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深海海底管线卷管式铺设关键技术

成果与项目的背景及主要用途：海底油气资源开采包括探油、采油、运输等三大环节，海底管线是油气运输重要手段，目前深远海海底管线的铺设技术是制约我国深远海油气资源开采利用的关键瓶颈之一。海底管道是深水油气田开发工程建设的一个重要组成部分，须采用深水铺管作业船及船载铺管设备进行安装。目前国内还不具备该类工程船舶的设计能力，深水海底管道铺设技术的研究也刚刚起步，现有工程设计能力、设备状况和作业能力等都不能满足我国开发深海油气资源的战略发展要求。因此，对深水海底管道铺设技术的研究是非常必要的，也符合我国石油工业向深海进军的战略要求。卷管式铺管法是一种在陆地预制场地将管道接长，卷在专用滚筒上，然后送到海上进行铺设的方法。卷管式铺管法铺设效率高、费用低、可连续铺设、作业风险小。卷管式铺管船既可以用于深海，也可用于浅海，但是管道直径不宜过大。一般而言，因受自身承应力的限制，用于卷管式铺管的而言，因受自身承应力的限制，用于卷管式铺管的钢质管管径最大不能超过 406.4 mm。随着技术的进步，目前已有少数卷管式铺管船突破了这个限制。国内尚没有自主开发的卷管式铺管系统，由于核心技术的封锁，必须走消化吸收、自主研发的道路。在缺乏设计技术资料的情况下，开展实验室模拟试验工作，有助于更好地了解卷管式铺管过程，甄别核心影响因素，为自主设计研发卷管式铺管系统提供科学依据。技术原理与工艺流程简介： 1、开发大型的整管弯管模拟装置，能实现多次反复弯曲，建立管道反复弯曲大变形能力的测试方法； 2、研究确定大变形管道的焊接方法，开发高效焊接工艺； 3、研究管道焊接无损检测技术；天津大学科技成果选编 4、研究大变形焊接管道的性能评价方法，建立基于应变的工程临界评估技术。针对深海油气输送管道“卷管式”铺设，技术成果形成集焊接、检验、安全性评估为体系的大变形管道成套高效焊接解决方案。卷管式铺管法铺管效率高，费用低；适合于深水区域的管道铺设；卷管最大管径为 457.2mm，最大作业水深可达 1800m。卷管式铺管法首先在陆地上焊接管段，然后通过管道矫直器将管线造弯，并卷绕在专用滚筒上，装到铺管船上运至安装海域进行管道铺设。在铺设过程中，在张力作用下管线经过解绕、拉直，然后被送入海中。铺设流程：陆地焊接接长管道；造弯，卷绕到专用卷筒上，上船固定；解绕回弹；弯曲，进入穿串装置；拉直；J 型方式入海；海底着陆。在整个铺管流程中，管道经历了弯曲—回弹—弯曲—拉直的反复大变形过程，会导致环焊缝中的焊缝金属和熔合线在安装和运行过程中发生开裂，为确保管道卷绕过程中的完整性，需要解决以下关键问题：材料、焊接、工程临界设计与评估（ECA）、装备。技术水平及专利与获奖情况：南海深水油气资源的开发迫切需要我国发展卷管铺设技术，而卷管铺设过程中管道承受的反复大的塑性变形对管道环焊缝的性能造成不利的影响，发展卷管铺设技术必须解决管道的焊接和焊缝性能评价等问题。针对深海油气输送管道“卷管式”铺设，开发了整管弯曲装置，实现多次反复弯曲，模拟管道卷管式铺管过程所经历的循环塑性变形，确定管道的能承受的临界曲率半径；建立管道抵抗反复弯曲大变形能力的测试方法，形成弯管试验技术。建立基于应变的焊接管道工程临界评估（ECA）技术。应用前景分析及效益预测：目前，我国近浅海油气资源的开采已经接近饱和，开发深远海油气资源是必然的趋势，南海油气资源开采符合国家战略需求。项目实施可为我国开发南海深海油气资源奠定技术基础，大大提高我国在海洋装备制造业的国际竞争力。合作方式及条件：具体面议。

天津大学 2021-04-11