行業綜述

海底管線用管線鋼及鋼管的研發與應用*

牛愛軍1,2,畢宗岳1,2,張高蘭3

(1.國家石油天然氣管材工程技術研究中心,陜西寶雞721008;2.寶雞石油鋼管有限責任公司鋼管研究院,陜西寶雞721008;3.寶雞石油輸送管有限公司,陜西寶雞721008)

摘 要:介紹了國內外海底管道的發展及應用,以及我國海底管線用管線鋼及鋼管的研發和應用現狀。指出,近年來雖然我國海洋油氣輸送用管線鋼及鋼管研制已取得巨大突破,但總體來說,我國海洋工程領域用海底管線的技術水平和研發能力還遠不能適應國內外深海油氣開發的需要, 與國外先進水平相比仍存在較大差距,尤其缺乏適用于超水深和基于應變設計的海底管線用管線鋼及鋼管的研發和生產經驗,需要進一步加強開發研究,為我國深海油氣資源的大規模開發做好技術儲備。

關鍵詞: 海底管道; 深海管材; 厚壁; 油氣管道; 管線鋼

0 前 言

全球海洋油氣儲備豐富,海洋已成為全球油氣產量增長和勘探開發投資的主要領域,能源戰略意義深遠。海洋油氣儲量約占全球油氣資源總量的1/3,隨著海洋石油勘探技術水平與裝備能力的突破性提升,海洋石油產量快速增長,且多集中于深海[1]。據測算,世界石油產量中約30%來自于海洋石油,深海油氣資源開發正在成為世界石油工業的主要增長點和科技創新的前沿。深海油氣勘探開發投資占海洋總投資比例如圖1 所示。隨著陸地及近海油氣資源的日漸枯竭,深海和超深海油氣資源的勘探開發已經成為世界油氣開采的重點領域[2]。近年來,發現的超過1×108 t儲量的大型油氣田中,海洋油氣占到60%,其中一半是在水深500 m 以上的深海,這使得深海油氣領域備受行業關注,成為國際大石油公司的投資熱點[3]

圖1 深海油氣勘探開發投資占海洋總投資比例

我國海洋油氣儲量十分可觀,而且勘探開發尚處于早中期,工業化前景廣闊。我國南海具有豐富的油氣資源和天然氣水合物資源,石油地質儲量約為 (230~300)×108 t,占我國油氣總資源量的1/3,屬于世界四大海洋油氣聚集中心之一,有 “第二個波斯灣” 之稱,其中70%蘊藏于深海區域。未來我國油氣產量的增量將主要來自海洋,加快開發海洋石油資源是緩解國內油氣供需缺口、增強石油自給能力的現實選擇,而且對于我國建設海洋強國意義重大。

海底油氣管道是海洋油氣田內部設施連接和油氣資源外輸的重要方式,是開發海洋石油天然氣不可缺少的關鍵工程之一,被稱為“海洋油氣田生命線”。隨著海上油氣田、極地油氣田、深水氣田的開發,面對浪、流、蝕等惡劣的海洋服役環境,對海底管線提出了比陸地管線更高的質量要求,如鋼管高鋼級、大厚度、各向同性、低屈強比、低溫下的高韌性、高止裂性、良好焊接性、抗大應變性能及抗酸性介質腐蝕等性能。同時,隨著海洋油氣輸送管線鋪設深度及輸送壓力的不斷提高,海洋油氣輸送用管材正趨向于高鋼級、大管徑、大壁厚方向發展[4]。海底油氣管道的服役期一般都超過20 年,設計要求免維護或者少維護,必須使用高性能的管線鋼作為保障。我國在海底管道用管線鋼及鋼管的研發及應用方面仍然存在諸多不足,加快開發研制具有高性能的管線鋼及鋼管,對應對海洋復雜的外部環境和推進我國海洋油氣資源的開發具有十分重要的意義[5]。近年來,隨著我國鋼鐵工業的發展,與其相應的焊接技術及焊接材料的技術進步和管線鋼及鋼管生產技術進步的不斷深化,為我國進一步發展海洋油氣輸送用海底管線提供高性能管線鋼及鋼管奠定了良好的基礎。

1 國外海底管道的發展及應用

自1954 年美國Brown & Root 海洋工程公司在墨西哥灣鋪設第一條近海管道以來,從最初的油氣田內部短距離海底管道發展到各類長距離平臺至陸地的海底管道,海底管線的設計、施工技術都有了很大的進步,世界海上大型油氣田,包括伊朗的沙山油田、挪威海域的埃菲斯克油田和英國海域的福蒂斯油田等均采用海底管道進行原油運輸[6]。半個世紀里,在全球各個不同區域,包括英國北海、美國墨西哥灣、地中海、澳大利亞、拉丁美洲、東南亞和我國沿海,世界各國鋪設的海底管線總長度已達十幾萬千米。

