特种管道结构工程技术

一、可挠性软管的应用和相关技术

（一）可挠性软管的一般结构和特点

1．挠性软管的一般结构

用于海底油气管道系统的挠性软管，管体一般由五部分组成：

a．密封材料。多采用尼龙，一般为Nylon11，该材料在85℃条件下，预期寿命达30年，具有良好的弹性。或采用HID9300型高密度聚乙烯，该材料极限拉伸可达400%，具有良好的耐海水环境性能。

b．加强材料。多采用不锈钢做加强铠装，一般为316L型不锈钢作承受内外压作用的骨架，具有较高的抗腐蚀性能。或采用碳钢件来承受环向力和轴向力。

c．保温材料。多采用聚氨酯泡沫。该材料导热系数低、保温性能好，但熔点较低不能用挤压成型，与钢加强件难很好接合。目前发展出一种改性聚氨酯泡沫，可以挤压成型克服了以上不足。由于保温材属脆性物质，故一般单层厚度不宜超过40mm，否则会影响软管挠性和强度。

d．抗滑、抗磨材料。在各层加强钢件之间为防止过大的滑动和磨蚀，放置一种合成材料，以便将钢加强件握紧起抗滑抗磨作用。

e．外保护材料。一般均采用高密度聚乙烯，因为它具有良好的防腐蚀和抗机械损伤的性能。

图15-21和图15-22给出了两个典型挠性软管管体结构图。前者是尼龙材料作内衬的常压输送有腐蚀性介质的挠性软管，后者是作加强处理和保温的耐高压挠性软管。

2．挠性软管的特点

a．管段长度无限。由于制管工艺是连续生产，像电缆一样，这样管段长度仅受卷轴滚筒尺寸和安装起吊设备能力制约。与钢管道相比可大大减少管段连接工作量和避免接口质量薄弱的环节。

图15-21　图15-22

b．铺设安装方便。挠性软管在海上铺设安装不需要专门的铺管船。一般用大马力拖轮稍加改装就能胜任挠性软管的铺设安装，就像铺电缆一样简单、快捷，使海上铺设安装费用大大降低。

c．具有良好的内、外防腐蚀性能、保温性能、比钢管还好的机械强度性能和耐久性能。

d．具有足够的负浮力，无需挖沟埋设或另加配重涂层就能满足管道在海底稳定性的要求。

e．具有比钢管更强的抗水动力和抗振动疲劳破坏的性能。

f．管段两端可在预制时装配上通用的机械法兰，实现管段间或与钢管管段方便可靠的机械连接。

g．可以实现回收再使用。

（二）可挠性软管的应用领域和效果

在我国海上油田开发工程中，对可挠性软管都有应用，但数量、范围都不大。由于软管材料费较贵，多数是在一些特殊部位或特定情况下，充分发挥可挠性软管的特殊优点方予以选择应用。经实用检验，一般质量稳定可靠，在恶劣的海洋环境和复杂的动力作用下使用效果不错。我国海洋石油开发工程应用可挠性软管的领域有两个，一是浮式生产系统到单点系泊或水下生产系统之间的跨接软管或动力立管，二是海底输油管道系统。在此重点介绍后者的应用。

a.1989年9月，中国海油在北部湾W10-3A平台至W10-3B平台（由“南海一号”钻井船改装成的钻井、采油两用平台）之间铺设了一条内径6＂可挠性软管的海底输油管道，这在我国是第一次，在整个远东地区也是第一次。这条软管的长度约1800m，由法国Coflexip公司制造，中国负责管道设计和铺设安装。这条海底软管是由“南海211”拖轮船铺设的。该船经改装，在船中间装上了一个固定滚轴装置，用于固定软管圈筒，在船尾加装了一个软管下水尾槽。软管在平台两端的连接，采用把软管套在“J”型钢管里，将“J”型钢管固定在导管架上的方法。铺设这种软管仅用了一天的时间，与铺钢管相比，大大节省了时间和铺管费用。

b.1991年7月，中国海油在涠10-3北油田开发工程建设中，又成功地在北部湾铺设安装了第二条可挠性软管的海底输油管道。该管道内径6"(152mm），长约4.25km，是从W10-3C平台（由“渤海六号”沉垫式、自升式钻井船改装成的钻井、采油两用固定平台）到 W10-3A平台，将W10-3C采出的井液分离气体后输往W10-3A平台，与该平台采出的和从W10-3B平台输来的井液汇合后送往该油田的“南海希望号”生产储油轮进行处理。这条挠性软管海底输油管道长度在我国海域目前是最长的，是由法国Coflexip公司进行的软管结构设计和铺管施工设计（包括对“南海210”、“南海211”三用工作船的改装设计）并承担软管制造及供货。而铺管船（“南海210”、“南海211”）的改装施工和软管铺设海上安装全部由中国海油完成。在北部湾W10-3油田铺设的两条可挠性软管海底输油管道总布置见图15-23。

图15-23　在北部湾 W10-3油田铺设的可挠性软管海底输油管道

c.1993年在珠江口对外合作开发的陆丰13-1油田铺设投产了一条6＂的海底挠性输油软管，该油田水深140～150m。该条输油软管是从井口采油平台到“南海盛开号”的浮式储油装置，全长约1.85km。见图15.24。

d.1996年3月由法国Coflixip公司承包在珠江口流花11-1油田，铺设了3条可挠性软管海底管道。这3条软管，一条是6＂的测试计量管道，另两条是 的海底生产输液管道，管道的一头与“南海胜利号”浮式生产储油装置的单点系泊系统相接，另一端与“南海挑战号”半潜式钻井及生产辅助平台的水下基座相连，总长约2.5km。3条软管的布置见图15-25。流花11-1油田是由中方与美国阿莫科东方石油公司与科麦奇石油公司联合开发的，油田海域水深300～350m。

