用于海底管道套管环空监测光缆安装的穿缆系统及方法与流程

本发明涉及海底管道安全监测，特别涉及一种用于海底管道套管环空监测光缆安装的穿缆系统及基于该穿缆系统的海底管道套管环空监测光缆安装方法。

背景技术：

随着海洋石油及其他海洋工程建设的不断开展，做为重要输送设施的海底管道建设量日益增多。由于海底管道位于海底，常规的技术手段无法检测其是否发生泄漏，大多数情况下都是通过往来船只报告获知泄漏发生。

海底管道泄漏监测是目前重要的技术研究和开发的领域，其方法包括基于仪表参数的软件法、声波法、负压波法和光纤法等，其中光纤法是目前公认监测灵敏度、响应速度和定位精度最好的技术，然而该技术应用的主要限制就是只能用于新建的管道上，并且最大的难点就是伴管敷设的工程施工方法。

伴管敷设的目的是在海底管道敷设过程中，同步敷设光缆，使光缆全程伴随管道埋设于海底。此技术应用方法需要考虑以下方面：

1)光缆与管道的结合牢固性，需要确保光缆不脱离管道，漂离监测范围；

2)光缆的防护性，保障光缆存活，不易在施工过程中被破坏；

3)保障光缆传感的敏感性；

4)施工不能对整体工程进度影响太大；

5)工程造价不能太高。

目前现有的技术方法仅采用在管道外部捆绑光缆的方式，对上述内容的综合考虑不足，为了确保光缆防护性加强光缆结构层，光缆过粗导致传感敏感性变差，光缆沉重导致施工不便，光缆结构层过多断点续接困难耗时，并且光缆费用高等一系列问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于海底管道套管环空监测光缆安装的穿缆系统及基于该穿缆系统的海底管道套管环空监测光缆安装方法，使用本发明可以有效保障光缆的定位和完整性、监测反应更快、灵敏度更高、施工成本低、易于操作大大减轻施工人员工作强度。

本发明所采用的技术方案是：一种用于海底管道套管环空监测光缆安装的穿缆系统，包括位于绕缆区的绕缆区穿缆器、位于放缆区的放缆区穿缆器和位于待机区的待机区穿缆器；

所述绕缆区穿缆器包括能移动位置和翻转的第一绕缆卡座，以及两个第一绕缆柱，两个所述第一绕缆柱通过卡式装置与所述第一绕缆卡座能拆卸地相互连接；

所述放缆区穿缆器包括固定于放缆区的放缆卡座，以及两个第二绕缆柱，两个所述第二绕缆柱通过卡式装置与所述放缆卡座能拆卸地相互连接；

所述待机区穿缆器包括能移动位置和翻转的第二绕缆卡座，所述第二绕缆卡座上设置有能与所述第二绕缆柱顶部固定连接的卡式装置。

进一步地，所述第一绕缆柱和所述第二绕缆柱均为圆台形结构；所述第一绕缆柱倒置在所述第一绕缆卡座上，所述第二绕缆柱正置在所述放缆卡座上。

进一步地，所述绕缆区穿缆器还包括盘缆导向头，所述盘缆导向头将光缆以“8”字形盘绕在两个所述第一绕缆柱上。

其中，所述盘缆导向头包括依次连接的上部驱动臂、中部万向节和下部导缆环，所述光缆穿设在所述下部导缆环内，在所述上部驱动臂、中部万向节和下部导缆环的作用下，在两个所述第一绕缆柱之间往复“8”字形运动。

进一步地，穿缆系统还包括光缆导向轮，所述光缆导向轮由两组滑轮组成，一组所述滑轮设置在光缆的进管端与所述放缆卡座之间，另一组所述滑轮设置在光缆的出管端与所述第一绕缆卡座之间，用于引导所述光缆的牵拉方向。

