海底管道工程01概論第一頁，共50頁。課程概況本課程為船舶與海洋工程專業(yè)學(xué)生的必修課程。主要任務(wù)是使同學(xué)們了解海底管線的環(huán)境影響因素與管線的設(shè)計原理。其目標(biāo)是使學(xué)生們具有從事海洋工程設(shè)計、施工和管理等工作的專業(yè)知識，并為深入學(xué)習(xí)和研究打下良好基礎(chǔ)。學(xué)時34,學(xué)分2考試形式：筆試，閉卷海底管道工程中國海洋大學(xué)海工系張兆德2第二頁，共50頁。本課程主要內(nèi)容1.概論2.海洋管道工藝設(shè)計與計算3.海洋管道的環(huán)境載荷及穩(wěn)定性設(shè)計4.海洋管道結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算5.海洋管道的立管設(shè)計6.海洋管道的安裝與施工7.海洋管道的防腐8.海洋管道的現(xiàn)場施工與安裝工藝9.海底管道的設(shè)計要求和技術(shù)規(guī)范10.海底管道的缺陷檢測與維修11.海底管道的工況調(diào)節(jié)12.海底管線的維護(hù)保養(yǎng)海底管道工程3第三頁，共50頁。第1章概論管道運輸是世界上第四種運輸方式。海底輸油氣管道是海上油氣田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分。它是連續(xù)地輸送大量油氣最快捷、最安全和經(jīng)濟(jì)可靠的運輸方式。近幾十年來，海底輸油氣管道實際上已經(jīng)成為廣泛應(yīng)用于海洋石油工業(yè)的一種有效運輸手段。海底管道工程中國海洋大學(xué)海工系張兆德4第四頁，共50頁。1.1海底管道工程的發(fā)展據(jù)資料介紹，經(jīng)過幾十年的不斷建設(shè)，美國墨西哥灣已經(jīng)建成長達(dá)約37000km的海底管道，將該海域3800多座大小平臺和沿岸的油氣處理設(shè)施連成一張四通八達(dá)的海底管網(wǎng)，為經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)墨西哥灣的石油資源，發(fā)揮了巨大作用。這些管道直徑由51mm(2in)到1321mm(52in)之間。鋪設(shè)在幾米到數(shù)百米深的海底。在歐洲的北海，近30多年來，由于許多大型天然氣田的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)，使遠(yuǎn)距離輸送并銷售天然氣至西歐各國的海底管道建設(shè)發(fā)展迅速，現(xiàn)已建成上萬公里的國際輸氣管網(wǎng)。第1章概論中國海洋大學(xué)海工系張兆德5第五頁，共50頁。1.1海底管道工程的發(fā)展（續(xù)）我國海洋石油經(jīng)過近20多年的開發(fā)，據(jù)統(tǒng)計到目前為止，已經(jīng)建成的海底管道超過2000km。其中渤海8個油（氣）田建成的海底管道累計超過200km。南海13個油（氣）田鋪設(shè)的海底管道累計超過1000km，其中從海南島近海某氣田至香港的一條直徑711mm的海底輸氣管道長達(dá)800km左右，是我國目前最長的一條海底管道。另外，東海某氣田到上海附近鋪設(shè)的一條輸油、一條輸氣海底管道共751km，也于1999年投入運行。第1章概論6第六頁，共50頁。中國近海油氣田分布圖7第七頁，共50頁。

