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海油观察

呵护深水海管 助力深水开发
发布日期:2019-02-18 浏览次数: 信息来源:中国海洋石油报 字号:[ ]
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编者按

海底管道被誉为油气田开发的能源大动脉,随着海上勘探开发在更深层更深水不断取得新突破,海底管道挺进深水第一线,成为深水工程设施之间的重要纽带,其健康直接关系着深水能源开采安全,同时事关后期人力物力等维护成本。

妙手防治除顽疾

◆水深的“量”带来“质”的风险挑战,如何应对能源动脉的各种“疑难杂症”?研究总院的海管工程师“pipe酱”化身“海管医师”,从防治深水油田海管“高血脂”、深水气田海管“急性栓塞”、海管“胃酸”等角度,向你讲述了深水“能源动脉”的健康秘密。

我是pipe酱,是中海油研究总院有限责任公司(简称研究总院)一名“海管医师”。我的工作是保障海底管道健康,避免高昂的后期人力物力投入。“凡事预则立”,研究总院的工程师们把保障“能源动脉”健康想在设计前端,快来和我一起看看他们的高招吧。

深水油田海管:防治结合,拯救“高血脂”

一床的“海管病号”是个来自深水高含蜡油田的“大胖子”,它得了“高血脂”。

所谓病从口入,海底管道的“高血脂”自然也是从海管入口而来。我们再进一步追本溯源,“高血脂”最大的来源就是地下开采的原油。咱们国内油田的原油大多都自带“三高”属性:高含蜡、高含胶质、高含沥青质,这些“三高”物质输入到海管中,很快就导致海管出现“高血脂”症状。当流体温度降低至析蜡温度以下时,原油中的蜡就会在海管内壁形成沉积,极易引发海管内沉积物堵塞管道,形成类似人体动脉硬化中的“粥样硬化”现象。因为深水油田所在海域海水温度低,“高血脂”在深水油田管道中尤为突出。

在漫长的运行过程中,管道中的蜡、胶质、沥青质以及其他固体杂质沉积层不断叠加,会进一步引发海底管道的各种不健康症状,如“高血压”(管道输送压力升高)、“冠心病”(管道输送流量下降,工艺处理系统无法正常工作)、“脑梗塞”(工艺处理设备淤塞导致停产)。与人体病理相通,无论以上哪种症状,都会对管道本身及油田生产造成不利影响,引发致命的危险。

为治愈“大动脉”并发症,研究总院开出“预防为主+定期诊疗”的妙方,从源头杜绝“高血脂”疾病,做好“流动保障”。

“在设计及运行阶段,尽量避免管内流体温度降低至析蜡温度区间,如采取增加外保温层等措施,防止蜡的析出与沉积。”研究总院海管工艺首席工程师陈宏举说。

除此之外,在管道中注入防蜡剂也是解决“高血脂”沉积的“特效药”,可以有效降低蜡在管道中的沉积速率。

当管道沉积引发管道堵塞时,我们就要用专业疏通工具。这个专业疏通工具叫清管器,它有个洋气的英文名叫pig,大家也亲切地称之为“猪”,它有不同称呼,比如泡沫猪、机械猪、测径猪等。

研究总院刚刚诊断的流花16-2油田,就是典型的深水高含蜡油田。油田管道因距离长、温降快导致蜡沉积的问题严峻,常规的外加保温层方案费用昂贵,科研人员设计采用了“注防蜡剂+定期清管”的方案,经济有效地解决了“高血脂”问题。

深水气田海管:“急性栓塞”危害大,防栓溶栓有高招

二床“海管病号”来自深水气田,它得了“急性动脉栓塞”。

海底管道系统的“栓塞”是由管道内部形成的天然气水合物引起的。水合物是轻烃和游离水在高压、低温环境下形成类似雪的一种固体结晶物。从这个定义就可以看出,轻烃(甲烷、乙烷、丙烷等)、游离水、较高的压力和较低的温度是水合物生成的必要条件。由于深水气田主要输送的是轻烃,同时具有高压低温的特殊操作环境,十分容易形成水合物。水合物的风险管理成为深水气田水下生产系统流动安全的关键问题。