本发明所采用的另一技术方案是：一种海底管道套管环空监测光缆安装方法，采用上述用于海底管道套管环空监测光缆安装的穿缆系统，包括以下步骤：

步骤1，在所述海底管道预制期间，在所述海底管道的套管环空内安装穿缆管，并在所述穿缆管内穿设拖缆丝；

步骤2，在所述海底管道铺设过程中，在两工站之间的相对的一侧分别安装所述绕缆区穿缆器和所述放缆区穿缆器，待铺设光缆盘绕在所述放缆区穿缆器的第二绕缆柱上；

将所述光缆的端头与所述拖缆丝的末端相连接，拖动所述拖缆丝使得所述拖缆丝从所述穿缆管内穿出，并将所述拖缆丝的首端固定在远离所述海底管道的所述第一绕缆柱上，此时，所述光缆随所述拖缆丝移动穿过所述穿缆管，并以“8”字形盘绕在两个所述第一绕缆柱上；

继续盘绕所述光缆直至所有所述光缆拖过所述穿缆管；

步骤3，在所述海底管道随铺设进度向下一工站行进时，位于上一轮作业待机区的所述待机区穿缆器的第二绕缆卡座将放缆完成的所述第二绕缆柱带离所述放缆卡座，将所述第二绕缆卡座连同所述第二绕缆柱一同翻转后落位于下一轮作业的绕缆区，使得所述第二绕缆卡座成为所述第一绕缆卡座、所述第二绕缆柱成为所述第一绕缆卡座，以形成下一轮作业的所述绕缆区穿缆器；

同时携带满缆的所述第一绕缆卡座随所述海底管道向下一工站移动，将所述第一绕缆卡座连同所述第一绕缆柱一同翻转后，将所述第一绕缆柱以正置的形式固定在下一轮作业放缆区的所述放缆卡座上，同时，所述第一绕缆柱与所述第一绕缆卡座分离，使得所述第一绕缆柱成为所述第二绕缆柱，以形成下一轮作业的所述放缆区穿缆器；

释放所述第一绕缆柱后的所述第一绕缆卡座落位于下一轮作业的待机区，使得所述第一绕缆卡座成为所述第二绕缆卡座，以形成下一轮作业的所述待机区穿缆器；

步骤4，重复步骤2和步骤3，形成循环的穿缆作业流程，直至所述光缆随所述海底管道全部铺设完毕。

进一步地，步骤1中，所述穿缆管的探出端头位于所述海底管道的外管和内管端头之间，所述穿缆管的探出端头为喇叭口形式；所述穿缆管采用硅芯管或在所述穿缆管内涂设润滑剂，以减小拖拉所述光缆的摩擦力；所述穿缆管紧贴所述海底管道的外管内壁安装。

进一步地，步骤1中，所述拖缆丝采用钢丝或尼龙丝的其中一种；所述拖缆丝的直径大于或等于所述光缆的直径，且小于所述穿缆管的直径；所述拖缆丝的长度大于所述穿缆管的长度，且所述拖缆丝的两端均露在所述穿缆管外；所述拖缆丝的两端分别设置有用于与所述第一绕缆柱连接的拖缆丝卡头和用于与所述光缆连接的拖缆接头。

进一步地，步骤2中，所述光缆通过盘缆导向头以“8”字形盘绕在两个所述第一绕缆柱上。

本发明的有益效果是：

本发明比现有直接捆绑重型缆技术防护效果更好、监测灵敏度更高、成本更低、易于操作；与现有技术相比，具有如下优点：

1)光缆与海底管道的结合更加紧密；

2)光缆得到更好的防护，不易被施工损伤；

3)光缆结构层少，灵敏度更高，成本更低；

4)光缆位于环空内，不受外界环境影响，泄漏发生反应速度快；

5)施工难度更低，效率更高。

光纤泄漏监测技术工程应用，也是腐蚀防护一体化创新发展需要攻克的技术难点，一旦腐蚀监测、腐蚀控制和腐蚀管理措施不当，势必导致管道泄漏，本发明能够迅速对管道泄漏点进行定位，从而方便油田人员迅速采取补救措施，防止因管道泄漏导致的安全事故、环境污染和公司财产损失。

