海洋油氣管道現(xiàn)狀及新技術(shù)的研發(fā)

張 明

山東省勝利油田勝利石油化工建設(shè)有限責(zé)任公司一分公司，山東東營 257231

1 海洋油氣管道現(xiàn)狀

近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，油氣資源的勘探任務(wù)越來越重，國內(nèi)各大油田在加緊部署人力、物力進(jìn)行老油區(qū)的精細(xì)化管理的同時(shí)，也不斷擴(kuò)大油氣勘探區(qū)域。尤其加大了對淺海的開發(fā)力度。隨著我國海洋油氣開發(fā)力度的加大的同時(shí)，海底管道建設(shè)的步伐也不斷加快。

目前，中海油憑借自己得天獨(dú)厚的地理優(yōu)勢，已經(jīng)成為我國海洋油氣勘探開發(fā)的主力軍，沿海地區(qū)的管道建設(shè)大部分由中海油來承建。中石化在勝利油田的開發(fā)下也是占據(jù)了渤海灣的大片水域，進(jìn)行淺海油氣的開采，隨之而來的海底管線施工日益加劇。除此之外，中石油也是不甘于陸地管線的長距離運(yùn)輸，早已對沿海油田進(jìn)行了調(diào)研和規(guī)劃。通過中石油管道局在渤海月東油田海底管道完工之際，已經(jīng)向外界高調(diào)宣布進(jìn)軍海洋領(lǐng)域，這意味著我國海洋油氣管道建設(shè)市場將迎來新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，尤其是對于推進(jìn)我國海洋油氣資源勘探和開發(fā)意義重大。

眾所周知，陸地石油資源已經(jīng)不能滿足各國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，并且隨著全球陸上油氣資源開采進(jìn)入枯竭期，已經(jīng)不可能投入巨大的人力和物力去開采，我們只能向海洋要資源，要油氣。特別是在我國油氣資源處于衰老期、枯竭期，油氣資源已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中石化將近80%的原油需要進(jìn)口，面對海上石油運(yùn)輸存在的危險(xiǎn)和隱患，需要利用海底管道進(jìn)行大量的原油運(yùn)輸，加大海洋油氣管道的建設(shè)已經(jīng)是迫在眉睫。

據(jù)行內(nèi)有關(guān)人員統(tǒng)計(jì)，自從在美國墨西哥灣鋪設(shè)第一條近海管道以來，在全球各個(gè)不同區(qū)域，包括英國北海、美國墨西哥灣、地中海、澳大利亞、拉丁美洲、東南亞和我國沿海，已建設(shè)了數(shù)10 萬公里的海底管道。由于我國石油開采起步比較晚，并受裝備和技術(shù)的限制，和國外發(fā)達(dá)國家相比還從在很大差距，尤其深海的油氣管道建設(shè)更需要我們積極向發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)，引進(jìn)高科技人才從海底管道的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、腐蝕等重要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行深入研究。

中海油作為我國海洋油氣勘探開發(fā)的主力軍，盡管在海洋管道建設(shè)領(lǐng)域走在國內(nèi)其他油氣巨頭前面，可是，苦于技術(shù)的不先進(jìn)，不可能在短期內(nèi)展開大規(guī)模的管道建設(shè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中海油在渤海海域海底管線累計(jì)已經(jīng)超過200km，南海海域約2 000km，其作業(yè)水深可達(dá)300m。其中，南海崖城13-1 氣田至香港的海底輸氣管道長達(dá)800 多公里，是我國目前最長的一條海底管道。

中石化海洋管道建設(shè)的步伐也不斷在加快。尤其是圍繞位于渤海之濱的勝利油田，作為中石化上游油氣勘探企業(yè)，勝利油田先后建成了170 多條海底管線，總長度超過360km，并且鋪設(shè)海底電纜82 條共201km。

作 為 中 國 最 大 的 油 氣 生 產(chǎn) 商，中石油近年來忙于陸上管道布局，海洋管道建設(shè)累計(jì)不足100km。中石油管道局截至目前承建的最長的海底管道，長度僅35.5km 渤海月東油田海底管道，被視為中石油進(jìn)軍海洋管道建設(shè)市場的開端。

2 新技術(shù)的研發(fā)

對于油氣長距離運(yùn)輸而言，管道無疑是最快、最高效的輸送方式，但是陸上油氣管道發(fā)生的管道泄漏事故，加大了人們對管道長期安全運(yùn)行的擔(dān)憂。管道技術(shù)及材料科學(xué)的發(fā)展，有助于提升管道的安全性、可靠性和運(yùn)輸效率。在此列出了五種最有發(fā)展?jié)摿Φ墓艿绖?chuàng)新技術(shù)，包括管道抗腐蝕技術(shù)、管道修復(fù)技術(shù)等。

