[发明专利]一种海上平台电缆保护桩及沉桩方法和沉桩装置

说明书

本发明是一种海上平台电缆保护桩及沉桩方法和沉桩装置，电缆保护桩包括电缆保护桩管，电缆保护桩管的上部通过连接撑固定在平台桩腿上面，电缆保护桩管的上方设有平台电缆卡子，入水后的电缆保护桩管使用水下固定卡与平台桩腿固定在一起；电缆导向管设在电缆保护桩管的下部，电缆导向管的电缆入口设在海底冲刷后泥面1米以下。有效避免了电缆裸露、悬空和海洋环境荷载的影响，有效防止电缆的损坏并且避免由此引发的巨额经济损失。本发明中的沉桩装置采用气动马达对海底冲刷后泥面进行切削和钻孔，辅助水力喷冲的技术手段，使在平台桩腿旁的沉桩施工成为可能，保护了近平台端海底电缆的安全。

技术领域

本发明涉及海洋平台的海底电缆保护桩管及其施工方法和施工设备，特别是一种海上平台电缆保护桩及沉桩方法和沉桩装置。

背景技术

海上油田的中心平台与卫星平台之间的电力系统按照“陆上网电为主”的原则，形成了以“陆地变电站-海底电缆-中心平台变电站-海底电缆-卫星平台”为主的电源建设模式，中心平台与卫星平台之间由海底电缆组成“手拉手式”的环网供电模式，将电能供给各卫星平台。

但是，海上油田一般处在滩海交界地带，海洋动力、海底地貌条件复杂，存在大面积冲刷区域，导致海底电缆多处裸露和悬空，海冰引起的电缆护管装置振动的破坏作用也尤为明显。

特殊的地理和海洋环境，易导致海底电缆出现电缆护管旋转接头脱落、电缆悬空、电缆护管开裂、电缆磨损等故障隐患，使海底电缆由此引发各类故障。据统计，其中以登平台处电缆护管底端电缆入口处对海底电缆的磨损占比最大，可达45.83%。海底电缆发生故障会造成大面积的停电，影响油井正常生产，严重危害到油田的产能建设及生产安全，因海底电缆故障带来的直接以及间接经济损失非常巨大。

目前，国内外海底电缆登录平台端，多采用J型或I型电缆护管进行电缆的支撑及安全防护。电缆护管与导管架腿的连接方式主要采用多根短管焊接或采用管卡与导管架外壁固定在一起，护管端部连接旋转接头、喇叭口或弯曲限制器。弯曲限制器能够组合成链状，具有最小锁死弯曲半径，防止电缆弯折。其弯曲限制器最小锁死弯曲半径大于海缆安全工作半径，从而对海缆起到保护作用。

为了方便海底电缆的安装，电缆进入电缆护管底部的高度均在海底冲刷后泥面以上，而海底电缆均埋设于海底冲刷后泥面以下1.5米，电缆在进入电缆护管前只有几米的裸露段，不会产生较大的振动。但是这种电缆护管在海底的安装和固定方式若用于海上平台的海底电缆，则另当别论。由于海洋潮汐动力影响、浅层工程地质、海底动力地貌条件复杂和平台构筑物的存在，平台附近海床冲刷明显。海底电缆近平台端极易产生悬空、裸露现象，使得近平台端电缆出现明显的晃动或振动，进一步导致电缆护管与平台导管架连接的支撑结构焊缝开裂、电缆护管旋转接头脱落、弯曲限制器断裂等现象。

通过多年对海上平台海底电缆损坏的案例研究和分析，结论是由于电缆护管末端未入泥，受海底冲刷的影响，海底电缆安装后，平台周围一定范围内会形成较大的冲刷坑。J型护管端部及电缆就出现较大范围的悬空现象，如说明书附图中图1所示：J型护管端部与海底冲后泥面能够悬空4.8m、距离5m处与海底冲后泥面悬空4m、距离10m处与海底冲后泥面悬空3.2m、距离15m处与海底冲后泥面悬空2m、距离20m处与海底冲后泥面悬空0.9m，在海流及海浪的作用下，海底电缆就会在J型管底端入口处晃动，不可避免地与J型管喇叭口钢构件产生摩擦，在交变位移的持续作用下，导致电缆疲劳损伤，进而引起电缆的磨损和破坏。

典型的海底电缆悬空情况有两种：一种为电缆入泥点距离护管管口水平距离较远，电缆绷紧，管口处是应力集中点；电缆与喇叭口之间的摩擦带来的影响较大，此工况同样存在于I型电缆护管。另一种为电缆入泥点距离护管管口垂直距离较远，电缆自管口处垂下，管口处应力集中，电缆与喇叭口之间的摩擦带来的影响较大。