海底油氣管道是什么樣的？

      海管是鋪設在海底，連續輸送油、氣、水的管道。打個比方：海上的油氣設施都是一個個有價值的“點”，只有通過油氣管道這樣的“線”將“點”連接，才能構成完整的系統，發揮生產系統的整體價值。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象，膨脹彎管可以補償海管長度的變化。立管是海底處于垂直狀態的管道，連接海底平管與海上的生產設施。深水區立管通常以自由狀態立于水中，例如頂部預張力立管（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管匯的。根據油田產出物（油、氣、水）和產量的不同，選擇相應管徑和結構的海管，理論上產量越大，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構。電伴熱海管就給海管加上了“暖寶寶”。為了增加管道的穩定性，混凝土配重海管應運而生。

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

      有哪些鋪設海底管道的方法？

      完成一條海底管道，設計考慮因素繁多，而安裝施工更是要克服千難萬險。首先是作業環境處于海洋，不僅作業空間嚴重受限，海況的復雜多變也會給正常施工帶來極大的挑戰。另外，海底環境復雜，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管道那樣改造海底的地貌，所以無論在設計還是施工過程中，鋪設海底管道考慮的因素就非常復雜了。海底低溫、高壓、高鹽度、暗流涌動，水合物阻塞、管道腐蝕、沖擊損耗等難題會持續存在。這些問題的同時存在使得鋪設海底油氣管道不僅是工程難題，同時又是科學難題。

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

      （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、離岸遠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。在鋪管作業過程中，船上需要有3樣神器——張緊器、托管架和焊接作業線。張緊器用來固定海管，像是一個大夾子夾住海管。托管架則用來控制海管的鋪設方向。此外，受海上作業空間限制，鋪設海管需要一支專業的船隊相互配合完成施工，成本也要比同等情況下的陸地高出1～2倍。

      （3）在深水區進行鋪管作業，水深增加，導致施工難度呈指數級增長。海管長度增加，導致重量增加，需要鋪管船承受更大的張力，此時采用J-Lay方式施工。J-Lay（J型鋪設法）：海管以接近垂直的形態離開鋪管船，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域。

      （4）隨著新技術的不斷發展，海上鋪管作業形式也再不斷進步。對于管徑小、強度稍弱的海管，可以在陸地上制造好直接卷于滾筒上，使用鋪管船運至海上鋪設，這種作業方式稱為Reel-Lay（卷管式鋪管作業）。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，其轉動軸垂直于鋪管船甲板，采用S型鋪設（常用于淺水），常用于鋪設臍帶纜；而垂直式卷管鋪管船，其轉動軸與鋪管船甲板保持水平，采用J型鋪設，常用于深水。當然最終選擇哪種作業方式，不僅要考慮水深，還要結合作業周期、作業成本等綜合因素。

      海管在海底的鋪設步驟

      以最常見的S型鋪管作業方式為例，詳細介紹海底管道是如何建成的。

      （1）準備階段。準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。淺水區一般將起始接頭固定在導管架上，然后開始鋪管，這種方法比較經濟。

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

      （3）海管入水。鋪管船向前移船，海管入水。海管管端到達著泥點后，邊焊接邊鋪設，進入正常鋪管作業階段。當鋪管過程中遭遇惡劣天氣，或是突發其他意外情況影響到鋪設海管正常作業時，需要臨時棄管。棄管時要焊接臨時棄管頭，通過A/R絞車鋼絲連接。

      （4）結束平鋪管段作業。在海底管線鋪設到立管安裝位置附近時，結束鋪設作業，與棄管作業步驟相同。

      （5）立管、膨脹彎的連接。海管平鋪段作業結束，此時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。淺水區域可以人工潛水進行后續連接工作，水深大于50米時，采用飽和潛水作業。

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

      （7）海管保護和固定。海管沉放到海底后，波浪、海流以及附近船舶拋錨都會危及到海管的安全，影響最為嚴重的是漁業活動，漁船拋錨、漁網破壞法蘭連接點等等，所以需要采取一定的保護措施：①針對平管段，可以采用挖溝機挖溝掩埋。方法是挖溝機下放至海底，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、固定壓塊等保護措施。水泥墊塊、固定壓塊等制造、鋪設成本高，因此只在立管、膨脹彎管等連接處使用。

      （8）管道修復。即使保護再周全，也難以完全杜絕海管發生堵塞、泄露，失效的情況。一旦發生海管堵塞，可以先使用清管球進行清管作業。對于海管發生腐蝕、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。水深較淺區域，可以打撈上來重新焊接。海水較深區域，采用ROV水下作業，切斷海管，使用法蘭、卡箍等機械方式連接。至此，一條完整的海管鋪設作業順利結束。

      我國海底管道產業起步較晚，但經過20余年的發展，我國海底管道鋪設能力取得了長足的進步。據統計，我國海洋石油已經建成了81個油氣田，鋪設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已經具備7艘專業鋪管船，分別是HYSY201、HYSY      202、藍疆、濱海109、HYSY286、HYSY289和HYSY291。HYSY201是我國首條深水鋪管起重船，具有三條作業線，一條主線兩條輔線。其余鋪管船均為單作業線，并且作業線均在右舷。我國現有的鋪管船均采用S型鋪管法。

      目前國內淺水區域開發日趨飽和，未來趨勢是向南海深水發展。相比而言，美國墨西哥灣、北非和巴西水域水深較深，相關企業很早就開展了深水技術的研究，這些國家深水鋪管技術已經較為成熟。而中國海洋油氣事業一直集中于淺水，作業階段S-Lay鋪管技術應用較多。隨著近幾年張緊器扭矩能力的提升，S-Lay鋪管水深作業能力在不斷進步，但Reel-Lay和J-Lay施工技術才是開發深水重點研究的方向。