勝利埕島油田位于渤海灣南部的淺海和極淺海海域，與埕島西合作開發(fā)塊緊鄰。

我國第一個年生產(chǎn)原油200多萬噸海上油田。

勝利埕島油田開發(fā)8第八頁，共50頁。勝利工程設(shè)計公司從1986年開始進(jìn)行埕島油田開發(fā)工程的規(guī)劃、設(shè)計、研究。平臺：88座海管：160公里海纜：165公里勝利埕島油田開發(fā)9第九頁，共50頁。1.1.1海底管道的優(yōu)點:可以連續(xù)輸送，幾乎不受環(huán)境條件的影響，不會因海上儲油設(shè)施容量限制或穿梭油輪的接運不及時而迫使油田減產(chǎn)或停產(chǎn)。故輸油效率高，運油能力大。另外海底管道鋪設(shè)工期短，投產(chǎn)快，管理方便和操作費用低。10第十頁，共50頁。1.1.2海底管道的缺點：管道處于海底，多數(shù)又需要埋設(shè)于海底土中一定深度，檢查和維修困難，某些處于潮差或波浪破碎帶的管段（尤其是立管），受風(fēng)浪、潮流、冰凌等影響較大，有時可能被海中漂浮物和船舶撞擊或拋錨遭受破壞。11第十一頁，共50頁。1.2海底管道的工程規(guī)劃根據(jù)海上油田開發(fā)方案中所擬定的生產(chǎn)系統(tǒng),即井的布置、平臺、海底井口、陸上設(shè)施的位置，以及被輸送介質(zhì)的種類（油、氣、水）、特性和是輸送量，再根據(jù)海區(qū)的工程地質(zhì)、水文氣象、登陸點的位置等，初步選擇所要鋪設(shè)的海底管道的類型、軸線位置以及各類管道的長度、管徑、結(jié)構(gòu)形式、施工方法和工程進(jìn)度計劃，估算每年的投資額和作業(yè)費以及整個工程造價。第1章概論中國海洋大學(xué)海工系張兆德12第十二頁，共50頁。1.2.1海底管道的結(jié)構(gòu)示意圖從結(jié)構(gòu)上看可劃分為單層管道雙重保溫管道三重保溫管道13第十三頁，共50頁。1.2.2海底管道的分類A海底管道按輸送介質(zhì)可劃分為海底輸油管道海底輸氣管道海底油氣混輸管道海底輸水管道等14第十四頁，共50頁。1.2.2海底管道的分類(續(xù))B海底管道按工作范圍可分為：1.出流管道:連接井口與平臺間,依靠地下油氣層壓力輸送介質(zhì);管徑通常在100-254mm.2.油（氣）集輸管道：一般用于輸送匯集海上油（氣）田的產(chǎn)出液，包括油、氣、水等混合物。通常連接于井口平臺（或水下井口）至處理平臺之間，處理平臺（或水下井口）至單點系泊之間,工作壓力6.9-9.7MPa,直徑為203-406mm。3.油（氣）外輸管道(長輸管道)：一般用于輸送經(jīng)處理后的原油或天然氣，通常連接于海上油（氣）田的處理平臺至陸上石油終端之間。直徑為406-1016mm.4.裝卸管道:平臺與裝油設(shè)施之間,輸送液態(tài)油類.15第十五頁，共50頁。FPSO16第十六頁，共50頁。圖1：我國南海某油田群的油氣集輸管道17第十七頁，共50頁。圖2我國南海某氣田長距離外輸管道

