海底非粘結(jié)性柔性管道技術(shù)的研究

王東 尉曉妮

摘 要：在深海和邊際油田開發(fā)的過(guò)程中，非粘結(jié)性柔性管的應(yīng)用大大降低了工程建設(shè)的綜合運(yùn)營(yíng)成本。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造工藝、鋪設(shè)安裝以及鋪管設(shè)備等技術(shù)水平，與世界先進(jìn)技術(shù)水平還有很大差距。重點(diǎn)介紹了非粘結(jié)性柔性管的結(jié)構(gòu)、鋪設(shè)設(shè)備的選擇及安裝鋪設(shè)方法。

關(guān) 鍵 詞：非粘結(jié)性柔性管；深水；鋪設(shè)

中圖分類號(hào)：TE 832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2016）03-0602-02

Abstract： In the process of developing the deep sea and the marginal oilfield， application of the un-bond flexible pipe greatly reduces the cost of the construction of the project. There is a big gap between domestic technical level of manufacturing， laying and installation， pipe laying equipments and the world's advanced technology level. In this paper， the structure of the un-bond flexible pipe was introduced as well as choice of laying equipment and the method of installation and laying.

Key words： Un-bond flexible pipe； Deep water； Laying

目前海洋用管道主要分為管線鋼鋼管和柔性管，而柔性管在抗彎曲變形和抵抗渦激振動(dòng)引起的疲勞損傷方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著國(guó)家深水開發(fā)戰(zhàn)略和對(duì)邊際油田的開發(fā)利用，對(duì)于柔性管的需求量也在大大的增加。在海上油田開發(fā)過(guò)程中，雖然柔性管道的生產(chǎn)制造成本比鋼管高，然而海洋工程船舶是施工過(guò)程中費(fèi)用最高的資源，柔性管安裝鋪設(shè)速度快的特點(diǎn)則可以大大降低工程船舶在海上施工的時(shí)間，從而降低油田工程建設(shè)及運(yùn)營(yíng)綜合成本。我國(guó)的海上部分油田（如流花11-1、渤中28-34、潿洲和陸豐13-1油田）已經(jīng)將柔性管應(yīng)用到生產(chǎn)系統(tǒng)中[1]。

1 海洋柔性管的分類用途及其結(jié)構(gòu)

1.1 分類用途

柔性管道根據(jù)管道的生產(chǎn)制造工藝可分為粘結(jié)柔性管道和非粘結(jié)柔性管道，柔性管道由幾層聚合物層和幾金屬加強(qiáng)層通過(guò)不同的編織順序組成。粘結(jié)性柔性管是層與層之間通過(guò)硫化粘結(jié)在一起，非粘接型柔性管由高分子材料與起加強(qiáng)作用的金屬材料結(jié)合組成幾個(gè)獨(dú)立的層，層與層之間沒(méi)有固定的連接，層數(shù)可以根據(jù)實(shí)際工程的需要進(jìn)行增加或減少。粘結(jié)性柔性管主要用于平臺(tái)之間、水下井口至FPSO、水下井口至固定等；非粘接型柔性管主要應(yīng)用于海洋立管和海底輸油輸汽輸水管道[2]。

1.2 典型結(jié)構(gòu)

非粘接型柔性管是由管體和接頭組成，管體的結(jié)構(gòu)根據(jù)工況設(shè)計(jì)成多種不同結(jié)構(gòu)，最主要的不同就在于是否擁有內(nèi)骨架層；接頭設(shè)計(jì)和制造是最薄弱最容易發(fā)生泄漏的環(huán)節(jié)，也是非粘接型柔性管的關(guān)鍵技術(shù)所在，直接影響管道的安裝和安全使用，擁有此項(xiàng)技術(shù)的公司都已經(jīng)申請(qǐng)了專利保護(hù)。

常見的非粘結(jié)型柔性管結(jié)構(gòu)如圖1。

1—外包覆層；2—外抗拉層；3—耐磨層；4—內(nèi)抗拉層；5—儲(chǔ)備耐壓層；6—耐壓層；7—內(nèi)管；8—骨架

圖1 非粘結(jié)型柔性管典型結(jié)構(gòu)

Fig.1 The typical structure of un-bond flexible pipe

圖1中，第一層外包覆層的材料為高聚物，主要用于阻止外部流體進(jìn)入柔性管結(jié)構(gòu)腐蝕抗拉層；第二層是外抗拉層，它是由兩層纏繞角度互為相反數(shù)的扁鋼帶以一定的角度編織而成，以抵抗在安裝和生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中管道受到的拉力；第三層是普通聚合物，為了減少抗壓層和抗拉層之間的金屬摩擦；第四、五、六層是耐壓層，材料為異性鋼帶（普碳鋼），抵抗內(nèi)外壓力，根據(jù)實(shí)際壓力可以設(shè)計(jì)不同的層數(shù)；第七層是內(nèi)管層，材料為聚合物（如聚偏氟乙烯），根據(jù)壓力和輸送流體的性質(zhì)，內(nèi)管層可以作為輸送層；第八層為骨架互鎖金屬層，主要用于抵抗外壓載荷[3]。

