国产复合软管在涠洲6-1油田复产项目中的应用

易涤非，李挺前，尹彦坤

（湛江南海西部石油勘察设计有限公司，广东湛江524057）

国产复合软管在涠洲6-1油田复产项目中的应用

易涤非，李挺前，尹彦坤

（湛江南海西部石油勘察设计有限公司，广东湛江524057）

涠洲6-1油田复产项目首次使用国产复合软管进行海上输气，这存在一定的技术风险，必须对国产复合软管在该工程中的应用进行试验评价或计算分析。文章从复合软管介绍、复合软管的在位状态、运输及铺设等，介绍了该复合软管在应用过程中需要进行试验评价或计算的内容和试验方法，并对遇到的问题提出解决方法。该国产复合软管在涠洲6-1油田复产工程中得到了成功的应用。

海上输气；国产复合软管；试验评价；试验方法；应用

0 引言

涠洲6-1平台三口井由于受油藏影响及自身作业条件限制，无法继续生产而关停，为了恢复该平台产能，须对三口井进行人工举升。若通过引WZ12-1PAP平台注气压缩机出口的高压天然气经海管至WZ6-1油田对该三口井进行气举，则需要在WZ12-1PAP与WZ6-1平台之间新铺设一条约12 km的海管。

涠洲6-1油田复产项目在可研阶段对该项目新铺设海管是采用常规钢管还是国产复合软管进行了对比。常规钢管铺管船费用高，每段钢管长度通常是12.2m，海上焊接检验工作量巨大，铺设周期长；而复合软管的铺设采用一般的动力定位船即可，铺设船只费用相对较便宜，另外复合软管因为是连续缠绕在绞盘上，整盘软管长度可达几千米，海上连接工作量很少，铺设周期短。本项目的对比结果表明，采用国产复合软管方案其工程投资可节省约5000万元人民币，因此确定该条海管采用国产复合软管。但国产复合软管还没有用于海上输气的先例，存在一定的技术风险，为确保国产复合软管满足本项目的要求并安全可靠地实施，项目组进行了大量的调研、论证、试验。笔者有幸参与了该项目，下面对国产复合软管在运输、铺设、运行方面需要考虑的问题以及解决方法进行总结，以供类似项目参考。

1 复合软管介绍

复合软管是由多种不同材料组成的，不同材料位于不同层，所起作用也各不相同，使软管的性能得到提高，特别是应用了金属材料，极大地提高了软管的性能。

国产复合软管一般由五层构成，由内向外依次为内衬层（聚乙烯）、金属增强层（钢带层）、隔离层、金属保护层（钢带层）、非金属保护层（聚乙烯）。所有这些层之间是非粘结的，可以相对滑移，如图1所示。

图1 国产复合软管剖面示意

2 复合软管的在位状态

复合软管在位状态主要需考虑三个问题，一是内压，二是内衬层外压压溃，三是垂向稳定性。

涠洲6-1平台三口井的气举压力为7 MPa，气举量为5万m3/d，根据海底管道水力计算结果，确定复合软管内径及压力参数如表1所示。

表1 复合软管参数

2.1 内压

从表1中可看出，复合软管在运行期间需要承受的最大内压为16.9 MPa，此外由于输送介质为高压气体，对于复合软管还需要考虑软管爆破压力大于等于39 MPa。复合软管结构复杂，无法准确模拟计算复合软管的承压能力，因此需要用试验的方法测定复合软管的承压能力。考虑可能出现的情况，需要进行如下试验，以验证复合软管能否满足本项目的压力要求。

2.1.1 静水压力试验

考虑水压测试应满足试验压力16.9 MPa的要求，需要对复合软管的承压能力进行验证。对复合软管试件充水打压，进行静水压力试验，同时在打压检验过程中需要时刻检测管道的伸长变形量，保证管道的变形不对管材的承压能力造成影响，试验装置见图2。