杜绝水合物的生成是防治天然气水合物最根本和最安全的策略。“预先脱水,添加热力学抑制剂(甲醇、乙二醇等)、添加动力学抑制剂、添加防聚剂、管道伴热和加热技术。”陈宏举开出了几剂行之有效的良方。在最近的陵水17-2深水气田开发方案中,科研人员采用了“加热力学抑制剂”的方法来防止水合物生成,降低海底管道内水合物的生成风险。

水合物一旦在管道中形成,其解堵将是一个复杂且有风险的工作。由于解堵的过程会吸收大量的热,往往解决水合物堵塞后,又会导致游离水的结冰,再次引发堵塞。“溶栓手术”必须慎之又慎,科研人员开出的解堵方子是“注入药剂+小幅降压法”,除了注入药剂外,还对堵塞块两侧进行小幅降压。通过预先设置的放空管线,巧妙地将生产流体引入到其他生产管线或者管汇中,实现水合物的安全解堵。

海管“胃酸”源头治,“软”“硬”兼施防穿孔

三床的“海管病号”最近闹了“胃酸胃痛”的毛病。

海底管道里也有酸性气体,比如二氧化碳、硫化氢等。这些酸性气体在一定条件下将严重腐蚀管道,并造成腐蚀穿孔。这在“临床”上很常见,据统计,因腐蚀造成的海底管道维修数量占到全部维修数量的三分之一以上。腐蚀是影响海底管道使用寿命的关键因素,一旦管道腐蚀穿孔就会造成油气泄漏,不仅会直接导致停产维修,造成巨大经济损失,还可能会引发污染环境等安全环保事故,危害性极大。

如何防止“胃酸过多”造成穿孔,这就需要给海底管道提前把脉。比如,在源头上探明二氧化碳、硫化氢等腐蚀性气体到底有多少,能否减少这些腐蚀性气体?“分离、脱硫都是很好的源头治理方式,从源头上减少酸性气体进入到海底管道中。”研究总院防腐首席工程师常炜解释说,“除了酸性气体,温度、PH值、流速等都是确定腐蚀风险的直接影响因素。”

发现腐蚀风险后怎么防控?常炜采取的是“软硬”兼施的办法。如果海底管道腐蚀风险中等,除了增加碳钢管材本身的壁厚外,可辅以缓蚀剂、PH值稳定剂等药剂防护。缓蚀剂是预防碳钢海底管道腐蚀的灵丹妙药之一,只要加入0.01%左右的缓蚀剂,即可有效预防腐蚀发生。一方面,它可以吸附在管道表面,改变管道与内部流体接触的界面结构,减缓管材本身的腐蚀;另一方面,它还可以在管道表面形成一层疏水薄膜,阻止物质转移,进而减缓腐蚀进程。如果腐蚀风险很大,那就要采取“硬”手段:在海底管道内部加一层不锈钢或镍基合金等耐腐蚀的硬质金属,以确保海底管道的“金刚不坏之身”。

“在荔湾3-1深水气田海管设计中,我们就采用了‘软硬’兼施的办法:前半段采取‘硬’手段,后半段采取‘软’手段,既确保了安全性,又兼顾了经济性。”常炜介绍说。(周良胜 胡丽华 王军)

加快深水海管国产化

◆深水立管的管材国产化是一个系统工程,需要从标准制定、疲劳等试验能力的建立、管材制造检验能力等进行全方位的研究。

海底管道是海上油(气)田开发生产系统的重要组成部分,分分彩投注平台目前铺设的海底管道总长度已超过6000公里。经过“十一五”“十二五”的攻关研究与应用,我国海底管道经历了从浅水到深水、从进口到国产的发展历程。目前我国浅水开发所用的海底管道材料已逐渐国产化,从最初的无缝管、直缝埋弧焊管和高频电阻焊管国产化,到具有防腐蚀能力的复合管,国产化管道材料几乎适应了大部分条件下的应用。近年来,更多的新型管材实现了国产化以满足特殊项目需求,如荔湾项目成功开发并应用了超大壁厚直缝埋弧焊管。

