海洋工程柔性立管發(fā)展概況

深水柔性立管一、深水油氣田開發(fā)柔性立管概況海洋柔性立管就是從海底油氣井口到油氣集輸站（船）的連接管道，在海洋油氣資源開發(fā)中起到關鍵的作用。由于其耐腐蝕性強、地形適應性好、連續(xù)長度長、安裝方便等優(yōu)逐漸取代了傳統(tǒng)的海洋鋼管。柔性管由金屬與聚合物復合而成。相比鋼管柔性管有易彎曲、易鋪設、可回收、更經濟、更適合海洋環(huán)境等特點。在邊際油田開發(fā)中采用柔性管道，可以顯著降低工程建設及運營成本。柔性管材在我國海洋立管與邊際油田領域已經逐步開始應用，例如流花11-1與陸豐13—1油田。在國際上,柔性管道已經在陸地及淺水、深水與超深水區(qū)域得到了廣泛的應用，可以實現長距離、超深水、多方向的輸送油氣資源。已在深水油氣田開發(fā)中大量使用柔性立管來連接浮式結構與海底生產系，現在海洋立管約85%為柔性管。但在國內還沒有深水柔性立管的設計與生產技術。柔性管采用多層復合材料制造，主要由保證液體密閉性的熱塑性聚合物材料層以及螺旋結構纏繞的保證管材強度的扁鋼組成。螺旋結構使得柔性管不僅能承受高壓，還能保持彎曲特性，每一層相對獨立、但又與其它層相互作用提供需要的結構抗力,使得每一條柔性管都可以達到不同的力學特性。根據制作工藝，柔性管可分為非粘結性柔性管與粘結性柔性管。非粘結性柔性管由幾個獨立的層組成，層與層之間沒有固定的連接，允許層相對位移，能更好地滿足現場應用的特殊要求，因此廣泛用于海洋立管與海底輸油管。粘結性柔性管道制作過程需要硫化，其制造長度受到限制,所以常用于較短的工程應用，如漂浮管、跨管等。國外學者大多致力于非粘結柔性管的研究，并逐步形成柔性管的主流結構形式。隨著海洋油氣開發(fā)領域的不斷加大，海洋柔性管的研發(fā)水平也在隨之提高,上世紀60年代初海洋柔性管的鋪設典型深度為20米，到了80年代鋪設深度達到了100?400米,90年代末鋪設深度可以達到1000米，而到了21世紀初，鋪設水深已能達到1500?3000米的超深水域。如今海洋柔性管的設計、生產技術已經成熟，其工藝設計與開發(fā)也不斷向著超深水方向進行。目前，我國海上油田用輸油輸氣柔性管道主要依賴國外生產廠家，不僅價格昂貴，而且隨著時間的延長，柔性管道在使用過程中一旦出現意外,很難得到及時的修復，即便應急采辦,