图2 静水压力试验装置示意

试验判断条件：在试验压力≥16.9 MPa情况下，根据API SPEC 17J规范的要求，稳压24 h，压降≤4%，复合软管无破坏、无泄漏，接头无变形和损坏。

2.1.2 静气体压力试验

考虑到管道的输送介质是气体，需要对复合软管在气体介质条件下的承压能力进行验证。

试验方法与静水压力试验方法类似，不同的是需要把打压设备换成气体增压泵，另外气体压力试验比较危险，需要在空旷的环境下，并且与人保持一定的安全距离。

试验判断条件：试验压力≥16.9 MPa，根据API SPEC 17J规范的要求，稳压24 h，压降≤4%，复合软管无破坏、无泄漏，接头无变形和损坏。

2.1.3 高温静水压力试验

考虑输送管道进口端的温度为55℃，需要对复合软管在高于此温度下的承压能力进行验证。

试验方法与静水压力试验方法不同的是需要把试件放入恒温水箱中，其他与静水压力试验一致。

试验判断条件：在70℃恒温水中，试验压力≥16.9 MPa，根据API SPEC 17J规范的要求，稳压24 h，压降≤4%，复合软管无破坏、无泄漏，接头无变形和损坏。

2.1.4 弯曲静水压力试验

考虑到复合软管在平台端有弯曲段，起膨胀弯作用，需要对复合软管在最小弯曲半径条件下的承压能力进行验证。

试验方法与静水压力试验方法基本一致，不同的是需要把复合软管试件弯曲，使其达到最小弯曲半径状态。

试验判断条件：在试验压力≥16.9 MPa情况下，根据API SPEC 17J规范的要求，稳压24 h，压降≤4%，复合软管无破坏、无泄漏，接头无变形和损坏。

2.1.5 爆破压力试验

为保障管道输送气体的安全，满足爆破压力39 MPa的要求，需要对复合软管的最高承压能力进行验证。

试验方法与静水压力试验方法相同，但是需要对试件缓慢加压直到试件破坏。

试验判断条件：在试验爆破压力超过39 MPa情况下，根据API RP 17B规范的要求，接头无变形和损坏。

2.2 内衬层压溃试验

在输送天然气过程中会发生透析现象，从而使得少量气体透过内衬层到达金属增强层，气体不断累积，可能会导致软管鼓包或破裂，为了解决此问题，在接头处设置泄压阀。泄压阀为单向阀，打开压力为0.7～0.8 MPa（考虑水深30~40 m)，关闭压力为0.6～0.7 MPa，在内输介质停止时，此时内衬层最大可能受到0.8 MPa的外压，因此需要对内衬层的抗外压能力进行验证。这里需要说明，由于涠洲海域水深基本在40 m以下，对于复合软管海底承受的外压不超过0.4 MPa，所以如果内衬层能承受外压0.7～0.8 MPa，那么复合软管的海底外压压溃问题就不存在了。

将内衬层作为试件，将试件装入密封装置中，试件两端与密封装置之间用密封圈密封，并用法兰拧紧，使密封装置内的试件外壁与装置之间形成环形密封空间，通过对环形空间充水打压进行试验。试验装置见图3。

试验判断条件：在试验压力＞0.8 MPa情况下，内管未出现屈曲变形即满足要求。

2.3 垂向稳定性分析

考虑复合软管埋在泥面以下，需要校核在运行期间管道下沉或者上浮的可能性，采用钢管常规的垂向稳定性计算方法即可验证复合软管是否满足要求。本项目的复合软管虽然是用于输送气体的，但其下沉均按管内充满水考虑，而上浮则按管内充满气体或者空气考虑。

图3 压溃试验装置示意

3 复合软管的运输

复合软管是缠绕在绞盘上整盘运输的（见图4），在海上每盘软管之间通过不锈钢接头焊接在一起。每盘软管的长度就决定了海上焊接不锈钢接头的数量，从而影响到海上施工周期。为了尽可能缩短海上施工周期，就要求每盘软管尽量长。而影响每盘软管长度的因素：一是绞盘直径，二是缠绕层数。

