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【管道知识】海底管道——“海上生命线” 的前世今生

楼主:管道商务网网站 时间:2018-05-15 14:31:15



在现代海洋石油工业中,海底管道系统承担着极其重要的使命。但很少有人知道,这一条条“海上生命线”如何从无到有,从近海走向深水。本次海管专题,带你了解“海上生命线”的前世今生,以及中国海油正盯紧哪些海底管道的前沿技术,它们将如何助力深水油气田的开发。海底管道作为海上油气资源传导输送的重要设备,被业界称为“海上生命线”。中国海油从无到有、从浅海走向深水的一步步历程,都离不开海底管道设计和施工技术的发展。


别样海上“互联网”


国内的互联网行业高速发展,“互联网+”成为了网络热词,并对国内实体经济带来了巨大影响。


在海洋工程中,也有一张“互联网”,它就是纵横交错坐落在海床上,被誉为海上“大动脉”的海底管道系统。它将海底的油气资源输送上岸,为工业用油、生活用气提供便利。目前,国内已经建成的海底管道总长约6000公里,相当于绕北京六环30圈。


国内的海底管道行业起步于上世纪80年代,比国际同行晚了30年,先后经历了从无到有的创业起步孕育期、逐步发展成长的青春期和目前风华正茂的青年时期。经过几十年的发展,这些海底管道已经遍布渤海、南海等海域。


技术“拓荒”与行业萌芽


三十年前,中国最早的海上油田——埕北油田开建,那时候国内没有海底管道工程技术人才,只能是“外国人干、我们看”,海底管道技术亟待“拓荒”。


作为如今的中国海底管道工程行业奠基人之一,彼时的赵冬岩刚大学毕业进入中国海油。随后不久,他便被选派赴英国,在国际著名的海底管道工程公司JPKenny接受为期8个月的技术培训,国内海底管道工程行业也在此时开始萌芽。


赵冬岩孤身在异国,埋头实验室,刻苦钻研,常常是最后一个离开实验室和自习室,经常伏案学习至深夜。经过8个月的培训学习,他带着脑中的技术知识和工程资料回国,奠定了国内海底管道工程技术基础,并在1987年带领团队首次独立成功完成了国内第一个海底管道工程设计——渤中34-2/4项目。


到了90年代,在赵冬岩等人的带领下,海油工程完成了当时最长的双层保温管道工程和我国首例海底液化石油输送管道工程。


随着绥中36-1、秦皇岛32-6等大型整装油田项目的自主完成,以及工程临界状态评估设计方法、海管注水铺设方法、电阻焊海管等多项创新技术在国内首次应用,中国海油完成了海底管道领域从无到有的技术突破。


掌握常规追赶深水


如今,国内常规水深海底管道设计、建造、安装、维保技术已较为成熟,形成了包括海底管道工艺设计、强度设计、稳性设计、防腐设计、建造及施工技术、维抢修技术等内容的常规水深海管技术体系。这些技术已在国内350米水深范围内的近300条海底管道工程中得到成功应用与实施。


以番禺35-1/2、流花4-1等项目为依托,海油工程成功开发并应用了带在线三通的海管膨胀分析、较深水复杂条件下海管疲劳悬跨分析和高效能双金属复合海管技术等创新内容,夯实了海管技术体系基础。


“总体来说,我国目前常规水深的海底管道工程技术水平与国外先进海管工程公司水平相当。”海油工程设计公司海管技术部主任工程师孙国民如是评价。


然而,一个不容忽视的事实是,国内深水海管及立管技术水平与国际领先水平还存在不小差距。


近三年来,为了掌握顶张紧式立管、钢悬链线立管等深水立管关键技术,海油工程海管及立管技术研究团队一方面加大国际高端深水海管人才引进,加强技术引领;另一方面通过科研攻关,对内联合高校“搭平台”,对外学习“请洋老师”,以加大自主研发力度。


对标国际,海油工程的技术追赶步伐仍在不断加快。


追赶先进技术


深水立管系统


国外深水开发模式主要有“浮式钻采平台+水下井口+海底管网”、“半潜式平台+水下井口+浮式储存卸油装置”、“浮式储存卸油装置+水下生产系统”三种模式。无论何种深海开发模式,深水立管系统都属于关键路径上的核心技术,承担生产和回注、输出/输入流体介质、钻完井及修井等重要功能。