由于全球能源需求的日益增长,我国海洋油气资源的开发已大踏步向深水推进,新的难度更大的需求又摆在我们面前。

深水立管是我国深海油气田开发的必备设施。恶劣的深海服役工况和复杂的作业因素对深水立管管材的强度、塑性、韧性、可焊性、疲劳性能、耐蚀性、抗压溃性以及钢管外观几何尺寸精度等提出更高要求。由于我国深水油气田开发处于起步阶段,应对南海复杂和恶劣海洋环境的深水工程能力与经验积累不足,缺乏深水油气田工程运营经验,对于深水立管材料缺少设计、制造、应用经验,所以,目前深水立管这种高端产品只能从国外厂家进口。除了管材,还有很多专用的配件,如应力接头、丝扣接头、缓波形立管所用的浮力装置等,也急需进行国产化。这些问题严重制约我国深水油气田开发。

深水立管的管材国产化是一个系统工程,需要从标准制定、疲劳等试验能力的建立、管材制造检验能力等进行全方位的研究,国外大型石油公司,如道达尔、壳牌等,一般都有符合公司实际情况的立管管材性能指标、焊接及试验标准及技术体系,相应的生产厂家也有较为完善的试验、制造体系。

因此,我国深水油气开发及国产化,任重道远,充分发挥集团优势,是攻克一系列技术难题的宝贵经验。自主创新研究,推进国产化进程是公司实现海底管道高质量发展的必由之路。(作者 贾旭 系研究总院工程研究设计院副院长)

群策群力 将“维稳”做到前端

对于已经出现悬跨的管道,垫沙包、抛石掩埋、安装支撑等方式都是后期可以采取的补救措施,但无一例外会导致高昂的维护费用。因此如何防止管道“失稳”成为重要的研究课题。

管道悬跨通常是由海流冲刷导致,因为波浪力、管道和土壤的动态作用等各种因素造成某段管道悬空,最终会导致管道“失稳”,出现疲劳断裂等损伤事故。在深水、滩涂、较硬土壤等特殊环境条件下,由于冲刷深度、冲刷长度、冲刷扩展等数据均是基于经验公式,现有的稳定性分析方法存在一定的不确定性。

为了解决设计前期管道稳定性分析问题,各大国际石油公司采用了工业联合国际合作项目的方式,通过少量的资金投入,就共同关注的海底管道问题开展研究,进而共享研究成果。

比如,在管道悬跨上,挪威海洋技术研究所专家会诊就集齐了来自挪威海洋技术研究所、壳牌等各家公司的专家。在三年的会诊期内,这些专家们获得了精确的海底管道侧向屈曲分析方法、管土耦合分析方法等,从而形成了满足海管稳定性要求的研究方案。(景海泳 贾鲁生 黄俊)

“内外”兼修 建海管健康档案

海底管道定期维保必不可少,而探明海底管道运行状态是海底管道维保的第一步。中医讲究望闻问切,看不见摸不着的海底管道又是如何做“体检”呢?

首先做的是“内科”检查。对此,通常会事先在海管出入口设置腐蚀挂片和腐蚀探针,通过试片的腐蚀情况,大致判断海管本身的腐蚀程度。当前,越来越多的海管出入口还设置有旁路式腐蚀监测系统。

对于腐蚀比较严重的管道,一般采取海底管道智能猪检测。智能猪在海管内部从入口到出口跑一趟就可以将海底管道内部的腐蚀摸得一清二楚。此外,针对不同的管道,我们可以采用漏磁内检测器、超声波测厚技术和涡流技术等多种技术。

其次要做的就是“外科”检查。ROV(水下机器人)是外科检查的重要利器。通过GPS定位技术,ROV可以携带彩色摄像头,沿着管道路由方向沿途检查。管道悬跨是最重要的检查项目,如果有一段长距离的管道悬于海床之上,将影响海底管道稳定性,外科检测可精确测量悬跨的高度和管道长度。

“内外”兼修的体检建立起各条海底管道的健康档案,通过海底管道完整性管理和大数据分析,使智能化调控管理成为可能。(余晓毅 常炜 路宏)