本发明同时提升了光纤监测泄漏技术的工程应用水平，提高施工质量和效率，降低施工成本。

本发明实际解决工程问题，广泛适用于新建海底管道，高效监测海底管道泄漏，及时进行报警，并能准确定位，减少损失。

本发明应用于海底管道光纤传感监测的工程施工，有效解决了传统伴管敷设光缆的技术难点，具有光缆定位和防护效果好、监测反应快、灵敏度高、成本低、操作施工强度低等优点。

附图说明

图1：本发明的用于海底管道套管环空监测光缆安装的穿缆系统的结构及布置示意图；

图2：本发明的盘缆导向头放大示意图；

图3：本发明的预制海底管道结构示意图；

图4：图3的a-a剖视图；

图5：本发明的穿缆过程示意图；

图6：本发明的作业流程循环示意图。

附图标注：1-第一绕缆卡座，2-第一绕缆柱，3-卡式装置，4-放缆卡座，5-第二绕缆柱，6-第二绕缆卡座，7-光缆，8-上部驱动臂，9-中部万向节，10-下部导缆环，11-滑轮，12-套管环空；13-穿缆管；14-拖缆丝；15-外管，16-内管，17-拖缆丝卡头，18-拖缆接头。

ⅰ-绕缆区，ⅱ-放缆区，ⅲ-待机区。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如附图1和2所示，一种用于海底管道套管环空监测光缆安装的穿缆系统，包括位于绕缆区ⅰ的绕缆区穿缆器、位于放缆区ⅱ的放缆区穿缆器、位于待机区ⅲ的待机区穿缆器和光缆导向轮。

所述绕缆区穿缆器包括第一绕缆卡座1，两个第一绕缆柱2，以及盘缆导向头。两个所述第一绕缆柱2为圆台形结构，倒置在所述第一绕缆卡座1上并通过卡式装置3与所述第一绕缆卡座1能拆卸地相互连接。所述盘缆导向头将光缆7以“8”字形盘绕在两个所述第一绕缆柱2上，包括：依次连接的上部驱动臂8、中部万向节9和下部导缆环10，所述光缆7穿设在所述下部导缆环10内，在所述上部驱动臂8、中部万向节9和下部导缆环10的作用下，在两个所述第一绕缆柱2之间往复“8”字形运动。

所述放缆区穿缆器包括放缆卡座4和两个第二绕缆柱5。两个所述第二绕缆柱5为圆台形结构，正置在所述放缆卡座4上并通过卡式装置3与所述放缆卡座4能拆卸地相互连接。

所述待机区穿缆器包括第二绕缆卡座6，所述第二绕缆卡座6上设置有能与所述第二绕缆柱5顶部固定连接的卡式装置3。

所述第一绕缆卡座1和所述第二绕缆卡座6均可以移动位置和翻转，所述放缆卡座4固定于放缆区ⅱ。所述第二绕缆卡座6与放缆完成的所述第二绕缆柱5的连接后，一同翻转落于下一轮作业的绕缆区ⅰ，形成下一轮作业的绕缆区穿缆器；满缆的所述第一绕缆柱2翻转后与所述放缆卡座4连接，落于下一轮作业的放缆区ⅱ，形成下一轮作业的放缆区穿缆器；所述第一绕缆卡座1翻转后移动至下一轮作业的放缆区ⅱ上方的待机区ⅲ，形成下一轮作业的待机区穿缆器。

所述光缆导向轮由两组滑轮11组成，一组所述滑轮11设置在所述光缆7的进管端与所述放缆卡座4之间，另一组所述滑轮11设置在所述光缆7的出管端与所述第一绕缆卡座1之间，用于引导所述光缆7的牵拉方向。