18第十八頁，共50頁。1.2.3確定海底管道線路的原則1.要滿足生產(chǎn)工藝和總體規(guī)劃的要求；2.使線路和起點至終點的距離最短最合理；3.線路力求平直，盡量避免深溝、礁石區(qū)、活動斷層、軟弱滑動土層和嚴(yán)重沖刷或淤積。4.盡量避開繁忙航道、水產(chǎn)捕撈和船舶拋錨區(qū)。5.長輸管道與海底障礙物的水平距離不小于500m,距其它管道或電纜不小于30m，交叉時垂直距離不小于30cm。6.管道的登陸點極為重要，它與岸坡地質(zhì)地貌、風(fēng)浪襲擊方位、陸地占地面積和施工條件等因素有關(guān)。19第十九頁，共50頁。1.2.4不適合使用海底管道的情況由于建設(shè)長距離的海底輸油（氣）管道，需要巨額投資，因此決策之前，必須要與油輪外輸方式作經(jīng)濟(jì)對比。但是在下列情況下，通常不宜鋪設(shè)海底管道：1.油田離岸很遠(yuǎn)或?qū)儆谶呺H油田；油田沒有后繼儲量作為補(bǔ)充；2.海底有天然障礙而不能鋪設(shè)管道；3.長距離輸送高凝固點和高粘度原油。20第二十頁，共50頁。1.3海底管道工程術(shù)語1海底管道(submarinepipeline)：最大潮汐期間，全部或部分位于水面以下的管道。2立管（riser）：連接海底管道與平臺生產(chǎn)設(shè)備之間的管段（包括底部的膨脹彎管）。3管道附件(accessories)：與管道或立管組裝成一個整體系統(tǒng)和零部件，如彎頭、法蘭、三通、閥門和固定卡等。4海底管道系統(tǒng)：用于輸送油氣的管道系統(tǒng)工程設(shè)施的所有組成部分，包括海底管道、立管、水面上的棧橋管道、支撐構(gòu)件、管道附件、防腐系統(tǒng)、加重層及穩(wěn)定系統(tǒng)、泄漏監(jiān)測系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、應(yīng)急關(guān)閉系統(tǒng)等。第1章概論21第二十一頁，共50頁。1.3海底管道工程術(shù)語（續(xù)）5一區(qū)：距生產(chǎn)平臺500m以外的海床地段二區(qū)：距生產(chǎn)平臺500m以內(nèi)的海床地段6設(shè)計高/低水位：歷史累積頻率1%/98%的潮位（或高潮累積頻率10%/低潮累積頻率90%）7校核高/低水位：重現(xiàn)期為50一遇的高/低潮位。8飛濺區(qū)：以高天文潮位加上100年一遇波高的65%為上限，以低天文潮位減去100年一遇波高的35%為下限的海平面區(qū)間。飛濺區(qū)以上為大氣區(qū)，以下為淹沒區(qū)。中國海洋大學(xué)海工系張兆德22第二十二頁，共50頁。9管道安裝期（施工狀態(tài)）：全部安裝完成前的各種狀態(tài)，如運輸、吊裝、拖曳、鋪設(shè)、埋置及檢修測試等。10管道運行期（在位狀態(tài)）：管道安裝完成后的狀態(tài)，包括運行和維護(hù)狀態(tài)。11約束管道受固定支座或管道與土壤摩擦力的約束，而在軸向不能膨脹或收縮的管道。12非約束管道沒有相應(yīng)軸向約束的管道。23第二十三頁，共50頁。13內(nèi)壓與設(shè)計內(nèi)壓：管道內(nèi)部的壓力為內(nèi)壓。設(shè)計內(nèi)壓為正常流動或靜力條件下，管道內(nèi)任一點最大內(nèi)壓力與最小外壓力之差。14外壓與設(shè)計外壓：管道外部的壓力為外壓。設(shè)計外壓是指管道任一點最大外壓力與最小內(nèi)壓力之差。15試驗壓力施工完成后或適當(dāng)運行后，施加于管道、容器和各種部件上的規(guī)定的壓力。16強(qiáng)度試驗壓力為進(jìn)行強(qiáng)度檢驗施加的數(shù)值大于試驗壓力、而且持續(xù)時間短的壓力。24第二十四頁，共50頁。1.4海底管道的設(shè)計內(nèi)容1論證并確定管道設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和線路和選擇。2管道工藝設(shè)計計算。選擇管徑與附屬材料，考慮壓降和溫降。3管道的穩(wěn)定性設(shè)計。4立管設(shè)計。立管和膨脹彎管的結(jié)構(gòu)形式、布置、保護(hù)結(jié)構(gòu)和連接方式，立管系統(tǒng)的整體與局部強(qiáng)度計算，安裝方法與施工中的強(qiáng)度分析。5管道的施工設(shè)計。設(shè)計管道的加工、焊接、開溝、鋪設(shè)、管段的連接和就位、埋置等。6管道的防腐設(shè)計。第1章概論中國海洋大學(xué)海工系張兆德25第二十五頁，共50頁。1.4.1海底管線的設(shè)計步驟1調(diào)查現(xiàn)場水下地貌；2確定海域的波浪氣候；3按照相應(yīng)的波浪理論，估算海底流速；4取得有關(guān)潮流數(shù)據(jù)；5取得回填的沉積物資料；6確定有沒有因波浪和潮流而產(chǎn)生的沉積物遷移現(xiàn)象；7考慮在暴風(fēng)雨作用下，管線周圍土壤是否液化；8確定管線埋深，選定回填材料及回填高度；9石塊壓覆或錨固管線，可以減少管線的埋深。26第二十六頁，共50頁。1.4.2海底管線的環(huán)境設(shè)計準(zhǔn)則1、波高2、波浪周期3、波譜4、海底水平流速5、地基的穩(wěn)定性6、管線埋深，應(yīng)考慮：