隨著世界海洋油氣開發不斷向深海發展,海底管道的鋪設水深不斷提升,輸送壓力不斷增大,海底管道的建設正在不斷創造紀錄。世界范圍內鋪設的海洋管道水深已經從幾十米的淺海邁向2 000 多米的深海,并正在向3 000 多米的超深海挑戰。其中最著名的墨西哥灣深達2 412 m、長222 km 的ITP 管道,該管道鋼級為X65,外徑610 mm,壁厚24.1~34.3 mm。于2014 年完工的地中海水下從阿爾及利亞延伸至撒丁島的管道創造了2 824 m 的水深紀錄。2004—2007 年,在挪威和英國之間鋪設的Langeled 天然氣管道的長度達到1 173 km,成為世界上最長的海底管道,管道所處海域深度的世界紀錄是2 775 m。俄羅斯穿越波羅的海的輸氣管道鋼級為X70,管徑1 219 mm,最大壁厚達到41.0 mm。目前,國外海底管道工程中非酸性環境下應用的最高鋼級為X70,酸性環境下應用的管材最高鋼級為X65[7]。近年來,深海管線發展迅速,深度不斷增加,國外新近建設的海底管道的設計水深已達3 500 m,且多采用X70 鋼級、大直徑、大壁厚鋼管,最大管徑已達到1 219 mm,最大壁厚達44.0 mm[8]。國外典型海底管線的應用見表1。

表1 國外典型海底管線的應用

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2 國內海底管道的發展及應用

海底管道建設具有高風險、高投入的特點。相比陸上管道建設,對施工質量、施工環境、施工技術等方面要求很高。我國海底管道的鋪設因受海洋工程發展緩慢、且裝備與技術相對落后等因素的影響而起步較晚[9]。因此,我國海洋管道的設計、施工總體水平與國際先進水平相比還有較大差距。工程設計方面,國外公司已具備水深近3 000 m、惡劣海況與復雜海底地貌及地質環境下的設計技術。我國的海底管道建設始于20 世紀80 年代,初期是通過與國外合作摸索積累經驗,自1985 年在渤海埕北油田鋪設第一條海底管道以來,并隨著我國海洋石油領域對外開放程度的進一步深入和海上鋪管技術、設備的研究發展,自行設計,自行施工,我國海底管道鋪設技術有了長足的發展。其中最有代表性的是1996 年投產的從海南島近海某氣田至香港崖城13-1 氣田工程中的一條直徑711 mm 的海底輸氣管道長達778 km,是國內最長的海底管道[10]

近年來,我國海洋管道建設發展迅猛,中海油、中石油、中石化三大石油公司均在海洋領域加大了投入,新建了鋪管船,這些鋪管船已使我國具備作業水深可達3 000 m 的深海鋪管作業能力,三大石油公司都在加緊海底管道建設規劃。至“十二五” 末,我國海域現已累計鋪設海底管道數百條,總長度已達到6 000 多千米。H2S 酸性服役環境下X56 與X60 海底管線用鋼及鋼管在我國部分海底管線工程項目中已經得到應用,并開發了相關焊接工藝研究[11-12]。我國現已能制造海底管線鋼管和海洋平臺結構管,但還缺乏超深海鋼管生產經驗,高強度厚壁酸性服役環境用海底管線鋼管還需要開發。

隨著我國深海勘探的開發不斷獲得新的進展,我國的深海管線開發也正在進行。通過對國外經驗的總結和大量的試驗研究,國內已有多家管線鋼及鋼管生產企業掌握了高強度、高韌性管線鋼的生產技術,海底長輸管線的管線鋼使用等級也提高到了X70 級,改變了我國高等級、高鋼級油氣輸送管線用鋼長期依賴進口的被動局面。國內典型海底管線的應用見表2,其中南海荔灣3-1 氣田海底管線設計輸送壓力23.9 MPa,采用X70 鋼級、直徑765.2 mm、壁厚28.6~31.8 mm 的管線鋼管,是國內目前壁厚最大、輸送壓力最高的海底管線項目,實現了國內最大直徑、最高壓力海底長距離油氣混輸管道設計及建設,使我國具備了1 500 m 深海油氣田開發的能力。2018年,我國深海起重鋪管船 “海洋石油201” 在南海北部灣海域圓滿完成了長達195 km 的海底管線鋪設,填補了國內長距離海管作業空白,是我國迄今為止自主鋪設的最長海底管線。