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发布日期:2019-02-18 信息来源:中国海洋石油报

编者按

海底管道被誉为油气田开发的能源大动脉,随着海上勘探开发在更深层更深水不断取得新突破,海底管道挺进深水第一线,成为深水工程设施之间的重要纽带,其健康直接关系着深水能源开采安全,同时事关后期人力物力等维护成本。

妙手防治除顽疾

◆水深的“量”带来“质”的风险挑战,如何应对能源动脉的各种“疑难杂症”?研究总院的海管工程师“pipe酱”化身“海管医师”,从防治深水油田海管“高血脂”、深水气田海管“急性栓塞”、海管“胃酸”等角度,向你讲述了深水“能源动脉”的健康秘密。

我是pipe酱,是中海油研究总院有限责任公司(简称研究总院)一名“海管医师”。我的工作是保障海底管道健康,避免高昂的后期人力物力投入。“凡事预则立”,研究总院的工程师们把保障“能源动脉”健康想在设计前端,快来和我一起看看他们的高招吧。

深水油田海管:防治结合,拯救“高血脂”

一床的“海管病号”是个来自深水高含蜡油田的“大胖子”,它得了“高血脂”。

所谓病从口入,海底管道的“高血脂”自然也是从海管入口而来。我们再进一步追本溯源,“高血脂”最大的来源就是地下开采的原油。咱们国内油田的原油大多都自带“三高”属性:高含蜡、高含胶质、高含沥青质,这些“三高”物质输入到海管中,很快就导致海管出现“高血脂”症状。当流体温度降低至析蜡温度以下时,原油中的蜡就会在海管内壁形成沉积,极易引发海管内沉积物堵塞管道,形成类似人体动脉硬化中的“粥样硬化”现象。因为深水油田所在海域海水温度低,“高血脂”在深水油田管道中尤为突出。

在漫长的运行过程中,管道中的蜡、胶质、沥青质以及其他固体杂质沉积层不断叠加,会进一步引发海底管道的各种不健康症状,如“高血压”(管道输送压力升高)、“冠心病”(管道输送流量下降,工艺处理系统无法正常工作)、“脑梗塞”(工艺处理设备淤塞导致停产)。与人体病理相通,无论以上哪种症状,都会对管道本身及油田生产造成不利影响,引发致命的危险。

为治愈“大动脉”并发症,研究总院开出“预防为主+定期诊疗”的妙方,从源头杜绝“高血脂”疾病,做好“流动保障”。

“在设计及运行阶段,尽量避免管内流体温度降低至析蜡温度区间,如采取增加外保温层等措施,防止蜡的析出与沉积。”研究总院海管工艺首席工程师陈宏举说。

除此之外,在管道中注入防蜡剂也是解决“高血脂”沉积的“特效药”,可以有效降低蜡在管道中的沉积速率。

当管道沉积引发管道堵塞时,我们就要用专业疏通工具。这个专业疏通工具叫清管器,它有个洋气的英文名叫pig,大家也亲切地称之为“猪”,它有不同称呼,比如泡沫猪、机械猪、测径猪等。

研究总院刚刚诊断的流花16-2油田,就是典型的深水高含蜡油田。油田管道因距离长、温降快导致蜡沉积的问题严峻,常规的外加保温层方案费用昂贵,科研人员设计采用了“注防蜡剂+定期清管”的方案,经济有效地解决了“高血脂”问题。

深水气田海管:“急性栓塞”危害大,防栓溶栓有高招

二床“海管病号”来自深水气田,它得了“急性动脉栓塞”。

海底管道系统的“栓塞”是由管道内部形成的天然气水合物引起的。水合物是轻烃和游离水在高压、低温环境下形成类似雪的一种固体结晶物。从这个定义就可以看出,轻烃(甲烷、乙烷、丙烷等)、游离水、较高的压力和较低的温度是水合物生成的必要条件。由于深水气田主要输送的是轻烃,同时具有高压低温的特殊操作环境,十分容易形成水合物。水合物的风险管理成为深水气田水下生产系统流动安全的关键问题。

