辽河滩海地区海底电缆技术应用初步研究.doc

辽河滩海地区海底电缆技术应用初步研究王延涛(中油辽河石油工程设计有限公司)摘要本文针对辽河滩海地区的特殊自然环境，根据2001年在海南4井平台设计应用的我 油田第一条海底电缆的一些情况，介绍了海底电缆在设计选型，施工技术及维护经验方面的知 识，为我油田在海上石油平台中进一步应用海底电缆提供经验。一、辽河滩海地区概况辽河滩海油田位于辽东湾的湾顶，一部分位于潮问带地区(如海南3块和笔架岭区块)； 一部分位于浅海和极浅海地区(如海南8块，海南24块，月东区块等)。滩海地区自然环境 比较恶劣，地表层以淤泥、粉砂为主，含水量大，渗透性差，受荷变形大，由于受潮、流的 作用，大小潮沟纵横分布。该地区潮差大，最大潮差可达48m，且冬季冰情严重，冰期110多天，潮问带地区涨潮时有水，落潮时露出地表软质淤泥，冰多为固定冰，厚达05m， 涨潮时随潮推移，会对设备造成危害。浅海和极浅海地区海图水深在15m，大型船只难以 进入，冬季冰多为堆积冰。二、研究课题的提出随着我油田对滩海地区油气资源勘探开发的深入，对电力输送的可靠性和可行性以及经 济性提出了更高的要求。现在海南三地区、笔架岭地区、太阳岛地区均采用6kV架空线路 供电，选用钢管杆以及涵洞管保护和毛石砌筑基础，导线为绝缘导线，存在着一次性投资较 高，部分潮水和冰情严重地区运行维护费也较高等缺点，特别是在笔架岭地区，架三平台至 架四平台的架空线路每公里的投资达到了120万元，而且，在潮水的冲刷下，电杆基础底部 被掏空，电杆倾斜，每年的维护费用就达数十万元。更重要的是，今年已在海南8块和海南24块地区钻井开发，将来有条件的情况下还要开发距岸边更远的月东油田，这些区块在浅 海地区，若用岸电只能采用海底电缆供电。因此，对于今年新建的滩海地区海南4井平台提 出了利用海底电缆供电的方案，其目的主要是：(1)为自然条件极恶劣的滩海地区供电提供一种新的途径。(2)为将来海南8块及月东区块海上石油平台开发输送岸电从设计施工及维护上提供依 据和经验。三、海底电缆的设计选型由于滩海地区特殊的自然条件，敷设于其中的电缆长期受海水浸泡、腐蚀、海流冲刷和159船锚的危害，另外，在浅滩地区还要考虑冬季海冰的影响。因此，对电缆的防水性、防腐性 和机械性能提出了更高的要求。随着我国聚乙烯制造技术的发展，水中电缆的应用也由油浸 纸绝缘电力电缆逐渐被交联聚乙烯电力电缆所代替。另外，还有乙丙橡胶绝缘海底电力电 缆。我国国家规范要求，在水中应用的交联聚乙烯绝缘电缆应选择具备耐水树特性的绝缘构 造形式，外护层应选择符合使用场所要求的金属塑料复合阻水层、铅套、铝套或膨胀式阻水 带等防水构造，对于水中的中、高压交联聚乙烯电缆还宜具有纵向阻水构造，水中电缆的粗 钢丝铠装尚应有纤维外被。在今年海南3地区海南4井平台海底电缆的设计中，经调研，我们选用了国内青岛汉河 电缆集团生产的综合阻水交联聚乙烯绝缘纤维外被细钢丝铠装海底电力电缆HYJAY31，选 用该厂生产的产品，主要是考虑了(1)青岛汉河电缆集团从1998年开始生产海底电缆，在胜利油田海洋平台、青岛黄岛、 烟台崆峒岛、威海刘公岛都有过应用，反映良好。其生产的HYJAY33610kV 370型 号海底电缆经过了国家电线电缆质量监督检验中心的检验，完全符合Q02HDL0111998 的要求。(2)国内产品和国外产品相比，在价格上具有很大的优势，能节约近三分之二的资金， 而且汉缆集团通过引进国外先进生产设备，提高制造工艺水平，使国内海缆产品在质量上有 很大提高。青岛汉河电缆集团生产的交联聚乙烯绝缘海底电缆的型号有：HYJAY31，HYJAY33两 种。电压等级包括610kV和2535kV，芯数为一芯或三芯，截面31的为251000，33的 为25-300。其型号含义为：H代表海底电缆；YJ为交联聚乙烯；AY为综合阻水；31是细 钢丝纤维外被；33为细钢丝聚乙烯外套。对于大电流回路可以选用单芯电缆，较三芯电缆 能改善盘柜内终端连接部位的电气安全间距或长线路情况减免中间接头。而三芯电缆比单芯 电缆在投资上要经济的多。另外，每根电缆的最大生产长度根据具体型号有区别，主要受电 缆盘外径和交通运输等方面的限制。在海南4井平台选用的HVJAY318710kV 395 长度为1200m，由于电流不大且能够整根制造，故选用三芯电缆比较经济。