海底油氣管道是什么樣的？怎么鋪設(shè)？

      海底油氣管道是什么樣的？

      海管是鋪設(shè)在海底，連續(xù)輸送油、氣、水的管道。打個(gè)比方：海上的油氣設(shè)施都是一個(gè)個(gè)有價(jià)值的“點(diǎn)”，只有通過油氣管道這樣的“線”將“點(diǎn)”連接，才能構(gòu)成完整的系統(tǒng)，發(fā)揮生產(chǎn)系統(tǒng)的整體價(jià)值。海底管道主要有平管、膨脹彎管、立管等種類。海底平管平鋪于海底，是海底油氣輸送的主力軍。膨脹彎管用于連接海底平管與立管。受海水溫差的影響，鋼管存在著熱脹冷縮的現(xiàn)象，膨脹彎管可以補(bǔ)償海管長度的變化。立管是海底處于垂直狀態(tài)的管道，連接海底平管與海上的生產(chǎn)設(shè)施。深水區(qū)立管通常以自由狀態(tài)立于水中，例如頂部預(yù)張力立管（TTR）、鋼懸鏈立管（SCR）、柔性立管、塔式立管等。另外，跨接管也必不可少，它是連接采油樹與生產(chǎn)管匯的。根據(jù)油田產(chǎn)出物（油、氣、水）和產(chǎn)量的不同，選擇相應(yīng)管徑和結(jié)構(gòu)的海管，理論上產(chǎn)量越大，管徑越粗。

      為了防止深水低溫高壓形成的水合物堵塞海管，需要使用保溫管道；而海上稠油需在平臺加熱后輸送，所以需要采用熱油輸送工藝和保溫管道結(jié)構(gòu)。電伴熱海管就給海管加上了“暖寶寶”。為了增加管道的穩(wěn)定性，混凝土配重海管應(yīng)運(yùn)而生。

      海管的材質(zhì)不同決定了海管的生產(chǎn)成本、抗侵蝕能力、重力要求以及在焊接時(shí)的性能。目前一般采用碳鋼API      5L      X56及以上。

      有哪些鋪設(shè)海底管道的方法？

      完成一條海底管道，設(shè)計(jì)考慮因素繁多，而安裝施工更是要克服千難萬險(xiǎn)。首先是作業(yè)環(huán)境處于海洋，不僅作業(yè)空間嚴(yán)重受限，海況的復(fù)雜多變也會(huì)給正常施工帶來極大的挑戰(zhàn)。另外，海底環(huán)境復(fù)雜，并非一馬平川，它由各種地形地貌組成，例如高聳的海山、起伏的海丘、綿長的海嶺、深邃的海溝等等。我們并不能像在陸地上鋪設(shè)管道那樣改造海底的地貌，所以無論在設(shè)計(jì)還是施工過程中，鋪設(shè)海底管道考慮的因素就非常復(fù)雜了。海底低溫、高壓、高鹽度、暗流涌動(dòng)，水合物阻塞、管道腐蝕、沖擊損耗等難題會(huì)持續(xù)存在。這些問題的同時(shí)存在使得鋪設(shè)海底油氣管道不僅是工程難題，同時(shí)又是科學(xué)難題。

      那么，海底管道是如何鋪成的呢？對于施工作業(yè)而言，水深是最大的影響因素，根據(jù)水深不同，鋪管作業(yè)迥異。

      （1）離岸近、水淺的地方，可以用絞車直接將海管拉上陸地。

      （2）淺海區(qū)、離岸遠(yuǎn)的地方可以通過鋪管船一邊下放、一邊焊接的方式鋪管。主要采用S-Lay（S型鋪設(shè)法）：海底管道通過船尾的托管架入水，形成S形曲線鋪入海底。在鋪管作業(yè)過程中，船上需要有3樣神器——張緊器、托管架和焊接作業(yè)線。張緊器用來固定海管，像是一個(gè)大夾子夾住海管。托管架則用來控制海管的鋪設(shè)方向。此外，受海上作業(yè)空間限制，鋪設(shè)海管需要一支專業(yè)的船隊(duì)相互配合完成施工，成本也要比同等情況下的陸地高出1～2倍。

      （3）在深水區(qū)進(jìn)行鋪管作業(yè)，水深增加，導(dǎo)致施工難度呈指數(shù)級增長。海管長度增加，導(dǎo)致重量增加，需要鋪管船承受更大的張力，此時(shí)采用J-Lay方式施工。J-Lay（J型鋪設(shè)法）：海管以接近垂直的形態(tài)離開鋪管船，沿垂彎段向下，直至鋪入海底，管線整體呈“J”型，適用于幾百米至幾千米的深海區(qū)域。

      （4）隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，海上鋪管作業(yè)形式也再不斷進(jìn)步。對于管徑小、強(qiáng)度稍弱的海管，可以在陸地上制造好直接卷于滾筒上，使用鋪管船運(yùn)至海上鋪設(shè)，這種作業(yè)方式稱為Reel-Lay（卷管式鋪管作業(yè)）。目前，卷管式鋪管船可以分為水平式和垂直式兩種。水平式卷管鋪管船，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直于鋪管船甲板，采用S型鋪設(shè)（常用于淺水），常用于鋪設(shè)臍帶纜；而垂直式卷管鋪管船，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸與鋪管船甲板保持水平，采用J型鋪設(shè)，常用于深水。當(dāng)然最終選擇哪種作業(yè)方式，不僅要考慮水深，還要結(jié)合作業(yè)周期、作業(yè)成本等綜合因素。