表2 國內典型海底管線的應用

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3 我國海底管線用管線鋼及鋼管的研發與應用

能源需求促進海洋油氣資源的開發,海底管道作為海上油氣集輸的大動脈正發揮著日益重要的作用。海底管道長期服役在低溫、高壓、強腐蝕的海洋環境中,不僅承受著內外壓力、軸向力、彎矩等靜載荷和溫度荷載的聯合作用,而且還要承受交變的外壓、波浪、海流等動載荷的作用,使管道承受著多種載荷的聯合作用并引發多種形式的破壞[13]。相比陸地用管,惡劣的海洋環境對海底管線用鋼及鋼管的強度與韌性、抗壓性能、尺寸精度等指標都有著嚴格的要求。按照DNV-OS-F101 海底管線標準,海底管線不僅要求鋼管的橫向強度,還對鋼管的縱向強度、抗低溫動態撕裂等有嚴格的要求[14]。隨著海洋石油開采從近海向深海發展,深海管道對管線鋼材料、管道焊接、施工、維護等提出了更加嚴格的要求,對鋼管的強度、韌性、抗壓性能、耐腐蝕性能及尺寸精度等方面的要求更加嚴格,以提高鋪設工程及管線運行的安全性[15-16]。海底管道向深海發展,管道外壓的問題逐漸突出,特別是水深大于2 100 m 后,海底管線的抗壓潰性就愈來愈重要,鋼管發生擠毀后,管道在很小的載荷下就會發生屈曲。為了防止管道發生擠毀,鋼管的強度、壁厚和鋼管尺寸的圓度顯得十分重要。因此,隨著水深的增加,深海管線用鋼管具有大壁厚、大厚徑比(t/D)、高尺寸精度等特點。

海洋油氣資源勘探開發對海底管道建設的需求更加旺盛,材料產業發展前景十分廣闊,尤其是對新材料、新工藝的需求日益強烈。深海用厚壁管線鋼及鋼管的研制是深海油氣開發亟待解決的一個重要問題,對我國鋼廠和鋼管廠分別提出了技術挑戰。厚規格鋼板生產的主要難度是DWTT (管線鋼落錘撕裂試驗)性能難以控制,DWTT 主要與材料組織中大角度晶界比例和奧氏體晶粒的細化程度有關,而厚鋼板壓縮比低、組織細化困難,難以保證DWTT 性能[17]。雖然我國鋼鐵企業的裝備水平世界領先,但控制和管理水平與國外相比依然存在差距,需要保證產品的性能穩定。為提高我國海底油氣輸送管道的安全性和使用壽命,擺脫高性能海洋管材產品依賴進口的現狀,寶鋼、鞍鋼、武鋼、南鋼等多個鋼材生產廠家和寶雞鋼管、渤海裝備巨龍鋼管、珠江鋼管等多個制管企業相互聯合,組建了技術攻關團隊,開展了海底管線用管線鋼及鋼管的研制工作,從煉鋼成分、厚板生產工藝及鋼管成型、焊接、擴徑工藝設計等入手,克服了煉鋼純凈度要求高、板坯質量控制及大t/D 厚壁鋼管的成型、焊接及幾何尺寸精度控制難等問題,保證了管線鋼及鋼管的產品質量。

近年來,為適應復雜的海洋環境和條件,國內鋼鐵企業研發出各種各樣的海底油氣管道用管線鋼,我國深海用管線鋼及鋼管研制取得突破。珠江鋼管和武鋼集團聯合研制出規格為Φ559 mm×28 mm、材質為SMYS450 的直縫埋弧焊管,可服役于深達1 500 m 的海底,是我國在海洋管材技術領域的重大突破。針對國內鋼管應用水深最深、壓力最高、壁厚最大的南海荔灣海底管道工程,寶雞鋼管公司以水壓試驗壓力40.4 MPa 的數值圓滿完成了中海油荔灣項目用X70 鋼級Φ765.2 mm×31.8 mm 深海管線試制,渤海石油裝備巨龍鋼管有限公司(鞍山鋼鐵集團公司開發板材)、番禺珠江鋼管有限公司 (武漢鋼鐵集團公司開發板材)、寶山鋼鐵集團公司相繼研制生產出X65/X70 鋼級Φ762 mm×30.2 mm 及Φ762 mm×31.8 mm 規格深海管線用直縫埋弧焊鋼管,并成功進行了小批量生產,為荔灣海底管線項目提供了鋼管,實現了X65、X70 大壁厚海管的國產化,為我國的深海開發項目做出了強有力的支撐[18]。我國典型海底管線用管線鋼板材及鋼管的主要力學性能見表3 和表4。

