“能源血管”大解密 |
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“能源血管”大解密
它名称简单，但施工工艺及技术含量颇高，它是海洋油气生产系统的“生命线”——“海底油气管道”。不论海上油气田采用何种方案开发，都需要将油气从地层内部输送至平台、FPSO或陆上终端，铺设海底管道是最直接、有效的输送方式。 △复杂的海底管道 △世界上最长的海底管道是挪威到英国的Langeled管道，全长1200公里，2007年投入运营 △管道所处海域的深度世界纪录是2775米，是由“Solitaire”号铺管船创造 △目前，我国铺设的海底油气管道超过了6000km， 最长的海底管道是崖城13-1气田，输气管道长778km 海底油气管道是什么样的？海管是铺设在海底，连续输送油、气、水的管道。打个比喻：海上的油气设施都是一个个有价值的“点”，只有通过油气管道这样的“线”将“点”连接，才能构成完整的系统，发挥生产系统的整体价值。   △海底平管：平铺于海底，是海底油气输送的主力军 △膨胀弯管：用于连接海底平管与立管。受海水温差的影响，钢管存在着热胀冷缩的现象，膨胀弯管可以补偿海管长度的变化 △立管：海底处于垂直状态的管道，连接海底平管与海上的生产设施 △浅水区的立管都是钢管固定在平台的桩腿上 △深水区立管通常以自由状态，立于水中，例如顶部预张力立管（TTR）、钢悬链立管（SCR）、柔性立管、塔式立管等 △跨接管：连接采油树与生产管汇根据油田产出物（油、气、水）和产量的不同、选择相应管径和结构的海管。    △理论上产量越大，管径越粗为了防止深水低温高压形成的水合物堵塞海管，需要使用保温管道；而海上稠油需在平台加热后输送，所以需要采用热油输送工艺和保温管道结构。  △普通海管与具有保温层的海管 △电伴热海管（给海管加上了“暖宝宝”）  △混凝土配重海管（增加海管的稳定性）海管的材质不同决定了海管的生产成本、抗侵蚀能力、重力要求以及在焊接时的性能。目前一般采用碳钢，API 5L X56及以上。  △双层碳钢海管完成一条海底管道，设计考虑因素繁多，而安装施工阶段就“更不是盖的了”。（知识量巨大、烧脑、慎入！）
海底铺设油气管道非常难！ 首先是作业环境处于海洋，不仅作业空间严重受限，海况的复杂多变也会给正常施工带来极大的挑战。  △空间紧凑，船队配合作业海底环境复杂，因为海底并非一马平川，它由各种地形地貌组成，例如：高耸的海山，起伏的海丘，绵长的海岭，深邃的海沟等等。我们并不能像在陆地上铺设管道那样改造海底的地貌，所以无论在设计还是施工过程中，铺设海底管道考虑的因素就非常复杂了。  △海底地形图海底低温、高压、高盐度、暗流涌动，水合物阻塞、管道腐蚀、冲击损耗等难题会持续存在。这些问题的同时存在使铺设海底油气管道不仅是工程难题同时又是科学难题。  △崎岖的海床增加海管铺设作业难度对于作业而言，水深是最大的影响因素，跟据水深不同，铺管作业迥异。 离岸近，水浅的地方，可以用绞车直接将海管拉（jian）上（dan）陆（cu）地（bao）。  △陆地布置绞车直接拖拉浅海区、离岸远可以通过铺管船一边下放、一边焊接的方式铺管。S-Lay（S型铺设法）：海底管道通过船尾的托管架入水，形成S形曲线铺入海底。   △S型铺管完成铺管作业，船上需要有几样神器：张紧器、托管架和焊接作业线。  △在铺管作业过程中，采用张紧器来固定海管，像是一个大夹子夹住海管。 △张紧器能力不断提高，S型铺管方法适用水深增加至一千米左右 △托管架：控制海管的铺设方向   △焊接作业线：焊接海管此外，海上作业空间受限，铺设海管需要一支专业的船队相互配合完成，成本也要比同等情况下的陆地高出1-2倍。在深水区进行铺管作业，水深增加，导致施工难度指数级增长。海管长度增加，导致重量增加，需要铺管船承受更大的张力，此时采用J-Lay方式施工。J-Lay（J型铺设法）：海管以接近垂直的形态离开铺管船，沿垂弯段向下，直至铺入海底，管线整体呈“J”型，适用于几百米至几千米的深海区域。 △海管入海口位于船体中间，与海底形成J型当然，随着新技术的不断发展，海上铺管作业形式也再不断进步。