海洋油氣柔性軟管環(huán)空狀態(tài)檢測研究及應(yīng)用*

王 凱 張 熠 喻西崇 王立佳 何元濤

(1. 北京石油化工學(xué)院 深水油氣管線關(guān)鍵技術(shù)與裝備北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 102617； 2. 中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028；3. 海洋石油工程股份有限公司設(shè)計公司 天津 300451； 4. 中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054)

海洋油氣柔性軟管是海上油氣田開發(fā)工程的重要設(shè)施之一[1-4]，與傳統(tǒng)的硬質(zhì)鋼管相比，使用柔性軟管可使管道的整體造價降低20%～50%[5]。截至2017年底，全球海洋油氣軟管使用量已累計15 341 km，其中57.4%應(yīng)用于水深超過300 m的深水油氣田開發(fā)[6]。由于該類軟管固有的特殊管壁結(jié)構(gòu)，管內(nèi)的部分小分子氣體(例如CH4、CO2、H2S、水蒸氣等)在壓力、溫度、濃度梯度等的驅(qū)動下會逐漸滲透塑性內(nèi)壓密封層，在管壁環(huán)空內(nèi)不斷積聚、冷凝進(jìn)而產(chǎn)生憋壓[7-8]。如果設(shè)計和運(yùn)行管理不當(dāng)則可能對管壁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響：過盈壓力造成外保護(hù)層鼓脹、發(fā)泡甚至破損，不能達(dá)到阻隔海水防腐的目的；水蒸氣在環(huán)空冷凝形成液態(tài)水后不易排出管外，導(dǎo)致部分甚至全部浸沒環(huán)空；冷凝水在CO2或H2S的作用下形成腐蝕性環(huán)境，誘發(fā)環(huán)空金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕失效，動態(tài)立管在“腐蝕-疲勞”的耦合作用下嚴(yán)重縮短服役壽命[9]；管道停輸后因環(huán)空溫度下降而產(chǎn)生的水合物堵塞排氣系統(tǒng)，使內(nèi)管泄壓的瞬變壓力與環(huán)空壓力不平衡，導(dǎo)致骨架層被壓潰[10]。據(jù)Oil & Gas UK統(tǒng)計，柔性立管單管年均失效概率為1‰～10‰[6]：在2010年統(tǒng)計的106起事故中，因環(huán)空金屬層浸水、腐蝕失效和骨架層壓潰等原因造成的事故占比超過45%[11]；……