      海管在海底的鋪設(shè)步驟

      以最常見的S型鋪管作業(yè)方式為例，詳細(xì)介紹海底管道是如何建成的。

      （1）準(zhǔn)備階段。準(zhǔn)備階段包括鋪管船就位、安裝托管架、倒海管、海管起始連接以及安裝海管的起始封頭。淺水區(qū)一般將起始接頭固定在導(dǎo)管架上，然后開始鋪管，這種方法比較經(jīng)濟(jì)。

      （2）海管焊接作業(yè)。海管需要被一根一根焊接在一起，然后下放到海底。焊接工序至關(guān)重要：通過滾輪輸送至加工車間，然后進(jìn)行坡口加工、管端消磁、管段預(yù)熱、焊口組對、各種焊接（封底焊、填充焊、內(nèi)部焊、蓋帽焊）、無損探傷、噴砂、涂覆密封、發(fā)泡等十幾項(xiàng)工序。

      （3）海管入水。鋪管船向前移船，海管入水。海管管端到達(dá)著泥點(diǎn)后，邊焊接邊鋪設(shè)，進(jìn)入正常鋪管作業(yè)階段。當(dāng)鋪管過程中遭遇惡劣天氣，或是突發(fā)其他意外情況影響到鋪設(shè)海管正常作業(yè)時(shí)，需要臨時(shí)棄管。棄管時(shí)要焊接臨時(shí)棄管頭，通過A/R絞車鋼絲連接。

      （4）結(jié)束平鋪管段作業(yè)。在海底管線鋪設(shè)到立管安裝位置附近時(shí)，結(jié)束鋪設(shè)作業(yè)，與棄管作業(yè)步驟相同。

      （5）立管、膨脹彎的連接。海管平鋪段作業(yè)結(jié)束，此時(shí)需要水下測量平鋪段海管與立管之間的距離，定制膨脹彎管。膨脹彎管采用法蘭連接的方式。淺水區(qū)域可以人工潛水進(jìn)行后續(xù)連接工作，水深大于50米時(shí)，采用飽和潛水作業(yè)。

      （6）海管清管試壓、排水。完成所有管線連接后，需要進(jìn)行清管試壓的工作。清管作業(yè)是為了清洗管內(nèi)壁、測量管線是否有屈曲變形。常用的儀器是清管器。試驗(yàn)壓力一般需要超過設(shè)計(jì)壓力，以測試水下連接點(diǎn)是否泄漏，之后對海管進(jìn)行排水或干燥作業(yè)。

      （7）海管保護(hù)和固定。海管沉放到海底后，波浪、海流以及附近船舶拋錨都會(huì)危及到海管的安全，影響最為嚴(yán)重的是漁業(yè)活動(dòng)，漁船拋錨、漁網(wǎng)破壞法蘭連接點(diǎn)等等，所以需要采取一定的保護(hù)措施：①針對平管段，可以采用挖溝機(jī)挖溝掩埋。方法是挖溝機(jī)下放至海底，騎放在海管上，抬起海管，開始挖溝，像是耕田用的犁，深度為1～2米，然后掩埋回填。②采用水泥墊塊、固定壓塊等保護(hù)措施。水泥墊塊、固定壓塊等制造、鋪設(shè)成本高，因此只在立管、膨脹彎管等連接處使用。

      （8）管道修復(fù)。即使保護(hù)再周全，也難以完全杜絕海管發(fā)生堵塞、泄露，失效的情況。一旦發(fā)生海管堵塞，可以先使用清管球進(jìn)行清管作業(yè)。對于海管發(fā)生腐蝕、泄漏或清管球不能疏通的管段，采取切斷破損海管，重新更換連接。水深較淺區(qū)域，可以打撈上來重新焊接。海水較深區(qū)域，采用ROV水下作業(yè)，切斷海管，使用法蘭、卡箍等機(jī)械方式連接。至此，一條完整的海管鋪設(shè)作業(yè)順利結(jié)束。

      我國海底管道產(chǎn)業(yè)起步較晚，但經(jīng)過20余年的發(fā)展，我國海底管道鋪設(shè)能力取得了長足的進(jìn)步。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國海洋石油已經(jīng)建成了81個(gè)油氣田，鋪設(shè)的海洋管道長度超過6000公里。

      鋪管船

      鋪管船是海底管道施工的重要工具，在海洋設(shè)施建造方面起著舉足輕重的作用。鋪管船的形式較為多樣，既有純粹的鋪管船，也有起重能力超強(qiáng)的起重鋪管船；從船體上看，有駁船式、普通船型式和半潛式。

      目前CNOOC已經(jīng)具備7艘專業(yè)鋪管船，分別是HYSY201、HYSY      202、藍(lán)疆、濱海109、HYSY286、HYSY289和HYSY291。HYSY201是我國首條深水鋪管起重船，具有三條作業(yè)線，一條主線兩條輔線。其余鋪管船均為單作業(yè)線，并且作業(yè)線均在右舷。我國現(xiàn)有的鋪管船均采用S型鋪管法。

      目前國內(nèi)淺水區(qū)域開發(fā)日趨飽和，未來趨勢是向南海深水發(fā)展。相比而言，美國墨西哥灣、北非和巴西水域水深較深，相關(guān)企業(yè)很早就開展了深水技術(shù)的研究，這些國家深水鋪管技術(shù)已經(jīng)較為成熟。而中國海洋油氣事業(yè)一直集中于淺水，作業(yè)階段S-Lay鋪管技術(shù)應(yīng)用較多。隨著近幾年張緊器扭矩能力的提升，S-Lay鋪管水深作業(yè)能力在不斷進(jìn)步，但Reel-Lay和J-Lay施工技術(shù)才是開發(fā)深水重點(diǎn)研究的方向。