2.1 疏水合物液體管道內(nèi)涂層

深水油氣輸送管道面臨的最大技術(shù)挑戰(zhàn)是甲烷水合物結(jié)晶問題，結(jié)晶體在管道內(nèi)部和外部形成，降低輸送效率甚至造成堵塞。在墨西哥灣泄漏事故中，抑制性安全穹頂被下放到管道破裂處控制油泄漏，但穹頂即刻就堵滿了凝固的甲烷水合物。

美國麻省理工學(xué)院的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種疏水合物液體涂層，與普通鋼材內(nèi)表面相比，可以將水合物的粘附力降低到1/4，從而減緩水合物結(jié)晶體形成的速度，降低結(jié)晶堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。隨著石油勘探開發(fā)逐漸向深水進(jìn)軍，該技術(shù)對提高深水油氣管道的安全性和使用壽命具有重要意義。

2.2 解決無粘結(jié)柔性問題

Magma Global 公司推出了“M 管”即碳纖維柔性立管，解決了目前海洋工程常用的鋼質(zhì)和無粘結(jié)柔性存在的一些技術(shù)問題。碳纖維立管在海水中的重量僅為鋼質(zhì)管的1/10，屈服強(qiáng)度超過1 500MPa，允許應(yīng)變超過2%，具有抗疲勞強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、抗應(yīng)力集中的優(yōu)點(diǎn)，有利于降低立管系統(tǒng)的安裝風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用，是深水、高壓、高溫條件水下生產(chǎn)的首選。

2.3 X 型深水管道壓力控制技術(shù)

對于深水油氣開發(fā)而言，要把水下的油氣輸送到岸上，需要復(fù)雜的水下生產(chǎn)設(shè)備、FPSO 設(shè)備及LNG 工廠等，投資成本巨大。隨著海水深度的增加，管道外部海水壓力增大，需要加大管道的壁厚以滿足抗外擠要求。

DNV 公司的解決策略是設(shè)計(jì)采用X-流動(dòng)管道技術(shù)，通過使用i-HIPPS 高壓保護(hù)系統(tǒng)和i-DBB 雙效阻塞泄壓閥，可以迅速高效隔離外部的深水壓力。DNV 公司全球管道部經(jīng)理Asle Venas 表示，通過應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，對于2500m 的水深，在滿足安全生產(chǎn)的前提下，管道壁厚可以減少25%～30%，從而大大減輕了管道重量，對鋪管船的要求也隨之降低，便于管道安裝和后期維護(hù)。

2.4 保護(hù)效果好的管道涂層

陶氏化學(xué)公司通過多年研發(fā)，投資數(shù)百萬美元研制出了“海王星”海底管道保溫涂層。為了保護(hù)管道的內(nèi)部溫度和抗腐蝕效果，傳統(tǒng)的管道涂層通常需要涂抹7 層，而“海王星”涂層僅需兩層，分別是熔融結(jié)合環(huán)氧涂層和混合聚醚熱固性材料制成的保溫涂層，能夠滿足水深4 000m 及溫度-40℃～160℃環(huán)境的使用要求。

2.5 PipeAssure 管道修復(fù)級膠粘劑

深水管道由于處在惡劣的使用環(huán)境中，需要定期維護(hù)或修理，以往一般采用水下焊接修復(fù)損壞管道，但這需要關(guān)閉管道一段時(shí)間，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。馬來西亞石油公司與澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織合作研發(fā)了一種新型膠粘劑復(fù)合材料PIPEASSURE，用于修復(fù)銹蝕或腐蝕的水下管道。

PipeAssure 材料在使用時(shí)包裹在損壞管道的外部，材料固化成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，玻璃纖維織物浸漬環(huán)氧基樹脂系統(tǒng)，使其滿足正常使用要求。該技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是在維修過程中無需關(guān)閉生產(chǎn)管道，而且維修使用的復(fù)合材料重量較輕，易于操作。隨著深水海上油田的大力開發(fā)，該技術(shù)的應(yīng)用前景也越來越廣闊。

3 結(jié)論

海底管道是海洋油氣集輸與儲(chǔ)運(yùn)生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要組成部分，是連接海洋采油平臺(tái)到陸地的油、氣外輸?shù)闹饕侄?。隨著海洋油氣資源的不斷勘探和運(yùn)輸，海底管道的需求也在不斷增加。在提高油氣當(dāng)量的同時(shí)，需要我們利用新技術(shù)深入研究海底管道建設(shè)，并且加快海洋石油開采步伐對國家和企業(yè)來說具有一定緊迫感和使命感。

[1]馬良.海底油氣管道工程[M].北京：海洋出版社，1987.

[2]帥健.海底管線開溝埋設(shè)時(shí)的應(yīng)力分析[J].石油機(jī)械，1997，25(8).