隨著科學技術的進步和我國對油氣資源需求的提高,深水油氣開發已成為我國目前面臨的緊迫任務。為提高我國深海油氣勘探開發的能力,保障我國海洋石油天然氣戰略的順利實施,在國家“863 計劃” 課題以及“深海高壓油氣輸運高強厚壁管材關鍵技術研究” 等深水油氣勘探開發技術與裝備重大項目的支持下,寶雞鋼管公司聯合鞍鋼、鋼研總院等鋼鐵企業及科研院所,創新了深海管線用X70 鋼級、36.5 mm 厚壁管線鋼的成分及組織設計,并通過大t/D 厚壁鋼管的成型、焊接等工藝技術的研究,開發出具有高強度、高塑性、耐腐蝕的X70 鋼級(Φ762~Φ1 016)mm×36.5 mm 深海管線用管線鋼及直縫埋弧焊管,同時在國內率先開展了壁厚為40.5 mm 的X70 厚壁深海用管線鋼及鋼管的研究開發。國內部分鋼鐵企業也陸續開展了酸性服役環境用厚度為38.1 mm 的X65MS 規格海底管線用鋼及47.6 mm深海大壁厚X65MOS 管線鋼及鋼管的研發[19-20]。研發出的深海用管線鋼管的各項性能滿足DNVOS-F101 《海底管線規范》 標準要求,塑性、強韌性及耐腐蝕性等主要性能指標優于國內外同類產品。我國目前研發的深海管線用鋼管實物性能見表5。鋼管的外壓潰模擬試驗檢測表明,鋼管能承受35 MPa (相當于3 500 m 水深)以上的外部壓力,可用于3 500 m 以上水深的海底管道。

表3 我國典型海底管線用管線鋼板材的主要力學性能

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表4 我國典型海底管線用鋼管的主要力學性能

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表5 我國目前研發的深海管線用鋼管實物性能

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海洋環境復雜多樣,在鋪設海底管道過程中會遇到很多困難和問題。例如,使用鋪管船鋪設時,將承受很大的壓縮、拉伸或者彎曲變形; 在服役過程中,浪、流、平臺移動及地質活動易造成海底管道的移位; 海底管道在施工鋪設和運行階段的塑性變形等。為解決這些問題,除了在設計階段要采用基于應變的方法外,還應開發具有較大變形能力的抗大變形鋼管產品。為此,中國石油天然氣集團公司管材研究所牽頭申請了國家重點研發計劃《高應變海洋管線管研制》 項目,組織聯合國內相關科研團隊正在開展基于應變設計的海洋管線管研制方面的技術研究及管材研發工作。

4 結束語

海洋油氣已成為世界石油生產增長的主要來源,作為油氣輸送載體的海底管道是海洋油氣資源勘探開發最基礎的保障。隨著海洋石油的開采逐漸從近海向深海發展,對管材的強度、韌性、塑性、抗壓潰性能、尺寸精度等方面的指標要求更加嚴格,深海服役鋼管正向著高強度、大管徑、大厚壁的方向發展。

我國鋼鐵工業技術的進步促進了國內海底管道工業的發展,為我國的深海開發項目做出了強有力的支撐。近年來我國海洋油氣輸送用管線鋼及鋼管研制已取得巨大突破,研究開發出具有高強度、高塑性、耐腐蝕的深海管線用高鋼級厚壁管線鋼及鋼管,并在國內海底管線工程中實現了批量應用,推動了我國深海油氣開采及裝備制造技術的進步。

海洋油氣資源勘探開發對海底管道的建設需求趨向旺盛,海底管道用材料產業發展前景十分廣闊,尤其是對新材料、新工藝的需求日益強烈。我國鋼鐵和制管企業擁有世界領先水平的裝備,但總體來說,我國海洋工程領域用海底管線的技術水平和研發能力還遠不能適應國內外深海油氣開發的需要, 與國外先進水平相比仍存在較大差距,尤其缺乏適用于超水深和基于應變設計的海底管線用管線鋼及鋼管的研發和生產經驗,需要進一步加強開發研究,為我國深海油氣資源的大規模開發做好技術儲備。

參考文獻:

[1]舟丹.世界海洋油氣資源分布[J].中外能源,2017,22(11):55.

[2]王文立.深水和超深水區油氣勘探難點技術及發展趨勢[J].中國石油勘探,2010,15(4):71-75,10.

[3]李清平.我國海洋深水油氣開發面臨的挑戰[J].中國海上油氣,2006,18(2):130-133.