杜绝水合物的生成是防治天然气水合物最根本和最安全的策略。“预先脱水,添加热力学抑制剂(甲醇、乙二醇等)、添加动力学抑制剂、添加防聚剂、管道伴热和加热技术。”陈宏举开出了几剂行之有效的良方。在最近的陵水17-2深水气田开发方案中,科研人员采用了“加热力学抑制剂”的方法来防止水合物生成,降低海底管道内水合物的生成风险。

水合物一旦在管道中形成,其解堵将是一个复杂且有风险的工作。由于解堵的过程会吸收大量的热,往往解决水合物堵塞后,又会导致游离水的结冰,再次引发堵塞。“溶栓手术”必须慎之又慎,科研人员开出的解堵方子是“注入药剂+小幅降压法”,除了注入药剂外,还对堵塞块两侧进行小幅降压。通过预先设置的放空管线,巧妙地将生产流体引入到其他生产管线或者管汇中,实现水合物的安全解堵。

海管“胃酸”源头治,“软”“硬”兼施防穿孔

三床的“海管病号”最近闹了“胃酸胃痛”的毛病。

海底管道里也有酸性气体,比如二氧化碳、硫化氢等。这些酸性气体在一定条件下将严重腐蚀管道,并造成腐蚀穿孔。这在“临床”上很常见,据统计,因腐蚀造成的海底管道维修数量占到全部维修数量的三分之一以上。腐蚀是影响海底管道使用寿命的关键因素,一旦管道腐蚀穿孔就会造成油气泄漏,不仅会直接导致停产维修,造成巨大经济损失,还可能会引发污染环境等安全环保事故,危害性极大。

如何防止“胃酸过多”造成穿孔,这就需要给海底管道提前把脉。比如,在源头上探明二氧化碳、硫化氢等腐蚀性气体到底有多少,能否减少这些腐蚀性气体?“分离、脱硫都是很好的源头治理方式,从源头上减少酸性气体进入到海底管道中。”研究总院防腐首席工程师常炜解释说,“除了酸性气体,温度、PH值、流速等都是确定腐蚀风险的直接影响因素。”

发现腐蚀风险后怎么防控?常炜采取的是“软硬”兼施的办法。如果海底管道腐蚀风险中等,除了增加碳钢管材本身的壁厚外,可辅以缓蚀剂、PH值稳定剂等药剂防护。缓蚀剂是预防碳钢海底管道腐蚀的灵丹妙药之一,只要加入0.01%左右的缓蚀剂,即可有效预防腐蚀发生。一方面,它可以吸附在管道表面,改变管道与内部流体接触的界面结构,减缓管材本身的腐蚀;另一方面,它还可以在管道表面形成一层疏水薄膜,阻止物质转移,进而减缓腐蚀进程。如果腐蚀风险很大,那就要采取“硬”手段:在海底管道内部加一层不锈钢或镍基合金等耐腐蚀的硬质金属,以确保海底管道的“金刚不坏之身”。

“在荔湾3-1深水气田海管设计中,我们就采用了‘软硬’兼施的办法:前半段采取‘硬’手段,后半段采取‘软’手段,既确保了安全性,又兼顾了经济性。”常炜介绍说。(周良胜 胡丽华 王军)

加快深水海管国产化

◆深水立管的管材国产化是一个系统工程,需要从标准制定、疲劳等试验能力的建立、管材制造检验能力等进行全方位的研究。

海底管道是海上油(气)田开发生产系统的重要组成部分,分分彩投注平台目前铺设的海底管道总长度已超过6000公里。经过“十一五”“十二五”的攻关研究与应用,我国海底管道经历了从浅水到深水、从进口到国产的发展历程。目前我国浅水开发所用的海底管道材料已逐渐国产化,从最初的无缝管、直缝埋弧焊管和高频电阻焊管国产化,到具有防腐蚀能力的复合管,国产化管道材料几乎适应了大部分条件下的应用。近年来,更多的新型管材实现了国产化以满足特殊项目需求,如荔湾项目成功开发并应用了超大壁厚直缝埋弧焊管。

