[发明专利]深海油气输送复合管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种海洋油气输送技术领域的装置及其制造方法，具体是一 种深海油气输送复合管及其制造方法。

背景技术

在过去的50多年中，海洋开发的深度以h≈(1/540)N^3.5的规律递增(Sarpkaya， 2004)。离岸产油的水深纪录不断被打破，世界上已经出现了水深超过3000米的 油井。将石油或天然气从海底井口输送到海面作业平台的油气输送管道-立管是 进行深海油气开采的关键设备之一。这些管道受到内压、外压、轴向拉力和弯矩 的作用，同时由海流引起的立管涡激振动是导致立管结构疲劳破坏的主要原因。 因此寻求抑制立管涡激振动或提高立管疲劳性能的措施一直是深海立管研究者 努力的主要方向。深海立管或油气集输管线所处的海洋环境较浅海要恶劣得多。 不但管道在工作时的受力状态要苛刻，同时管道安装也要比浅海困难得多。因此 对深海油气管线的材料的力学性能，设计、制造及安装都提出更高的要求。

目前立管的安装形式主要有顶部张紧式，悬链线式及其混合式。深海立管由 于长度较大，易于受到海流的作用产生涡激振动，同时受到顶部张力或弯矩的作 用使得立管的焊接接头处易于产生疲劳等损伤，在实践中采用高强度高韧性材 料，如钛合金，高强度钢X70，X80等材料。常用立管的结构型式有单层管和多 层复合柔性管，复合材料立管主要见于实验研究中。多层复合柔性立管，目前世 界上只有少数几个公司能生产，价格昂贵且供货得不到保障。钛合金管造价太高， 同样也面临涡激振动疲劳问题。对于深海立管来说，从海底井口到海面采油平台， 管线长度从几百米到几千米，立管所受内压、外压、轴向力和弯矩随不同部位(深 度)而不同，涡激振动的幅值和频率也将不同。合理的立管设计能够综合考虑上 述因素随位置的变化，采用单层钢管则不易实现该目的。

从现场安装角度来说，油气输送管道通常是由若干根一定长度的钢管(一般 为十多米长)在海上铺管船上通过焊接连接而成。对于一定长度的油气输送管道 来说，每根钢管的长度越小管线的焊缝就越多，海上施工劳动强度越大，效率就 越低，安装成本高。同时焊缝是钢管的薄弱环节，研究表明疲劳裂纹易发生于焊 缝焊趾、未焊透、夹杂、错边等缺陷处，且一旦出现宏观裂纹，发生裂纹扩展穿 透管壁而泄漏或断裂。无论是发生泄漏还是断裂都将对安全生产和海洋环境产生 严重危害。深海立管由于长度较大，易于受到海流的作用产生涡激振动，对于顶 张紧型立管同时还受到顶部张力的作用使得立管的接头处易于产生疲劳等损伤， 涡激振动疲劳损伤是立管主要的失效形式。对于悬链线立管近海底部分受到较大 的附加弯矩，同时也受到平台涡激运动导致的疲劳损伤。立管由于涡激振(运) 动产生的疲劳损伤和立管的材料性能，结构几何尺寸及阻尼等相关。就结构的抗 疲劳或止裂性能来说，单层结构不如多层结构。

复合钢管结构一是提高结构的阻尼和柔性，二是提高其疲劳阻抗，减少焊缝。 深海立管施工环境差，应尽可能地减少焊接接头，每一根钢管尽可能的长，这样 就可以使得海上施工的效率得以提高。

经过对现有技术的检索发现，现有技术主要采用可焊接的中低强度钢带或型 钢带在端部和封头焊接连接，如申请号94109273.9的“型钢绕带式压力容器及 其制造方法和绕带装置”以及申请号91228870.1的“用于深冷低温的多层绕带 式高压容器”均用来制造多层式高压容器，在深海油气开发用立管中，现有技术 中只有多层柔性管采用类似结构，成本很高，不能实现不可焊钢材之间的复合。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种深海油气输送复合管及其制 造方法，采用高抗拉强度的钢带作为外层材料包裹在强度级别较低的可焊管的管 外壁制成具有高的抗拉性能和抗疲劳性能又便于安装施工，经济且安全可靠的深 海油气集输管。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明涉及深海油气输送复合管包括：内管、钢带层，管接头和保温层和保 护层，其中：管接头固定设置于内管的两端，钢带层、保温层和保护层依次设置 于内管的外部。

所述的内管为若干根可焊管对接焊制成，该可焊管为钢材或钛合金制成。