“东方1—1”海底天然气管道铺设工程潜水支持

                             于庆华，邵  滨，殷其建(海军潜艇学院防险救生系)

1工程概况

    中国海洋石油总公司于2002年在海南省西南部海域约70m水深位置，建造了一座天然气开采平台(包含代号为“CEP”和“WHPE”的两个工作平台)。为了将天然气输送到海南省东方市的石油天然气化工厂，需要在化工厂与天然气平台之间铺设一条长度约为100余km的海底输气管道，地理位置见图1。

图1  “东方1—1”海底管道铺设工程地理位置示意图

1．1主要工作内容和施工方法

    海底管道铺设工程主要工作内容包括：

    1)从东方市管道登陆点到CEP平台，铺设一条直径22"的海底管道，长度105．3km，工作深度0~70m；

    2)在CEP和WHPE两个平台之间，铺设一条直径12"的海底管道，长度3．385km，最大深度70m；

    3)在CEP和WHPE两个平台上，分别安装1根22"立管和2根12"立管；

    4)安装CEP和WHPE两个平台的组块。

    海底管道铺设的基本施工方法见图2。

    单根管道(长度为12m)在加工间经焊接连接后，送到托管架上，随着工作船的缓慢前移，管道逐步铺设座沉在海底上。

1．2工程特点和难点

    1)首次进行如此长距离海底管线的铺设。

    2)海底地质情况复杂，首次在70m水深挖沟进行沙波沙脊处理，以减少海管在海底悬跨距离和高度。

    3)管线水泥涂层厚度达120mm在国内属首次，水下重量大(466．4kg／m，陆上重962．9kg／m)，陆地拖拉拉力增加，改变了以往的海上施工设计方法，现场操作难度增加。

    4)立管的安装(包括平管的起吊)工作复杂。需要在70m水深进行水面焊接法安装(常规安装应进行立管和平管水下法兰连接)，缺少实践经验，风险、难度均较大。
5)埔管作业设备、焊接、检验及其它附属设备的可靠性、兼容性影响较大。

图2 海底管道铺设方法示意图

2 潜水作业安全管理

2．1水下作业内容和潜水环境

2．1．水下作业内容

    1）起始铺设拖拉链的水下连接。

    2)正常铺设期间，托管架和海底管道状态的水下检查。托管架检查的潜水深度为0~10m，海底管道检查的潜水深度与海底水深相同。

    3)非正常情况，弃管时将连接在海底管道端头上的牵引钢缆(A／R缆)解脱；起管时在海底引导作业船准确就位，再将牵引钢缆连接到管道端头上。潜水深度与海底水深相同。

    4)断管打捞时，先在断管上切割吊孔，再将起吊钢缆连接并固定在吊孔中，这种情况的潜水作业属于抢修作业，时间要求紧迫。潜水深度与海底水深相同。

    5)平台立管的水下安装。完成三根立管的安装工作。潜水作业内容包括三项，一是打开由螺栓固定的18个管卡，二是引导水面吊机将立管准确靠放在管卡内并进行初步的水下固定，三是关闭管卡并用螺栓固定。该阶段的最大潜水深度为65m。

  6)其它与本项目有关的潜水作业。

2．1．2潜水环境资料

    在海上进行潜水作业，风、浪、涌、流、海流、潮汐、能见度及海底底质等条件，对潜水作业的安全有直接关系，需要掌握情况并采取相应措施。

    1)气象

    冬季主要受东北季风影响，风力6～7级，最大8级，强风频率32％；夏季主要受西南季风影响，台风达12级．强风频率30％。全年温度在6．7℃~34．1℃，平均温度24．7℃。全年降雨量为87~992．2mm。

    2)水文地质

    施工海域为全日潮，最高潮位3．3~3．7 m，最低潮位0．23~0．58 m，涨潮流向东北，平均流速1．5节，最大流速达3节：冬春季表层海流0．4节，10 m水深0．15节，底层0．25节；风生流依海上风力变化而不同。海水温度年均26℃，冬春季受海水垂直对流作用，不同深度水温呈现均一状态，1月平均水温20．2℃，

最低13．7℃。水中能见度5级。海底底质为泥沙底。

2．2潜水作业难点与风险分析

    明确任务后，成立了项目组对项目进行组织管理。多次召开由项目组成员、专家和潜水员参加的讨论分析会，认为存在以下难点和风险。

2．2．1潜水作业环境恶劣

    作业海域风力经常达7级，10年监测到的最大阵风达42．5m／s。海况较差，1年监测到的最大浪高达9．9m；水流较大，综合潮流、风生流、海流和涌浪的共同影响，最大流速可能4节。平潮的持续时间短。影响了水下作业安全和作业效率。

2．2．2氦氧潜水作业

    海底管线作业及立管安装作业最大深度达70 m，大深度水下作业必须采用氦氧常规潜水，氦氧混合气潜水在国内主要用于日常训练，虽然在理论与实验方面有所积累，但实际工程经验少。

2．2．3潜水安全问题

    1)水下作业深度跨度大(0~70m)。需要根据深度采用不同的潜水方式。60m以浅，采用空气潜水方式，选用自携式潜水装具、管供式潜水装具潜水；60m以深，采用氦氧混合气常规潜水方式，选用管供式氦氧潜水装具进行潜水作业。作业程序、安全措施、减压方案和应急预案如果针对性不强，可能出现差错。