[4]張偉衛,熊慶人,吉玲康,等.國內管線鋼生產應用現狀及發展前景[J].焊管,2011,34(1):5-8,24.

[5]劉義,張宗強,牟仁清,等.國內海洋油氣輸送管線用鋼生產及應用現狀[J].山西建筑,2016,42(29):252-254.

[6]黎劍峰.焊接材料在海底管線鋼管上的應用[J].機械制造文摘(焊接分冊),2013(5):1-5.

[7]王海濤,池強,李鶴林,等.海底油氣輸送管道材料開發和應用現狀[J].焊管,2014,37(8):25-29.

[8]鄭磊,付俊巖.高等級管線鋼的發展現狀[J].鋼鐵,2006,41(10):1-10.

[9]曲俊生,劉文利,蔡連博.我國海底管道鋪設及鋪管船的發展[J].中國水運,2013,13(9):311-313.

[10]李少坡,丁文華,李家鼎,等.海底管線用厚規格鋼板的研制與開發[C]∥第十屆中國鋼鐵年會暨第六屆寶鋼學術年會論文集.北京:冶金工業出版社,2015.

[11]魯欣豫,趙磊,王靖,等.H2S 酸性服役環境下海底管線的焊接工藝開發[J].焊接技術,2012,41(7):27-29.

[12]溫志剛,魯欣豫,任漢勝.海底管道X56 與F70 級鋼對接焊接工藝試驗研究[J].中國海上油氣,2007,19(2):131-133,138.

[13]李樹森,劉敏,左秀榮.深海管線用鋼開發及應用前景[J].熱加工工藝,2013,42(18):23-26.

[14]馬坤明,孫國民,雷震名,等.海底管道的管材選用探討[J].材料開發與應用,2012,27(4):106-110.

[15]李少坡,姜中行,李永東,等.海洋用耐蝕大壁厚X70 管線鋼開發[C]∥第八屆(2011)鋼鐵年會論文集.北京:冶金工業出版社,2011.

[16]趙冬巖,余建星,王琮,等.基于風險的海底管道安全評估方法研究[J].海洋技術,2010,29(1):56-59.

[17]梁羽,張文斌,陳裕彬,等.深水海底管道的直縫埋弧焊鋼管特點及DWTT 性能影響因素分析[J].新技術新工藝,2014(4):102-105.

[18]王旭.我國高等級管線管研究與應用[N].世界金屬導報,2012-03-13(B12).

[19]孫憲進,石艾來,許峰.厚規格抗HIC X65MS 海底管線用鋼的研發[J].特鋼技術,2016,22(3):18-22,37.

[20]丁文華,張海,李少坡,等.深海大壁厚X65MOS 海底管線鋼關鍵技術研究[C]∥第十一屆中國鋼鐵年會論文集.北京:冶金工業出版社,2017.

Development and Application of Pipeline Steel and Steel Pipe for Offshore Pipeline in China

NIU Aijun1,2,BI Zongyue1,2,ZHANG Gaolan3
(1.Chinese National Engineering Research Center for Petroleum and Natural Gas Tubular Goods, Baoji 721008,Shaanxi, China; 2.Steel Pipe Research Institute, Baoji Petroleum Steel Pipe Co., Ltd., Baoji 721008, Shaanxi, China;3.Baoji Petroleum Linepipe Co., Ltd., Baoji 721008, Shaanxi, China)

Abstract: This paper introduces the development and application of offshore pipelines at home and abroad and the development and application status of pipeline steel and steel pipe for offshore pipelines in China.It points out that although China's offshore oil and gas transportation pipeline steel and steel pipe development have made great breakthroughs in recent years,offshore pipeline technology level and research and development capability in the offshore engineering field cannot meet the needs of the deep sea oil and gas development both at home and abroad,and compared with the foreign advanced technology,there is still a large gap.Because of a lack of the development and production experience of the offshore pipeline steels and steel pipes applicable to ultra-deep water and strain-based design,thus the further research should be done in this field for the technical reserves of the large-scale development of the deep-sea oil and gas resources in China.

Key words: offshore pipeline; deep-sea tubular goods; thick wall; oil and gas pipeline; pipeline steel

中圖分類號: TE973

文獻標識碼: A

DOI: 10.19291/j.cnki.1001-3938.2019.6.001

*基金項目: 國家重點研發計劃項目“高應變海洋管線管研制” (項目編號2018YFC0310300)。

作者簡介:牛愛軍 (1980—),男,漢,陜西武功人,高級工程師,主要從事油氣輸送管材新產品、新工藝、新技術的研究及開發工作。

收稿日期:2019-03-14

修改稿收稿日期:2019-04-19

編輯:袁雪婷

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