深水立管系统具有大静水外压、高内压、特殊强度及刚度要求、复杂波浪力荷载、强海流作用、六维度上部浮体运动影响等特点,技术难度极高。当前,仅有美国、巴西、挪威、英国等少数几个国家掌握了深水立管系统工程技术。


深水立管系统主要包括钢悬链线立管、顶张紧式立管、挠性立管、混合立管四种类型。钢悬链线立管适用于深水湿式采油树,具有成本低、无须顶张力补偿、对浮体运动的容度大、适用于高温高压介质环境、占平台空间小、水下施工难度小等优点。顶张紧式立管适用于深水干式采油树,具有可进行完井操作,不需使用单独的钻井平台等优点。挠性立管适用于深水水下及水上环境,具有弯曲刚度低、便于预制及储存、施工方便、成本低、对浮体运动的容度大等优点。混合立管是刚性立管与柔性立管的结合,适用于复杂深水环境,具有水下布置条理性高等优点。


目前,中国海油已基本掌握了深水顶张紧式立管系统总体设计、壁厚选择、冲程分析、立管干涉、安装设计、组件选型等关键技术,我国第一条深水立管将在南海某项目中得到实施应用。


复杂环境下的海管工程技术


随着海底管道逐渐遍布世界的各个海域,海沟、陆坡、礁石、极不平坦海床、波流冲刷等深水复杂环境及高温高压条件下的海底管道成为了国际研究热点和难点。


深水复杂环境下的海管工程,既要求理论知识上取得突破,对于海管保护措施、现场施工方法等学科交叉新领域的要求也大为提升。海沟和陆坡地形易造成海底管道悬跨、管道侧向移位、管道发生局部屈曲,其他诸如沙波沙脊、礁石、地震、断层地质、波流冲刷等复杂环境,可能引发管道总体屈曲、管道裸露、海管失稳等各类问题,对于海底管道工程的实施及安全是巨大的挑战。


高温高压是当前深水海管工程的另一个焦点,高温高压介质易带来管道强度及疲劳问题、引发管道总体屈曲和管道行走,对管道防腐、流动安全保障产生不利影响。


中国海油在深水复杂环境下海管工程技术方面取得了一定突破。在印尼BD项目中,首次完成的海管跨越支撑设计及冲刷评估分析得到了国际权威技术机构挪威船级社的认证;在泰国项目中,国内首次完成地震危险区域的抗震设计分析;在番禺项目中,形成了海底管道三维数字化海床模拟技术。这些核心技术的攻克将为海底管道行业技术创新突破和引领奠定坚实基础,为我国海洋开发战略的全面实施吹响号角。


三维数字化海床模拟技术


路线规划是海底管道工程中的关键一环,对海管设计、铺设、运营和维护等全寿命周期的安全性和可靠性影响深远。其中,海床崎岖不平和复杂地质条件等问题,是海管工程面临的首要挑战。


如果说渤海海底地貌是一马平川的话,那么中国南海则是崇山峻岭了。如何在复杂多变的地形中为海管找到一条合适的道路,三维数字化海床模拟技术是一个行之有效的工具。


在番禺35-1/2项目中,海床状况复杂多变:一方面,表层地质复杂,局部存在硬质珊瑚礁,若直接铺设会损坏海管外壁的防腐层;另一方面,深水区水深波动大且存在小沟和高山,海管直接通过易造成折断损坏。


面对数据大小相当于1600本60万字《三国演义》的海床数据量,为解决海床和海管的生成、模拟等问题,海油工程成立了“基于三维数字化海床的海管路由选择”技术攻关,通过软件研究、接口分析和国外案例研究,自主形成了一套基于ABAQUS软件二次开发的三维数字化海床模拟技术。在该项目中,此项技术指导了约50公里的管道路线规划设计,规避了5处“山丘”的影响,节约了近百万元人民币的额外悬跨处理工作。


目前,该技术已成功应用于荔湾3-1、印尼BD和泰国zawtika等项目。较常规二维平面海床识别,该技术能高效、准确、直观地模拟海床环境和海管路由,为设计施工提供参考。

除了应用于路由选择,该技术未来的发展和应用非常广泛,包括维抢修、安装的仿真模拟和海管完整性管理等。国外知名公司已率先应用该项技术,使海管从刚“出生”就进入可视化的完整性管理范围。

(来源:中国海洋石油报)


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