图15-24　陆丰13-1油田海底挠性输油软管

图15-25　流花11-1油田3条软管的布置图

e.1993年在辽东湾海域绥中36-1油田试验区开发工程的海底管道系统中，采用了三段挠性软管代替部分钢立管和膨胀弯。当时该油田生活动力平台需要设置6条海底管道的平台立管，而平台上部模块已安装好，在进行海底管道和立管安装时，采取惯用的立管、膨胀弯和平管整体吊装的方式已不可实现。为解决这个难题，提出了用挠性软管代替部分钢立管和膨胀弯的方案，实践证明达到了预期效果。三条软管段分别为内径88.9mm的输天然气用、一条是内径152.4mm的注水用和一条内径为203.2mm的输油用，三条管段长度全部是60m。绥中36-1油田试验区海域水深30m。

f.1998年4月在渤海锦州9-3油田开发工程的海底管道系统中，安装了4段美国Wel1-stream公司生产的挠性软管。安放的部位是东/西区沉箱基础平台附近，用挠性软管作连接沉箱内立管和沉箱基础外钢质平管的膨胀弯。主要考虑沉箱基础附近冲刷深度达1.5m，从立管穿沉箱壁到平管连接时，穿沉箱壁的点距海底为1.5m，这样从立管到平管要存在海底悬空跨接的膨胀弯管段，若用钢管则存在受涡流激振发生疲劳破坏的风险，为此设计选用了抗水动力作用较好的挠性软管。规格为2段12＂的输油管，2段65/8＂的高压注水管。在西区沉箱端软管长50m，而东区端长度为70m。从投产至今使用已满5年，没有出现任何问题。

（三）可挠性软管的技术发展和应用前景

可挠性软管最早是由法国石油研究院经过近十年研究，开发出的这种适用于石油天然气工业的专利产品，后组建Coflexip公司专门生产。当时在全球独此一家，处于垄断地位，价格较贵，但由于具有比钢管诸多明显的优点，在海洋石油工业领域尤其受到青睐，且不断扩张其应用范围。近些年来，美国、日本和欧洲一些国家相继有了生产这种挠性软管的公司，其中美国“Wellstream”公司已经成为能与Coflexip公司竞争的强劲对手。随着技术的发展和市场的竞争，该类产品价格不断下降，应用领域和规模得到进一步扩大。

二、“子母管”管道结构的应用和相关技术

（一）“子母管”管道结构工程实例

图15-26　“子母管”结构管道图

在渤海辽东湾海域，中国海油自营勘探开发的锦州20-2凝析气田一期工程建设中，设计、铺设安装了一条长约10km的“子母管”结构海底管道，“子管”外径2.375＂，用来输送乙二醇防冻液；“母管”外径8.625＂，用来输送从井口采出的天然气。这条管道是该凝析气田内部的集输管道，是为将南高点平台采出的天然气输送到中北高点平台而后汇总转输至岸上的处理终端。为防止在从南平台至中北平台长约10km的海底输气管道中有水化物生成，采用从管道入口处注入乙二醇防冻液的措施。又为降低生产成本对防冻液重复应用，便提出了在中北平台分离回收防冻液，用一条2＂的小管再把回收的乙二醇泵送回南平台，从而实现防冻液重复使用的工艺方案。为实现这种工艺方案，进行了多个管道结构方案的比较，比如采用挠性的集汇软管，或采取分别铺设两根钢管等等，但经过技术经济分析比较，最终决定采用“子母管”结构的钢管管道，认为这在技术上可行，现有铺管船能安装，能实现两根钢管一起铺设和同沟埋设，从而使工程造价最低，显然是最合理的做法。该管道路由海底是平坦的软土，水深为18m左右。

图15-26示该“子母管”结构管道的主要参数。

（二）“子母管”管道结构相关技术

这种结构的海底管道，在国内是首次使用，在国际上也不多见。

首先这种管道的设计在通用国际规范标准中，尚找不到具体明确的指导性条文，也查不到可作为设计依据的方法和原则。在进行管道设计时，针对该工程的具体条件，认为将2″小管作为8″主管的附加荷载，控制8″主管的结构强度保证安装期两根管不脱开就可以了。虽然从设计理念上能说得过去，但毕竟没有设计过，没有经验和把握，最后请美国“海湾工程公司”协作共同完成了这项“子母管”结构海底管道的设计。

按照设计要求，使用“滨海109”铺管船，在现有铺管作业线一侧的外舷增设了一条2英寸小管组对接管作业线，利用2″小管柔性，在8″主管完成现场节点玛帝指浇灌后将2″小管并到主管下水线上，且按设计要求进行帮扎把小管固定在主管上，然后一起下水铺放到海底上。在铺设过程中，施加的张力全在8″的主管上，2″小管仅作为附加荷载固定在主管上，在安装过程中不做受力构件进行应力控制。

（三）“子母管”管道结构的应用前景

经实践检验，这条“子母管”结构的海底管道，设计和铺设安装都很成功，达到了预期目的，更为我国自行设计和铺设这种特殊结构的海底管道积累了宝贵经验，“子母管”管道结构的应用前景看好。