软连接、骑管式挖沟敷缆装置的研制与应用

软连接、骑管式挖沟敷缆装置的研制与应用

元岛油田位于黄河河口。由于沉积物，距河岸6.8公里的海水深度仅为0.8.4米。这是真正的大海。常规的铺管船、工程船和吃水深的拖运设备都不能进入此海域作业,要在这样浅的海域开挖海底管沟、敷设海底电缆,就必须研制吃水浅的滩海海底挖沟敷缆装置(以下简称挖沟敷缆装置)。胜利石油管理局工程建设一公司,结合工程实际,经过几年的改进、完善,研制成功了挖沟敷缆装置,它既能开挖海底管沟,又能敷设海底电缆。从1994年开始至2000年,应用该装置共挖管沟46条约60km;敷设海底电缆23条约28km,为滩海油田的开发建设做出了突出的贡献。这种专用装置由八部分组成(图1),即:驳载体、挖沟机、牵引系统、挖沟机吊装系统、动力配电系统、电缆敷设系统、全球卫星定位系统、彩色声纳定位监测系统。该装置的主要技术指标如下:(1)挖沟宽度3m、挖沟深度2m、挖沟埋管速度60～160m/h。(2)定位精度偏差<3m。(3)挖沟尺寸测量精度不大于±5%。(4)敷设钢管直径≤630mm。(5)作业环境水深0.8～15mm。(6)适用土壤剪切应力120～200kN/m2。1m由多个标准浮箱拼装而成,长52m、宽18m、高2.4m,设有休息舱、淡水舱、油料舱及食品房,后部有一方孔,挖沟机可从此口放到海底,驳载体上放置各种设备、仪器,加载后吃水深度为0.8m。2采用“软连接、骑管式水下挖沟机”图2国外的海底挖沟机主要分为三大类。第一类是铧犁式挖沟机,在海底挖沟时,由拖船拖拽,一般适用在深水海域施工。第二类是自行式水下挖沟机(通称为遥控操作装置ROV),一般为履带式和夹持钢管行走式两种,通常根据不同的土壤配备相应的挖沟机具(如斗轮、链斗、射水、绞刀等,或其组合)。第三类是冲埋式水下挖沟机,主要是通过高压射水冲刷海底形成管沟。根据工作水深0.8～15m的要求,结合埕岛油田的具体情况,我们设计了“软连接、骑管式水下挖沟机”(参见图2),使挖沟机与驳载体之间采用钢丝绳连接,驳载体通过钢丝绳牵引挖沟机沿管道前进。挖沟机有一个钢浮体机架,在机架纵向的两侧,按前后各装一台液压开路铰刀和一台主液压铰刀,每台铰刀配一套液压进刀机构和两台射水泵及两台排泥泵;在机架纵轴两端分别设置一个“Π”形导向桩,挖沟机可通过这两个“Π”形导向桩骑在海底管道上。采用开路铰刀和主铰刀分层开挖泥土、射水泵液化泥土、泥浆泵排放泥土的“铰、射、排”原理完成挖沟。当两侧的铰刀都开动时,能沿海底管道出双“V”形管沟;当开动一侧的铰刀时,则能在敷设电缆时挖出单“V”形沟。这种挖沟机的优点是:采用软联结,消除了风、浪潮、流等因素对水下挖沟机牵引的影响;挖沟机可以随时起吊,不仅可任意调整与海床的接地比压,而且在施工中可及时跨越海沟或海床上的障碍物等,保证了挖沟作业的连续性。挖沟机两台铰刀的参数见表1。选用上海液压泵厂生产的NJM-6.3内曲线马达作为绞刀驱动动力。其性能参数为:额定压力25MPa,理论排液量6.35L/r,最高转速40r/min,容积效率0.95,机械效率0.9。经计算,该液压马达符合要求。根据铰刀驱动马达的排量、工作压力、功率,选用上海液压泵厂生产的A2F6.1180斜轴式定量泵。液压油泵驱动动力选用上海柴油机厂生产的牌号12V135Caf船用柴油机。3液压定位锚机的设计牵引系统主要包括八台液压定位锚机和一台挖沟机拖带卷扬机。八台液压定位锚机分别为:两台前向主牵引锚机、两台后向锚机、两台前横向锚机、两台后横向锚机。调整八台液压定位锚机的纲丝绳,可完成该挖沟敷缆装置的定位,并使之沿海底管道的轨迹行走。挖沟机拖带卷扬机可根据需要通过纲丝绳调节挖沟机的姿态。4沟尾安装系统挖沟机吊装系统主要由挖沟机起吊卷扬机、挖沟机起吊架组成,可完成水下挖沟机的升降、控制挖沟机对海床的接地比压。5沟槽检测系统挖沟机动力系统主要由两台发电机组、四台铰刀液压站及其操作台、配电室组成。6挖沟敷缆装置包括天线、接收机、电台天线、数据传输电台、笔记本电脑等,可配合挖沟敷缆装置找到海底管道的位置,并能确定和实时监测和记录海底管道的轨迹坐标。7挖沟敷缆寻管彩色声纳定位监测系统主要由声纳头、声纳主机、监视器、外挂式存储器(ZIP)、打印机以及声纳头支架、声纳头姿态变换油缸及其控制器组成。它的功能有两个:一个是寻管,另一个是为挖沟机定位。(1)寻管:把两个声纳头通过声纳支架和油缸分别固定在挖沟机纵轴的两端(即前声纳和后声纳),油缸可以改变声纳头与挖沟机纵轴之间的夹角,使之处于“搜索状态”(与海床垂直),两个声纳头均在一定的角度范围内以一定的速度发射特定频率的声波,并分别接收挖沟机前、后方向上海底情况的声波反射信号,两台声纳主机分别接收声纳头传来的信号、将该信号处理成彩色图象信号,并分别显示在监视器上。当搜索到海底管道时,管道线状反射投影即分别在两上监视器上显示出来,根据声纳距离刻度,便可判断出管道与挖沟机之间的距离和方位,这就完成了寻管。再通过调整挖沟敷缆装置的位置和姿态,便可使挖沟敷缆装置靠近海底管道。(2)定位:使两个声纳头处于“剖面状态”(与海床平行),此时,两台监视器可分别收到两个声纳头传来的海底状况信号,根据声纳距离刻度,可判断出前、后两个声纳头的电子光标原点(即挖沟机纵轴两端)与海底管道剖面之间的相对位置,调整挖沟机的位置或姿态,可使两个海底管道剖面分别处于前、后两个声纳头的电子光标原点的正下方,这就相当于挖沟机处于海底管道的正上方,也就是说完成了挖沟机的定位。8挖沟机下的电缆盘电缆敷设系统(未在图1中示出)主要包括电缆释放装置、滚轮、计数器、导缆筒。电缆释放装置位于驳载体中部,用于安装电缆盘,并在敷设电缆时强制送缆。导缆筒位于挖沟机后部,其作用是给电缆定位。电缆