    2)作息不规律，海上施工工期长。潜水需要有良好的气象、海况和潮汐配合，条件允许时通常不分昼夜进行水下施工，容易造成潜水员疲劳，影响安全；根据工程计划，需要海上连续漂泊近5个月，对潜水员的生理和心理都是很大的挑战。

2．2．4水下作业技术复杂

    作业过程中需要采用水下探摸、水下清理、水下检测、水下电焊切割等多种水下作业技术，需要动用液压工具、电焊切割设备、摄影录像器材及其它水下作业工具，对潜水员和水下设施都有一定的安全风险。

2．2．5水下施工难点

    断管打捞时，需要由潜水员在海底寻找到断管残端，并在断管上切割吊孔，再将起吊钢缆连接并固定在吊孔中。作业深度大，潜水员在水下不易搜寻断口，另外管线水泥涂层厚度达120mm，需潜水员清理后才能进行水下电氧切割吊孔，水下操作难度大。

    平台立管的水下安装，需要打开由螺栓固定的18个管卡，引导水面吊机将立管准确靠放在管卡内并初步进行水下固定。平台已经下水1年，海水侵蚀及附着的海生物可能造成固定管卡的螺栓无法打开，立管吊放需水面与水下密切配合，可能出现靠放不好，无法进行初固定。

2．3潜水作业安全管理

2．3，1建立安全管理文件

    1)细化作业程序。根据不同具体任务，不同潜水深度，有针对性地制订了托管架检查、海底管道检查、弃管、起管、断管打捞等空气潜水作业程序；制订了海底管道检查、弃管、起管、断管打捞、打开立管、关闭立管管卡氦氧混合气潜水作业程序。

    2)制订安全保障方案。根据潜水作业环境特点，潜水工作深度及水下工作任务难度等因素，精心编制了空气潜水医学保障方案、氦氧潜水医学保障方案和气体保障方案。通过分析可能发生的意外情况，建立了相应的应急预案。

2．3．2安全教育

    1)通过理论教育、安全法规教育和安全常识教育，努力使安全意识深入到每个潜水员及水面保障人员的心中。

    2)专业理论学习。通过潜水技术与装备管理、水下检测技术、水下电焊切割技术及潜水医学等教学内容学习，使每个工程人员在专业上理论上都有了进一步提高。

2．3．2专业训练

    1)适应性训练。根据水下作业深度，潜水员在加压舱内循序渐进地完成了相当于水深30 m、50 m、70m的加压锻炼，并且进行了氧敏感试验。

    2)模拟训练。在潜水训练池内，参加工程的潜水员和水面保障人员系统进行了空气潜水训练和氦氧潜水训练。

    3)应急预案演练。针对安全保障方案和应急预案，进行了紧急出水、水下绞缠、外伤救治及潜水疾病处置与后送演练。

3工程实施

3．1制订潜水作业计划

3．1．1明确作业目标

    本项目中潜水作业的总目标是合同提出的工作范围和规定的工期。为便于管理将总目标依据潜水作业内容、特点和各阶段工程进度要求，分解为各个阶段的具体目标(见图3)。

3．1．2制订潜水作业方案

    根据领受的作业任务要求，在明确具体作业目标，充分收集、分析作业现场环境条件等信息资料基础上，制订了以实现潜水作业目标为宗旨，保证潜水作业安全、质量和效率为重点，内容全面、组织周密、措施得力的潜水作业方案，主要内容见图4。

3．2作业实施过程

    以石油平台立管安装工程为例，介绍作业实施过程。

    1)作业船抛锚就位。通过分析历年该海域作业区域的气象数据，提出了作业船抛锚就位方案，作业船尾部靠平台，尽量使潜水员出入水区域处于下风状态。

2)布设潜水作业场。包括水面和水下作业场的布设。水下作业场布设由氦氧潜水员携带导缆沿入水砣下水，到最低管卡深度并找到管卡后，将导缆系在最底端管卡上。以方便下一名潜水员到达作业点或传递工具。

图3按工程各阶段和作业内容分解的具体潜水作业目标

图4潜水作业方案的主要内容

    3)打开由螺栓固定的管卡。潜水员到达作业点后清理海生物和拆卸螺栓，由于海水锈蚀严重，使用棘轮扳手和液压扳手难以打开螺栓，即使能打开工作效率也比较低，最后采用水下电氧切割方法，切断并取下螺栓，取得了较好效果。

    4)立管安装。立管吊放入水后，通过ROV监视引导，使立管进入管卡，潜水员解脱固定缆，合上管卡，并用加长螺栓进行初固定。再更换标准螺栓进行固定。

    5)检查验收。潜水员进行水下摄影和录像，并将影像及时传到水面，由专家对立管安装和固定情况进行检查验收，发现问题及时整改。

    “东方1—1”海底天然气管道铺设工程计划130d，因冬季季风影响，工期延长至195d。先后出动30多人，动用设备160台套，采用空气潜水和氦氧常规潜水方式，潜水282人次，潜水总时间17 900min，最大潜水深度65m。由于工程前准备充分，计划组织周密，安全措施到位，安全顺利地完成了海管铺设托管架、海底管线和A／R缆潜水检查，2次断管抢修水下作业，立管安装等潜水支持工程任务。为海洋石油工程的潜水支持和海洋氦氧混合气潜水工程作业积累了经验。