1）由錨和船可能造成的破壞；

2）在暴風(fēng)條件下因土壤液化而確定不穩(wěn)定埋深；

3）海底潮流引起的土壤沖蝕；

4）由管線和潮流的相互作用而引起的局部沖刷。27第二十七頁，共50頁。1.5海底管道施工鋪管船上的專業(yè)設(shè)備包括：1.管道張緊器2.浮托輸送架3.高效焊接作業(yè)線4.吊機(jī)考慮到海上安裝的要求，有時也強(qiáng)調(diào)起吊能力，以便于提高鋪管任務(wù)之外的海上安裝能力。28第二十八頁，共50頁。1.5.1鋪管船設(shè)備29第二十九頁，共50頁。1.5.2海洋鋪管方法S-LayS形鋪設(shè)方法J-LayJ形鋪設(shè)方法Reelinstallation卷盤式鋪設(shè)方法Towedmethod牽引鋪設(shè)法

30第三十頁，共50頁。S-LayS形鋪設(shè)方法，適用于淺近海(10-450米)。管道在下海過程中呈S形變形曲線。31第三十一頁，共50頁。J-LayJ形鋪設(shè)方法，適用與深海(≤1500米)管道鋪設(shè)。它需要J式托管架，托管架上必須有張緊器。

32第三十二頁，共50頁。Reelinstallation卷盤式鋪設(shè)方法，適用柔性好的小直徑管道。

33第三十三頁，共50頁。Towedmethod牽引鋪設(shè)法，適合灘岸邊的管線鋪設(shè)。管線可以在岸上或船上預(yù)制，然后利用岸上的絞車拖入海中。需要在岸上建立絞車平臺，使用牽引力較大的連續(xù)線性絞車。另外，對漂浮力必須要進(jìn)行控制，牽引力需要計算準(zhǔn)確。34第三十四頁，共50頁。浮拖法35第三十五頁，共50頁。底拖法底拖法36第三十六頁，共50頁。離底拖法離底拖法37第三十七頁，共50頁。S形鋪管船38第三十八頁，共50頁。J形鋪管船39第三十九頁，共50頁。1.5.3鋪管船介紹--A藍(lán)疆號40第四十頁，共50頁。A1托管架41第四十一頁，共50頁。A2張緊器42第四十二頁，共50頁。B最大的深水鋪管船-DEEPBLUE43第四十三頁，共50頁。DeepBlue-PipelayVesselTheCSODeepBlueistheworld'slargestpurpose-builtultradeepwaterpipelayandsubseaconstructionvessel.Itcanworkinwaterdepthsrangingfrom75mto2,500m.Ithasafreedeckareaofapproximately7,400ft2.44第四十四頁，共50頁。PIPELAYItcancarryoutrigidpipelay(reeling)ofupto5,500tof4into18inpipeor4,000tof4into26inrigidpipelay.Threecranesassistoperations.