也需要較長時間才能交貨，嚴重影響油田的開發(fā)效率與效益。海洋石油管材必須走自主研發(fā)、制造之路,支持與保障我國大規(guī)模進軍海洋石油勘探開發(fā)的需求。二、主要生產商國外在非粘結性柔性管道的設計、制造及安裝方面具有十分明顯的優(yōu)勢。目前,海洋柔性復合管的設計、生產、安裝、維護基本由國外公司壟斷，主要包括法國的德西尼布(Technip)集團公司、英國油田服務公司(Wellstream)控股公司與丹麥NKTFlexibles公司。法國的德西尼布(Technip)集團公司就是世界上最主要的柔性復合管設計生產商，約占全球市場的75%，在法國、巴西、馬來西亞建有制造基地可年生產1060km高規(guī)格柔性復合管。2013年,德希尼布已與中海油旗下的海洋石油工程股份有限公司(海油工程)簽署一份協議,雙方將成立一家非注冊的合資公司在中國水域尋求深水海底工程工作機會。根據協議,兩公司將在廣東省深圳市成立一家50:50的合資公司，致力于中國的深水海底臍帶纜、立管與流動管線(SURF)市場。英國油田服務公司(Wellstream)控股公司成立于1983年,2011年并入美國GE公司，目前，在英國與巴西尼泰羅伊有制造工廠。年總生產能力為570千米。巴西石油在深海使用的軟管60%來自此公司。目前，國外設計的非粘結性管設計最深水深為3000米，能承受最大壓力137.94Mpa(20000psi),溫度范圍為一50攝氏?+150攝氏度。最大直徑507.9毫米(20英寸)?，F在非粘結性柔性管道的發(fā)展越來越趨于成熟,應用范圍也越來越廣，向超深水、超高壓、直徑更大發(fā)展，同時生產廠家越來越多、市場競爭激烈，大公司都在致力于降低造價與成本。三、國產柔性管現狀我國在海洋柔性管研究、設計及制造領域與國際先進水平仍存在一定差距。雖然國內對于柔性管道研究起步較晚，但在設計制造等領域發(fā)展較快,已有大連理工大學、中國海洋大學等多所院校具有了設計研發(fā)能力，少數生產廠家在多年研發(fā)與嘗試性生產基礎上已具備了淺海工程應用的技術力量。1、河北恒安泰油管有限公司研發(fā)的“高壓復合柔性管”以其抗腐蝕、耐高溫、承高壓、不結垢、便施工的五大優(yōu)越性廣受業(yè)界青睞。

主要生產6寸以下，外壓:4、0MPa(400m水深)*抗拉強度:60噸以上*單根長度:2000m*輸送介質:油、氣、水均可*最小彎曲半徑:2m2、山東威海納川管材有限公司“深海關鍵技術與裝備”重點專項中“超深水多用途柔性管的研制與示范”項目于2016年獲科技部的國家重點研發(fā)計劃項目，項目執(zhí)行年限4、5年，獲得1000萬元中央財政經費支持。旨在研制、開發(fā)具有自主知識產權實現水深3000米以內油氣開采全領域應用的非金屬、粘結型的超深水多用途柔性管，并掌握其設計、生產、測試與鋪設安裝等關鍵技術;建立質量標準，通過API認證，實現工程示范。項目的各項課題涵蓋了管道的設計分析、制造、試驗檢測、鋪設安裝等多項研究內容形成了一整套關鍵技術體系。既可作為深水/超深水海洋立管、懸跨管、海底水平管等，又可作為連續(xù)油管應用于井下油管、注水管、修井作業(yè)等，采用耐高溫材料的柔性管還適用于高溫(180°C)稠油開采等特殊領域。該項目研究范圍為內徑2?16inch，設計水深3000m,使用壽命30年，使用溫度最高可達180C。該項目的實施將打破國外多年來的技術封鎖與產品壟斷，對盡快改變我國海洋油氣資源開發(fā)落后現狀，實現我國海洋油氣資源開發(fā)技術的完全自主化，增強海洋油氣開發(fā)國際競爭力,維護國家能源安全具有重要意義。四、海洋柔性管結構海洋柔性管道根據制作工藝可分為粘結柔性管道與非粘結柔性管道。其中非粘結管道層間允許相對位移,可以根據需要加減層，能夠更好滿足用戶的特殊要求，也可以避免粘結管道的特殊工藝及其副作用對環(huán)境造成的影響，因此廣泛應用于立管與輸油管。非粘結性柔性管結構圖。功能尼龍11

碳鋼功能尼龍11

碳鋼尼jfc11碳制

尼龍11碳鋼

尼意11

或PVDF

316L

不情拇；3為減少金屬之間的磨損;q刊F包覆層卜內抗拉層「耐磨層耐壓層管—骨架圖中，1為阻止外部流體進入柔性管；2、4為提高抗拉強度6為承受內壓載荷；7為阻止內部流體流出柔性管；8為承受外壓載荷。一般情況下,非粘結性柔性管由骨架、內管、耐壓層、耐磨層、抗拉層以及外包覆層組成，如上圖所示。同時可根據使用環(huán)境與特殊要求對柔性管進行設計，增