绞盘直径的大小取决于：

（1）运输工具。考虑汽车和船两种，显而易见汽车的尺寸和装载能力使得绞盘直径偏小，而船则可适应较大直径的绞盘，但是要用船直接装运整盘软管，需要把软管生产车间建在岸边。

（2）复合软管弯曲半径。绞盘的半径必须要大于复合软管允许的最小弯曲半径，以确保复合软管弯曲缠绕在绞盘上仍处于其弹性范围内，在引出绞盘时能立即恢复原始状态。复合软管的允许最小弯曲半径由试验测得，根据API RP 17B，复合软管弯曲变形的椭圆度应不大于3%，取一段复合软管试件，在不同弯曲半径下对其进行测量，测得椭圆度为3%时的弯曲半径即为允许的最小弯曲半径。

缠绕层数的多少取决于复合软管的抗挤压能力。绞盘内圈的复合软管受到外面几层复合软管自重产生的挤压作用，需要对此状态进行校核，确保内圈复合软管不会被压坏。

图4 软管绞盘

4 复合软管的铺设

本项目的复合软管适合采取边挖沟边铺设的方式。其海上铺设系统组成主要包括：埋设犁、脐带绞车、收放线器、排线器、张紧器、升降装置、门吊、数据采集系统等。铺设方案见图5，复合软管从绞盘引出，经过张紧器，从尾部的软管托架下海，在海底通过埋设犁的导引落入沟底。

图5 复合软管铺设示意

在铺设过程中，主要需关注三个问题，一是复合软管的轴向拉力，二是复合软管的弯曲半径，三是复合软管的水平横向稳定性。

4.1 复合软管的轴向拉力

根据铺设方案，需要对铺设过程中各种工况下（不同水深、高低潮位、弃管、拾管等）复合软管所受到的最大轴向拉力进行计算（力学模型见图6，可使用Zenriser等类似的软件模拟计算），通过控制软管入水角、软管尾倾斜角度、软管长度、软管入水点与着地点水平距离、锚链直径和长度、钢丝绳直径和长度、护揽水平距离，使得计算出的轴向拉力不超过允许最大轴向拉力（根据实际情况考虑一定的安全系数）。复合软管的允许最大轴向拉力通过轴向拉力试验测得：使用扣压机进行轴向拉力试验，根据API SPEC 17J要求，取伸长率小于4%时的试验拉力为复合软管的允许最大轴向拉力。

4.2 复合软管的弯曲半径

图6 铺设状态软管力学模型

根据铺设方案，需要找出在铺设过程中各种工况下复合软管可能出现的最小弯曲半径，使其大于允许最小弯曲半径，并且考虑一定的安全系数。如不满足，则需要控制4.1中所述参数，使其满足最小弯曲半径要求。

4.3 复合软管的水平横向稳定性

采用钢管常规的水平横向稳定性计算方法计算，即使用AGA软件进行水平横向稳定性分析。

5 结束语

对于本项目使用的国产复合软管，除了考虑以上主要问题以外，还考虑了很多细节问题，比如接头形式、接头材质、接头防腐、与立管的连接等，在本项目中这些问题都得到了很好的解决，确保了国产复合软管满足本项目要求，能够安全可靠地应用。目前本条复合软管已经铺设完成，并投入使用。涠洲6-1油田复产项目复合软管的成功应用，证明了国产复合软管在涠洲海域可以用于海上输气，为国产复合软管用于海上输气开辟了先例，也为降低海管铺设成本找到了新的途径。

[1]DNV-OS-F101-2000，Submarine Pipeline Systems[S].

[2]DNV RP E305-1998，On-bottom Stability Design[S].

[3]API SPEC 17J-1999，Specification for Unbonded Flexible Pipe, second edition[S].

[4]API RP 17B-2002，Recommended Practice for Flexible Pipe,third edition[S].

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.03.004

易涤非（1982-），男，重庆人，工程师，2004年毕业于天津大学，从事海洋固定式平台及海底管道设计工作。

2011-03-03