由于全球能源需求的日益增长,我国海洋油气资源的开发已大踏步向深水推进,新的难度更大的需求又摆在我们面前。

深水立管是我国深海油气田开发的必备设施。恶劣的深海服役工况和复杂的作业因素对深水立管管材的强度、塑性、韧性、可焊性、疲劳性能、耐蚀性、抗压溃性以及钢管外观几何尺寸精度等提出更高要求。由于我国深水油气田开发处于起步阶段,应对南海复杂和恶劣海洋环境的深水工程能力与经验积累不足,缺乏深水油气田工程运营经验,对于深水立管材料缺少设计、制造、应用经验,所以,目前深水立管这种高端产品只能从国外厂家进口。除了管材,还有很多专用的配件,如应力接头、丝扣接头、缓波形立管所用的浮力装置等,也急需进行国产化。这些问题严重制约我国深水油气田开发。

深水立管的管材国产化是一个系统工程,需要从标准制定、疲劳等试验能力的建立、管材制造检验能力等进行全方位的研究,国外大型石油公司,如道达尔、壳牌等,一般都有符合公司实际情况的立管管材性能指标、焊接及试验标准及技术体系,相应的生产厂家也有较为完善的试验、制造体系。

因此,我国深水油气开发及国产化,任重道远,充分发挥集团优势,是攻克一系列技术难题的宝贵经验。自主创新研究,推进国产化进程是公司实现海底管道高质量发展的必由之路。(作者 贾旭 系研究总院工程研究设计院副院长)

群策群力 将“维稳”做到前端

对于已经出现悬跨的管道,垫沙包、抛石掩埋、安装支撑等方式都是后期可以采取的补救措施,但无一例外会导致高昂的维护费用。因此如何防止管道“失稳”成为重要的研究课题。

管道悬跨通常是由海流冲刷导致,因为波浪力、管道和土壤的动态作用等各种因素造成某段管道悬空,最终会导致管道“失稳”,出现疲劳断裂等损伤事故。在深水、滩涂、较硬土壤等特殊环境条件下,由于冲刷深度、冲刷长度、冲刷扩展等数据均是基于经验公式,现有的稳定性分析方法存在一定的不确定性。

为了解决设计前期管道稳定性分析问题,各大国际石油公司采用了工业联合国际合作项目的方式,通过少量的资金投入,就共同关注的海底管道问题开展研究,进而共享研究成果。

比如,在管道悬跨上,挪威海洋技术研究所专家会诊就集齐了来自挪威海洋技术研究所、壳牌等各家公司的专家。在三年的会诊期内,这些专家们获得了精确的海底管道侧向屈曲分析方法、管土耦合分析方法等,从而形成了满足海管稳定性要求的研究方案。(景海泳 贾鲁生 黄俊)

“内外”兼修 建海管健康档案

海底管道定期维保必不可少,而探明海底管道运行状态是海底管道维保的第一步。中医讲究望闻问切,看不见摸不着的海底管道又是如何做“体检”呢?

首先做的是“内科”检查。对此,通常会事先在海管出入口设置腐蚀挂片和腐蚀探针,通过试片的腐蚀情况,大致判断海管本身的腐蚀程度。当前,越来越多的海管出入口还设置有旁路式腐蚀监测系统。

对于腐蚀比较严重的管道,一般采取海底管道智能猪检测。智能猪在海管内部从入口到出口跑一趟就可以将海底管道内部的腐蚀摸得一清二楚。此外,针对不同的管道,我们可以采用漏磁内检测器、超声波测厚技术和涡流技术等多种技术。

其次要做的就是“外科”检查。ROV(水下机器人)是外科检查的重要利器。通过GPS定位技术,ROV可以携带彩色摄像头,沿着管道路由方向沿途检查。管道悬跨是最重要的检查项目,如果有一段长距离的管道悬于海床之上,将影响海底管道稳定性,外科检测可精确测量悬跨的高度和管道长度。

“内外”兼修的体检建立起各条海底管道的健康档案,通过海底管道完整性管理和大数据分析,使智能化调控管理成为可能。(余晓毅 常炜 路宏)




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