海底非粘結性柔性管道技術的研究

王東 尉曉妮

摘 要：在深海和邊際油田開發的過程中，非粘結性柔性管的應用大大降低了工程建設的綜合運營成本。國內生產制造工藝、鋪設安裝以及鋪管設備等技術水平，與世界先進技術水平還有很大差距。重點介紹了非粘結性柔性管的結構、鋪設設備的選擇及安裝鋪設方法。

關 鍵 詞：非粘結性柔性管；深水；鋪設

中圖分類號：TE 832 文獻標識碼： A 文章編號： 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引起的疲勞損傷方面具有明顯的優勢。隨著國家深水開發戰略和對邊際油田的開發利用，對于柔性管的需求量也在大大的增加。在海上油田開發過程中，雖然柔性管道的生產制造成本比鋼管高，然而海洋工程船舶是施工過程中費用最高的資源，柔性管安裝鋪設速度快的特點則可以大大降低工程船舶在海上施工的時間，從而降低油田工程建設及運營綜合成本。我國的海上部分油田（如流花11-1、渤中28-34、潿洲和陸豐13-1油田）已經將柔性管應用到生產系統中[1]。

1 海洋柔性管的分類用途及其結構

1.1 分類用途

柔性管道根據管道的生產制造工藝可分為粘結柔性管道和非粘結柔性管道，柔性管道由幾層聚合物層和幾金屬加強層通過不同的編織順序組成。粘結性柔性管是層與層之間通過硫化粘結在一起，非粘接型柔性管由高分子材料與起加強作用的金屬材料結合組成幾個獨立的層，層與層之間沒有固定的連接，層數可以根據實際工程的需要進行增加或減少。粘結性柔性管主要用于平臺之間、水下井口至FPSO、水下井口至固定等；非粘接型柔性管主要應用于海洋立管和海底輸油輸汽輸水管道[2]。

1.2 典型結構

非粘接型柔性管是由管體和接頭組成，管體的結構根據工況設計成多種不同結構，最主要的不同就在于是否擁有內骨架層；接頭設計和制造是最薄弱最容易發生泄漏的環節，也是非粘接型柔性管的關鍵技術所在，直接影響管道的安裝和安全使用，擁有此項技術的公司都已經申請了專利保護。

常見的非粘結型柔性管結構如圖1。

1—外包覆層；2—外抗拉層；3—耐磨層；4—內抗拉層；5—儲備耐壓層；6—耐壓層；7—內管；8—骨架

圖1 非粘結型柔性管典型結構

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入柔性管結構腐蝕抗拉層；第二層是外抗拉層，它是由兩層纏繞角度互為相反數的扁鋼帶以一定的角度編織而成，以抵抗在安裝和生產運行過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），抵抗內外壓力，根據實際壓力可以設計不同的層數；第七層是內管層，材料為聚合物（如聚偏氟乙烯），根據壓力和輸送流體的性質，內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其自身柔韌性好的特點在生產過程的各個環節以及生產完成之后都將纏繞到存儲盤上，全部生產完成之后，再用接頭連接，最終將所有的柔性管都存儲到導管盤中。導管盤必須滿足以下要求：導管盤需要固定，并且與鋪管船始終保持水平；具有剎車制動能力；導管盤轉動速度穩定并且可以平穩調節（圖2）。

根據不同的水深鋪設，鋪管船選擇有所不同。在鋪設時，主要考慮鋪管船的吊機能力、甲板承載能力和張緊器拉力能力。在淺水海域鋪管作業需要進行挖溝、潛水員檢查等，所以不能用動力定位船進行鋪設，一般需要對普通的鋪管船進行改造、加添設備等措施可以達到鋪設要求。

3 非粘接型柔性管安裝鋪設工藝

3.1 起始鋪設

正文鋪管船在平臺附近就位。首先在導管盤轉動釋放的同時用船上張緊器將柔性管從導管盤中牽引出，將安裝有拖拉頭的柔性管牽引穿過挖溝機至船尾托管架入水處；拖拉頭與牽引鋼纜連接并通過安裝在平臺上的定滑輪，連接船上卷揚機。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，同時啟動卷揚機將柔性管拖拉端頭牽引至平臺立管法蘭處，潛水員將立管法蘭與柔性管端頭連接。

3.2 正常鋪設

挖溝機放入水中之后采用邊鋪設邊挖溝的施工方法。同時調控鋪管船移船速度、挖溝機前進速度、張緊器張力和管道入水角度，用聲吶系統觀測挖溝機的姿態，使管道按照路由平穩鋪設。

3.3 末端鋪設

正文鋪管船到達終端平臺立管附近后，調整船的方向使船舷正對著平臺，當柔性管末端到達張緊器時，將挖溝機緩慢從海底提至甲板，用門吊、卷揚機和錨機配合將柔性管末端放置到平臺立管底端法蘭處，潛水員進行水下將立管法蘭和柔性管末端法蘭連接。

因為柔性管末端需要與立管法蘭進行水下連接，為了能夠進行順利連接，在末端平臺附近鋪設出適當的弧度，以便進行調整[4]。

4 清管試壓及壓塊保護

在水下法蘭連接完成之后，用泡沫球進行清管。在最后一個清管球放入后，在注水泵上連接加注染色劑設備，為了保不住壓力時迅速找到泄漏點；升壓過程按照10%的升壓速度，每升壓一次停留半小時，最終達到設計壓力的1.2倍，穩壓24 h后，試壓結束。卸壓時也要按照逐步降低的方法，直至卸壓完成。試壓結束之后，在平臺立管末端與柔性管連接的法蘭處及距離法蘭20 m范圍內的柔性管需要用水泥壓塊進行保護。

5 結束語

正文隨著海洋深水發展戰略的推進，非粘結性柔性管將得到更廣泛的應用。目前我國僅有幾家企業可以生產非粘結性靜態柔性管，動態管的技術只處于研發階段，國內生產制造工藝、鋪設安裝以及鋪管設備，雖然都有了較大發展，但是與世界先進技術水平還有很大差距。為此，“十三五”期間我們應加大海洋非粘結性柔性管的研發力度，掌握設計、制造、鋪設設備的核心技術滿足我國深海和邊際油氣田開發的需要。

參考文獻：

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

[2]石磊，李文年.海底柔性管道的安裝及應用[J]. 管道技術與設備，2014（1）：26-28

[3]盧青針，岳前進，湯明剛，等.淺水經濟柔性管道加強設計[J].海洋工程，2011，29（2）：106.

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