一种海底管道套管环空监测光缆安装方法，采用上述用于海底管道套管环空监测光缆安装的穿缆系统，包括以下步骤：

步骤1，如附图3和4所示，在所述海底管道预制期间，在所述海底管道的套管环空12内安装穿缆管13，并在所述穿缆管13内穿设拖缆丝14。所述穿缆管13的探出端头位于所述海底管道的外管15和内管16端头之间，所述穿缆管13的探出端头为喇叭口形式防止出入损伤所述光缆7；所述穿缆管13采用硅芯管内部摩擦阻力小的材料制作，或者在所述穿缆管13内涂设润滑剂，可以减小拖拉所述光缆7的摩擦力，加快牵拉速度；所述穿缆管13紧贴所述海底管道的外管15内壁安装，使得所述穿缆管13尽量远离内管16的温场接近外管15的温场，当泄漏发生时产生足够的温场。

所述拖缆丝14采用钢丝或尼龙丝等有强度和韧性的丝线结构；所述拖缆丝14的直径大于或等于所述光缆7的直径，且小于所述穿缆管13的直径；所述拖缆丝14的长度大于所述穿缆管13的长度，且所述拖缆丝14的两端均露在所述穿缆管13外；所述拖缆丝14的两端分别设置有用于与所述第一绕缆柱2连接的拖缆丝卡头17和用于与所述光缆7连接的拖缆接头18。

步骤2，如附图5所示，在所述海底管道铺设过程中，选择外部无遮挡的相邻两个工站，在两工站之间的相对的一侧分别安装所述绕缆区穿缆器和所述放缆区穿缆器，待铺设光缆7盘绕在所述放缆区穿缆器的第二绕缆柱5上。

将所述光缆7的端头与所述拖缆丝14的末端相连接，拖动所述拖缆丝14使得所述拖缆丝14从所述穿缆管13内穿出，并将所述拖缆丝14的首端固定在远离所述海底管道的所述第一绕缆柱2的拖缆丝卡头17上，此时，所述光缆7随所述拖缆丝14移动穿过所述穿缆管13，并通过所述盘缆导向头以“8”字形盘绕在两个所述第一绕缆柱2上。

继续盘绕所述光缆7直至所有所述光缆7拖过所述穿缆管13。

步骤3，如附图6所示，在所述海底管道随铺设进度向下一工站行进时，位于上一轮作业待机区ⅲ的所述待机区穿缆器的第二绕缆卡座6将放缆完成的所述第二绕缆柱5带离所述放缆卡座4，将所述第二绕缆卡座6连同所述第二绕缆柱5一同翻转后落位于下一轮作业的绕缆区ⅰ，使得所述第二绕缆卡座6成为所述第一绕缆卡座1、所述第二绕缆柱5成为所述第一绕缆卡座1，以形成下一轮作业的所述绕缆区穿缆器。

同时携带满缆的所述第一绕缆卡座1随所述海底管道向下一工站移动，将所述第一绕缆卡座1连同所述第一绕缆柱2一同翻转后，将所述第一绕缆柱2以正置的形成固定在下一轮作业放缆区ⅱ的所述放缆卡座4上，同时，所述第一绕缆柱2与所述第一绕缆卡座1分离，使得所述第一绕缆柱2成为所述第二绕缆柱5，以形成下一轮作业的所述放缆区穿缆器。

释放所述第一绕缆柱2后的所述第一绕缆卡座1上移落位于下一轮作业的待机区ⅲ，使得所述第一绕缆卡座1成为所述第二绕缆卡座6，以形成所述待机区穿缆器。

步骤4，重复步骤2和步骤3，形成循环的穿缆作业流程，直至所述光缆7随所述海底管道全部铺设完毕。

本发明提供一种用于海底管道套管环空监测光缆安装的穿缆系统及基于该穿缆系统的海底管道套管环空监测光缆安装方法，弥补了目前市场上海底管道光纤泄漏监测方式实施效果不佳、安装施工困难的不足。通过本发明，可以实现高效低成本的海底管道光纤泄漏报警和定位，

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。