该海底电缆HYJAY31在结构上主要为：(从内Olj,b)A、导体采用镀锌铜线；B、导体 屏蔽采用进口半导电交联聚和物；C、绝缘为进口抗水树交联聚乙烯；D、绝缘屏蔽采用进 口不可剥半导电交联聚合物(以上三层在生产上实现了三层共挤)；E、内阻水层采用半导 电屏蔽带；F、金属屏蔽采用铜带；G、外阻 水层采用半导电屏蔽带；H、复合防水层采用 铝塑复合带+高密度聚乙烯；I、成缆填充采 用阻水膨胀绳；J、内衬层采用单面涂胶布带； K、内防腐涂层采用电缆沥青；L、铠装层采 用耐海水合金镀层钢丝；M、外防腐涂层采用 电缆沥青；N、绕包带采用聚氯乙烯带。海底 电缆截面如图1所示。图1 HYJAY31海底电缆截面图160四、海底电缆路由的选择和敷设1海底电缆路由选择和敷设的一般规定 根据国家规范要求，水下电缆路由的选择应满足电缆不易受机械性损伤、能实施可靠防护、敷设作业方便、经济合理等要求，并不得悬空于水中，应埋设于水底，在通航水道等需防范外部机械力损伤的水域，电缆应埋置于水底适当深度，并加以稳固覆盖保护，浅水区埋 深不宜小于05m，深水航道的埋深不宜小于2m。另外，根据1992年国家海洋局发布的铺设海底电缆管道管理规定实施办法第19条 的规定，海底电缆的路由在调查、勘测和铺设施工六十天前需向主管部门提供资料备案。水底电缆的敷设，当全线采用盘装电缆时，根据水域条件，电缆盘可放在岸上或船上， 敷设时可用浮筒浮托，严禁使电缆在水底拖拉。水底电缆不能盘装时，应采用散装敷设法， 其敷设程序应先将电缆绕在敷设船仓内，再经仓顶高架、滑轮、刹车装置至入水槽下水，用 拖轮绑航，自航敷设或用钢缆牵引敷设。水底电缆敷设后，应做潜水检查，电缆应放平，水 底起伏处电缆不得悬空。国内今年由上海交通大学水下工程研究所研制成功了ML_02浅海电缆埋设系统，并在 上海一嵊泗的两条(每条长度为60km、埋设深度为海底下2m)海底动力电缆深埋敷设工程 中获得成功。MI02浅海电缆埋设系统是由电缆埋设机、电缆输送机、操作显示设备等部 分组成，整个系统设备国产化，测控智能化，监视显示数据齐全，三维动画图像逼真及时， 并能在海底排除各种障碍物如规避或自动切断海底废弃电缆等，使作业连续进行。该系统标 志着我国在海底电缆敷设领域取得重大突破，与国际上同类产品相比已达到国际先进水平。2辽河滩海地区海底电缆路由的选择和敷设 海南4井平台进站砂石路铺设在双台子河人海口边缘处，路左侧迎水面为人海口处，路右侧是背水面。由于路对海水的阻挡，海浪和海冰的冲击相对轻一些，因此，海底电缆选择 在4井平台砂石路的背水面敷设。其距离油气管线18m以上，最小距离大于规范所要求的15m。并在海底电缆的两岸设醒目警告标志。考虑到海底电缆故障的出现82属于船锚和渔 具作用，船锚投沉及其走锚是水下电缆遭受机械性外伤的主要因素之一，根据滩海地区无大 船的特点，电缆埋深为泥面下lm。在海底电缆上4井平台的岸边部分，为防止海浪和冬季浮冰等机械性作用而遭受损伤，采用了电缆穿钢管保护，并用岸边毛石覆盖固定敷设。海南4井平台附近由于水浅而且在海水落潮时露出滩面，电缆敷设船无法进入，电缆敷 设只能赶在春季浮冰开化前利用人工进行挖沟敷设。对于海南8块和海南24块等浅海(水深在15m)地区，由于水浅，不能满足大型电缆敷设船的吃水深度，我油田可以借鉴胜利油田滩海电缆敷设的技术和经验，租用或自制敷 缆铺管船。现胜利油田滩海敷缆铺管船为非自航工程船，人cCS级，它可以满足边挖沟边 敷缆功能，适用于渤海20m以内水深作业，其敷缆满载状态平均吃水为178m，船上可设 置两个300t的电缆盘，敷缆时移船速度为5lOmmin，电缆沟深度大于等于2m，宽度为300mm，每次抛锚可移船800m，该船在浅水区具有搁浅性能，船坐底时用8只锚定位，不 会滑移和倾覆，当涨潮时，船可浮起继续作业。161图2海底电缆路由图五、海底电缆的防护1潮沟的影响海南4井平台由于位于浅滩地区，潮、流的作用形成的潮沟是电缆在陆地敷设中所从未 遇到过的，海底电缆在敷设完毕后，由于泥沙挖、填方的地方比较松软，在海水落潮的时 候，把松软泥沙带走，经过一段时间的积累，就在电缆敷设路径上形成了潮沟，久而久之， 会露出电缆，使电缆长期受潮流冲刷。为了避免此现象的出现，在潮沟易形成的地方，用沙 袋筑起了三条“丁”字坝，强迫潮流改向，避免了对电缆敷设路径的进一步冲刷。2平台上海生物的影响许多海生物和微生物能吸附在船只和海上建筑物上生长和繁殖，特别是在春夏季节，附 着生物会迅速生长繁殖，这些有害的生物被称为海洋污损生物，简称海生物。海上石油平台 为海底电缆上平台预留的钢管在使用时已被海生物堵塞，难以打通，电缆无法穿进，直接影 响到工程的施工进度。因此，需要用到海洋防污和防腐蚀技术。目前，在胜利海上埕北油田 设计应用了电解防污技术，保护电力系统中的电缆保护管线和电力系统中的海水冷却系统， 取得满意效果。六、小 结(1)海南4井平