2 非粘接型柔性管鋪管船的選擇

非粘接型柔性管道根據(jù)其自身柔韌性好的特點(diǎn)在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)以及生產(chǎn)完成之后都將纏繞到存儲(chǔ)盤上，全部生產(chǎn)完成之后，再用接頭連接，最終將所有的柔性管都存儲(chǔ)到導(dǎo)管盤中。導(dǎo)管盤必須滿足以下要求：導(dǎo)管盤需要固定，并且與鋪管船始終保持水平；具有剎車制動(dòng)能力；導(dǎo)管盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度穩(wěn)定并且可以平穩(wěn)調(diào)節(jié)（圖2）。

根據(jù)不同的水深鋪設(shè)，鋪管船選擇有所不同。在鋪設(shè)時(shí)，主要考慮鋪管船的吊機(jī)能力、甲板承載能力和張緊器拉力能力。在淺水海域鋪管作業(yè)需要進(jìn)行挖溝、潛水員檢查等，所以不能用動(dòng)力定位船進(jìn)行鋪設(shè)，一般需要對(duì)普通的鋪管船進(jìn)行改造、加添設(shè)備等措施可以達(dá)到鋪設(shè)要求。

3 非粘接型柔性管安裝鋪設(shè)工藝

3.1 起始鋪設(shè)

正文鋪管船在平臺(tái)附近就位。首先在導(dǎo)管盤轉(zhuǎn)動(dòng)釋放的同時(shí)用船上張緊器將柔性管從導(dǎo)管盤中牽引出，將安裝有拖拉頭的柔性管牽引穿過(guò)挖溝機(jī)至船尾托管架入水處；拖拉頭與牽引鋼纜連接并通過(guò)安裝在平臺(tái)上的定滑輪，連接船上卷?yè)P(yáng)機(jī)。張緊器緩慢引出柔性管并且用門吊配合使柔性管安全如水，同時(shí)啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)將柔性管拖拉端頭牽引至平臺(tái)立管法蘭處，潛水員將立管法蘭與柔性管端頭連接。

3.2 正常鋪設(shè)

挖溝機(jī)放入水中之后采用邊鋪設(shè)邊挖溝的施工方法。同時(shí)調(diào)控鋪管船移船速度、挖溝機(jī)前進(jìn)速度、張緊器張力和管道入水角度，用聲吶系統(tǒng)觀測(cè)挖溝機(jī)的姿態(tài)，使管道按照路由平穩(wěn)鋪設(shè)。

3.3 末端鋪設(shè)

正文鋪管船到達(dá)終端平臺(tái)立管附近后，調(diào)整船的方向使船舷正對(duì)著平臺(tái)，當(dāng)柔性管末端到達(dá)張緊器時(shí)，將挖溝機(jī)緩慢從海底提至甲板，用門吊、卷?yè)P(yáng)機(jī)和錨機(jī)配合將柔性管末端放置到平臺(tái)立管底端法蘭處，潛水員進(jìn)行水下將立管法蘭和柔性管末端法蘭連接。

因?yàn)槿嵝怨苣┒诵枰c立管法蘭進(jìn)行水下連接，為了能夠進(jìn)行順利連接，在末端平臺(tái)附近鋪設(shè)出適當(dāng)?shù)幕《?，以便進(jìn)行調(diào)整[4]。

4 清管試壓及壓塊保護(hù)

在水下法蘭連接完成之后，用泡沫球進(jìn)行清管。在最后一個(gè)清管球放入后，在注水泵上連接加注染色劑設(shè)備，為了保不住壓力時(shí)迅速找到泄漏點(diǎn)；升壓過(guò)程按照10%的升壓速度，每升壓一次停留半小時(shí)，最終達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的1.2倍，穩(wěn)壓24 h后，試壓結(jié)束。卸壓時(shí)也要按照逐步降低的方法，直至卸壓完成。試壓結(jié)束之后，在平臺(tái)立管末端與柔性管連接的法蘭處及距離法蘭20 m范圍內(nèi)的柔性管需要用水泥壓塊進(jìn)行保護(hù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

正文隨著海洋深水發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，非粘結(jié)性柔性管將得到更廣泛的應(yīng)用。目前我國(guó)僅有幾家企業(yè)可以生產(chǎn)非粘結(jié)性靜態(tài)柔性管，動(dòng)態(tài)管的技術(shù)只處于研發(fā)階段，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造工藝、鋪設(shè)安裝以及鋪管設(shè)備，雖然都有了較大發(fā)展，但是與世界先進(jìn)技術(shù)水平還有很大差距。為此，“十三五”期間我們應(yīng)加大海洋非粘結(jié)性柔性管的研發(fā)力度，掌握設(shè)計(jì)、制造、鋪設(shè)設(shè)備的核心技術(shù)滿足我國(guó)深海和邊際油氣田開發(fā)的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]張曉靈，梁國(guó)慶，趙敬考，等.JZ9-3油田海底柔性管道鋪設(shè)方法研究[J].中國(guó)科技縱橫，2012（9）：111-113.

[2]石磊，李文年.海底柔性管道的安裝及應(yīng)用[J]. 管道技術(shù)與設(shè)備，2014（1）：26-28

[3]盧青針，岳前進(jìn)，湯明剛，等.淺水經(jīng)濟(jì)柔性管道加強(qiáng)設(shè)計(jì)[J].海洋工程，2011，29（2）：106.

[4]閆嗣伶，楊中娜，李文曉，等.海底柔性管道技術(shù)研究[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2012（3）：9-11.