海底油气管道是什么样的？怎么铺设？

      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。打个比方：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。海底管道主要有平管、膨胀弯管、立管等种类。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。立管是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。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。另外，跨接管也必不可少，它是连接采油树与生产管汇的。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。电伴热海管就给海管加上了“暖宝宝”。为了增加管道的稳定性，混凝土配重海管应运而生。

      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。

      有哪些铺设海底管道的方法？

      完成一条海底管道，设计考虑因素繁多，而安装施工更是要克服千难万险。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。另外，海底环境复杂，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得铺设海底油气管道不仅是工程难题，同时又是科学难题。

      那么，海底管道是如何铺成的呢？对于施工作业而言，水深是最大的影响因素，根据水深不同，铺管作业迥异。

      （1）离岸近、水浅的地方，可以用绞车直接将海管拉上陆地。

      （2）浅海区、离岸远的地方可以通过铺管船一边下放、一边焊接的方式铺管。主要采用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。在铺管作业过程中，船上需要有3样神器——张紧器、托管架和焊接作业线。张紧器用来固定海管，像是一个大夹子夹住海管。托管架则用来控制海管的铺设方向。此外，受海上作业空间限制，铺设海管需要一支专业的船队相互配合完成施工，成本也要比同等情况下的陆地高出1～2倍。

      （3）在深水区进行铺管作业，水深增加，导致施工难度呈指数级增长。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。

      （4）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），常用于铺设脐带缆；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。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。

      海管在海底的铺设步骤

      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。

      （1）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。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。

      （2）海管焊接作业。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。

      （3）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。当铺管过程中遭遇恶劣天气，或是突发其他意外情况影响到铺设海管正常作业时，需要临时弃管。弃管时要焊接临时弃管头，通过A/R绞车钢丝连接。

      （4）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。

      （5）立管、膨胀弯的连接。海管平铺段作业结束，此时需要水下测量平铺段海管与立管之间的距离，定制膨胀弯管。膨胀弯管采用法兰连接的方式。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。

      （6）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。常用的仪器是清管器。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，之后对海管进行排水或干燥作业。

      （7）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，可以采用挖沟机挖沟掩埋。方法是挖沟机下放至海底，骑放在海管上，抬起海管，开始挖沟，像是耕田用的犁，深度为1～2米，然后掩埋回填。②采用水泥垫块、固定压块等保护措施。水泥垫块、固定压块等制造、铺设成本高，因此只在立管、膨胀弯管等连接处使用。

      （8）管道修复。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。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。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。至此，一条完整的海管铺设作业顺利结束。

      我国海底管道产业起步较晚，但经过20余年的发展，我国海底管道铺设能力取得了长足的进步。据统计，我国海洋石油已经建成了81个油气田，铺设的海洋管道长度超过6000公里。

      铺管船

      铺管船是海底管道施工的重要工具，在海洋设施建造方面起着举足轻重的作用。铺管船的形式较为多样，既有纯粹的铺管船，也有起重能力超强的起重铺管船；从船体上看，有驳船式、普通船型式和半潜式。

      目前CNOOC已经具备7艘专业铺管船，分别是HYSY201、HYSY      202、蓝疆、滨海109、HYSY286、HYSY289和HYSY291。HYSY201是我国首条深水铺管起重船，具有三条作业线，一条主线两条辅线。其余铺管船均为单作业线，并且作业线均在右舷。我国现有的铺管船均采用S型铺管法。

      目前国内浅水区域开发日趋饱和，未来趋势是向南海深水发展。相比而言，美国墨西哥湾、北非和巴西水域水深较深，相关企业很早就开展了深水技术的研究，这些国家深水铺管技术已经较为成熟。而中国海洋油气事业一直集中于浅水，作业阶段S-Lay铺管技术应用较多。随着近几年张紧器扭矩能力的提升，S-Lay铺管水深作业能力在不断进步，但Reel-Lay和J-Lay施工技术才是开发深水重点研究的方向。