)|在同一軸線上。向后移船，A/R絞車收纜，實時監(jiān)控調(diào)整托管架的角度，將棄管頭引至托管架。繼續(xù)向后移船，管頭依次經(jīng)過作業(yè)線各工位到達(dá)A工位，然后起動張緊器至設(shè)定張力，放松A/R絞車，完成向張緊器的張力轉(zhuǎn)換。

5.4 立管和膨脹彎施工

5.4.1 立管的組對焊接

首先，使鋪管船側(cè)舷平行于海管就位，將直管段管頭吊出水面，并將直管段定位于鋪管船舷邊；其次，在甲板上將立管彎管及水平膨脹彎管這兩個平面結(jié)構(gòu)按設(shè)計要求的夾角分別預(yù)制好并組對成整體，并對內(nèi)管、外管焊口進(jìn)行超聲波探傷檢測、外管防腐。

5.4.2 立管的安裝

首先，用浮吊將立管和膨脹彎整體放到海底，測量管段與立管卡的相對位置、距離，確定立管預(yù)制膨脹彎頭及管段長度，找到立管下膨脹彎水平段與水平管段的搭接處，刻劃出痕跡，接著從刻痕處切割管段；然后將立管水平段與水平管組對焊接、超聲波檢測，防腐補口；最后，選擇平潮期進(jìn)行立管入卡施工，將平管段慢慢放入海底，立管段慢慢靠近立管管卡， 待立管底部貼泥面后，關(guān)閉管卡撐。

5.5 清管試壓

海管鋪設(shè)、膨脹彎安裝完成后，就開始進(jìn)行管道的清管試壓工作。

5.5.1 清管

清管測量的過程如下：先往海管內(nèi)注入一定量的過濾后的淡水，再往管道內(nèi)打入兩個泡沫球（清管球），第一個為硬質(zhì)泡沫球，第二個為軟質(zhì)泡沫球，兩個泡沫球之間的間距約為500 m。施工過程中，各種球在管道內(nèi)的運行速度要控制在0.5～1.0 m/s。

5.5.2 試壓

先在管道的一端焊上一個盲板，在盲板上安置一個閥門，以便放凈管內(nèi)殘留氣。測試壓力是設(shè)計壓力的1.25倍，要求基于海平面30 m以上，穩(wěn)壓24 h。往管道內(nèi)打壓速率分兩階段：第一段是在達(dá)到試驗壓力的95%以前，增壓速率不超過0.1 mPa/min；在達(dá)到試驗壓力的95%以上時增壓速率達(dá)到0.1 mPa/min。

5.6 海管后挖溝

挖溝機(jī)固定在鋪管船甲板上，鋪管船中心線位于管道路由正上方，船尾靠近挖溝起始點。就位完成后，一條挖溝機(jī)牽引鋼絲繩由船首通至船尾，挖溝機(jī)下水前與之相連接。船首一端的牽引鋼絲繩連接一個拉力計。準(zhǔn)備工作完成后，起吊挖溝機(jī)，轉(zhuǎn)至船尾，連接牽引鋼絲繩，下放入水，在潛水員的引導(dǎo)下，布設(shè)于管道上方。潛水員出水后，啟動挖溝機(jī)電源，原地運轉(zhuǎn)1 min左右，然后開始絞船前進(jìn)。挖溝速度控制在1～5 m/min。

6 焊接質(zhì)量保證

良好的焊接質(zhì)量是海底管道成功施工的重要保證，根據(jù)海底管道的特點，依據(jù)DNV-OS-F101標(biāo)準(zhǔn)，采用6010焊條手工焊打底，8010焊絲半自動焊熱焊、填充及蓋面。為保證施工質(zhì)量，不影響各工序作業(yè)進(jìn)度，施工時將質(zhì)量控制責(zé)任落實到每一個崗位作業(yè)人員，設(shè)置專職返修補焊人員，保證在檢測站發(fā)現(xiàn)焊接缺陷時能夠及時處理，在最短的時間內(nèi)將問題排除，最大程度地保證工程質(zhì)量及工期。在質(zhì)量控制過程中，保證每一根管的焊縫都進(jìn)行清理、焊口打磨干凈；焊條開箱立即使用，沒用完的及時放到保溫箱里，在現(xiàn)場設(shè)置專人填寫焊條收發(fā)記錄，保證焊條不受潮；設(shè)置防風(fēng)裝置，做好防風(fēng)擋雨工作。通過這些質(zhì)量控制工作，實現(xiàn)了焊接一次檢測合格率達(dá)到95%以上，超聲波檢測合格率更是達(dá)到99.7%；在通球打壓測試中，維持注水管道壓力30 MPa、混輸管道壓力4 MPa，注水、混輸管道打壓試驗都實現(xiàn)了一次測試合格。

7 結(jié)束語

南堡1-29海底集輸管道應(yīng)用鋪管船成功地完成了管道的海底鋪設(shè)和直管段與立管段的連接，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，同時也為類似工程提供了經(jīng)驗。

Construction of Jidong Nanpu 1-29 Submarine Gathering and Transportation Pipeline

REN Bo（Offshore Engineering Fabrication&Construction Division of China National Petroleum Offshore Engineering Co.,Ltd.,Qingdao 266555,China）,ZHANG Biao

The pipelaying vessel was applied in Jidong Nanpu 1-29 well group offshore gathering and transportation project,which realized successfully the submarine pipelaying and the connection between straight pipeline section and bend pipeline section.This article mainly introduces the project profile,construction procedure,labour arrangement on the vessel,construction methods and welding quality assurance,and provides the experience for similar projects.

pipelines;labour arrangement;pipelaying vessel;vertical pipe

TE973

B

1001－2206（2011）增刊－0073－04

任 博 （1985-），男，陜西渭南人，助理工程師，2008年畢業(yè)于西安石油大學(xué)，現(xiàn)從事海底管道施工技術(shù)工作。

2011-08-23