对于管径小、强度稍弱的海管，可以在陆地上制造好直接卷于滚筒上，使用铺管船运至海上铺设，这种作业方式称为Reel-Lay（卷管式铺管作业）。目前，卷管式铺管船可以分为水平式和垂直式两种。水平式卷管铺管船，其转动轴垂直于铺管船甲板，采用S型铺设（常用于浅水）；而垂直式卷管铺管船，其转动轴与铺管船甲板保持水平，采用J型铺设（常用于深水）。 △水平式卷管铺管船（常用于铺设脐带缆） △垂直式卷管铺管船  △陆上预接海管  △海管卷到滚筒上 △J型铺管船就位后，进行作业准备  △J型铺管作业当然最终选择哪种作业方式，不仅要考虑水深，还要结合作业周期、作业成本等综合因素。海管是如何铺设在海底的？本文以最常见的S型铺管作业方式为例，详细介绍海底管道是如何建成的。  △铺管作业流程一准备阶段准备阶段包括铺管船就位、安装托管架、倒海管、海管起始连接以及安装海管的起始封头。1.船舶抛锚定位2.托管架安装 △下放托管架   △驳船运输托管架3.吊装海管 由驳船运输至铺管船附近。   △海管倒驳4.海管起始连接 将海管的一头固定在海底。有两种方式：一是抛起始锚，二是连接起始缆。 抛起始锚就是用一根钢缆连接地锚和海管接头，抛锚入海，然后铺设海管。深水通常选用该方法。  △抛起始锚浅水区一般将起始接头固定在导管架上，然后开始铺管，这种方法比较经济。  △连接起始缆  5.安装起始封头在海管先入水的端部装上一个接头，防止海水涌入海管，避免增加海管的重量。 △通常采用法兰连接起始封头二海管焊接作业线海管需要被一根一根焊接在一起，然后下放到海底。焊接工序（至关重要）：通过滚轮输送至加工车间，然后进行坡口加工、管端消磁、管段预热、焊口组对、各种焊接（封底焊、填充焊、内部焊、盖帽焊）、无损探伤、喷砂、涂覆密封、发泡等十几项工序。以较为复杂的双层保温管焊接为例： △吊机将海管放至传送滚轮 △坡口加工 △内管对中 △内管预热 △内管焊接 △冷却 △内管无损探伤 △包裹内管海绵 △外管对中 △预热 △外管打底焊  △外管填充焊 △外管盖面焊 △冷却 △外管UT无损探伤 △外管预热 △包裹热缩带（接缝处密封、防腐、保温） △电火花检漏（利用漏电原理，检测密封质量） △包裹外铁皮，注入发泡剂（密封层与铁皮之间有较大空隙，发泡剂填充空隙，保护海管接口、增加强度） △监测光缆敷设（通过发射电波监测海管是否有泄漏情况）三海管入水铺管船向前移船，海管入水。海管管端到达着泥点后，边焊接边铺设，进入正常铺管作业阶段。   △准备入水   △船向前移动，海管逐步沉入海底四结束平铺管段作业在海底管线铺设到立管安装位置附近时，结束铺设作业，与弃管作业步骤相同。  △在管线终端焊接封头
 △定制好的膨胀弯起吊下水 △水下连接膨胀弯作业 △水下连接膨胀弯作业浅水区域可以人工潜水进行后续连接工作，水深大于50米时，采用饱和潜水作业。
六海管清管试压、排水完成所有管线连接后，需要进行清管试压的工作。清管作业是为了清洗管内壁、测量管线是否有屈曲变形。    △清管器：试验压力一般需要超过设计压力，以测试水下连接点是否泄漏海管排水作业，气管还需进行干燥作业。七海管保护和固定海管沉放到海底后，波浪、海流以及附近船舶抛锚都会危及到海管的安全，影响最为严重的是渔业活动，渔船抛锚、渔网破坏法兰连接点等等，所以需要采取一定的保护措施：1.针对平管段，可以采用挖沟掩埋神器——挖沟机。渤海等浅水区域，渔业活动频繁，常采用该方法保护固定海管。 △挖沟机下放至海底，骑放在海管上 △抬起海管 △开始挖沟（像是耕田用的犁地，深度为1-2米） △掩埋回填
 
即使保护再周全，也难以完全杜绝海管发生堵塞、泄露，失效的情况。一旦发生海管堵塞，可以先使用清管球进行清管作业。  △清管作业 对于海管发生腐蚀、泄漏或清管球不能疏通的管段，采取切断破损海管，重新更换连接。水深较浅区域，可以打捞上来重新焊接。 △焊接作业 海水较深区域，采用ROV水下作业，切断海管，使用法兰、卡箍等机械方式连接。 △卡箍连接至此，一条完整的海管铺设作业顺利结束。文章来源：资料来源于“中国石油报”“石油课堂”等，原刊于“流程工业”，转载请注明原出处及由中国海洋发展研究中心编排 |
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