0 引 言

油气输送最高效的方式是管道运输。海上油气田开发中海底管道是极为关键的部分，按照结构及材质形式区分主要为钢管(金属管)和复合软管两大类。与钢管相比，复合软管由高分子材料和金属材料制成，是多层复合形的结构。复合软管相比钢管具有更好的柔性，弯曲半径远小于钢管，能够很好地适应崎岖不平的海底地貌，无需特别处理海床即可开始施工[1]。同时，软管的连续长度一般在800m以上，采用法兰或者焊接连接的方式可以快速地增长，相比钢管12m一段焊接接长要方便很多，节约海上施工时间，综合经济效益显著。

世界范围内在20世纪70年代就开始将柔性复合软管应用于海上油气田的开发[2]，具体有平台与平台之间、FPSO与平台之间、水下管汇或水下井口与平台或FPSO之间等应用情况，从单纯的注水软管扩展到输油以及混输管道。随着材料技术以及制造和施工技术的快速发展，柔性软管应用的水深不断增加，最深的应用水深已达2000m以上。

由于复合软管在海洋油气田开发中经济效益明显，我国在2000年以后开始对柔性管道进行技术研究，第一根国产软管应用于涠洲油田的3英寸(1英寸≈2.54cm)输气管道[2]。随着国内海洋石油开发步骤的加快，使用的柔性软管不断增多，取得了显著的经济效益，有力地促进了中国海洋石油的开发。本文结合工程应用实例，深入探讨了复合软管施工保护技术难点及解决措施，可为后续类似项目提供参考。

1 复合软管的功能特点

海洋柔性复合软管按照结构形式不同有非粘结型和粘结型两种。粘结型软管由几层组成，层与层之间粘结固定，不会在受力或弯曲等情况下发生层与层之间的相对位移。非粘结型软管由几个相互独立的层组成，层与层之间没有粘结和固定，在受力或弯曲等情况下层与层可以相互错动，产生相对位移。粘结管的制造需要硫化处理，受制于硫化设备的尺度，无法实现60m以上长度的制造，尤其是大口径的管道制造更是难度极大。粘结型柔性软管一般应用于总长较短、低压和浅水的工程，如外输原油的漂浮软管、单点系泊系统上的跨接管等。非粘结型柔性软管的制造是一层一层进行的，可以比较便捷地完成较长的连续制造，具备良好的抗内压以及抗外压性能，因此非粘结型软管成为了柔性复合管道的主流，占据了绝大部分的柔性管道应用领域。

东方1-1气田位于中国南海北部湾莺歌海海域，新建的DF1-1 WHPF平台水深约63m，按照开发要求需要在东方1-1 CEPD中心平台与DF1-1WHPF平台间铺设12英寸的输气复合软管，长度为9.6km。按照ODP依托现有工程设施开发方案给出的要求，完成的复合软管设计形式如图1所示。

  

图1 输气复合软管结构示意图Fig.1 Schematic diagram of the gas flexible pipe

图中各层的功能和材质如表1所示。

 

表1 输气复合软管各层构成和功能

 

Table 1 Composition and function of different layers of the gas flexible pipe

  

结构层功 能材质骨架层对内压密封层提供支撑作用,防止内压密封层在外压下被压溃316L内压密封层形成输送流体密封层PA11抗压铠装层提供环向强度,抵抗内压和外压Q195L抗拉铠装层提供轴向强度,抵抗轴向力Q235B中间包覆层防止海水进入金属铠装层MDPE配重保护层提供配重作用和防止机械损坏Q195外包覆层起到双重保护作用:防止海水进入海管内,防止机械损坏MDPE

软管的主要技术参数如表2所示。

 

表2 输气复合软管主要技术参数

 

Table 2 Gas flexible pipe parameters

  

性能/特性单位数值内径mm289.30外径mm406.1空气中重量(空管)kg·m-1201.22设计压力MPa9.25FAT试验压力MPa12.63储存最小弯曲半径m2.90安装最小弯曲半径m4.35最大工作水深m175设计寿命a25.00最大轴向拉力t194.69

2 复合软管施工保护技术难点及解决措施

海恩322船为主作业船舶，负责整条管线的铺设工作。由船舶安装的直径25m、载重最大4000t的旋转储管池用于软管储存和运输，并在软管铺设时为放管提供动力。整套软管铺设作业线如图2所示。

  

图2 海恩322船软管铺设作业线Fig.2 Flex-lay system of Hai’en 322

海恩322船需要在软管制造工厂码头完成复合软管的倒驳，之后经过拖轮拖带到施工海域进行铺设施工。结合海恩322船铺管设备特点、过驳、运输和东方区域施工情况，主要的施工保护难点和技术解决措施如下。

2.1 弯曲半径的控制

海洋柔性复合软管过驳和施工过程中最关键的要求是严格控制每一个作业步骤中软管的弯曲半径不能超过安装最小弯曲半径，否则将存在管体机械损伤的风险。按照从制造厂出厂到安装到位的过程进行分析，针对全部作业环节，可以判断出需要控制安装最小弯曲半径的环节有如下三处。

由于海洋柔性复合软管是多层可错动的结构，其非金属层为挤塑工艺制造，其余层采用铠装的方式缠绕制造，这就决定了管道本身存在内扭转应力[4]。随着几次倒盘及过驳，管道的内应力会逐渐释放出来。虽然每米长度的扭转角度非常小，但是在施工时管道需下放到百米深的海底，悬空的软管长度接近200m，这样自由的悬跨使得扭矩在末端进行累积，尤其是在单根的后入水接头部分体现最明显。另外，从储存盘倒运到旋转储管池时管道存在90°的转变，也会有一定的内应扭转力存在。

(2) 施工安装时软管从尾部弧形托架入水时弯曲半径的控制[3]。虽然弧形托架的弯曲半径满足软管弯曲的安全保护要求，但是在施工过程中如果软管下放速度超过移船速度，管线将无法呈S型缓慢入水，从而导致在离开托管架底部以及触泥部分出现过度弯曲，一旦控制不好将造成不可逆的后果。软管施工铺设过程中的关键是水下机器人(ROV)实时监控管线着泥点状态，并控制着泥点与船尾下水桥水平距离，通常要求大于20m，随着水深的增加水平距离增加，这样才能确保铺设过程中弯曲度适宜。技术解决方案是严格控制张紧器的放管速度和移船速度，在尾部托架部分安排专门的观察人员。一旦管线入水点开始朝靠近船尾方向移动，及时预警。通过加快移船速度或者降低放管速度，使管线入水保持一定角度，确保不与尾部90°托架的底端接触，从而避免产生过度弯曲。

软管管体承受挤压的能力是十分有限的，过度挤压容易导致非金属层挤压变形后无法恢复，同时会造成金属层的永久形变，在管道充压时形成应力点，不利于长期稳定使用。技术解决方案是在进行管体设计时详细分析承受的外挤压压力，按照施工使用的张紧器情况进行单独核算。同时计算在过驳和施工时，在牵引力作用下弧形托架上管道允许的轴向拉力，以此控制牵引力的上限，避免由于管线轴向受力过大在弧形托架上产生过度挤压变形。

（5）定期清运沉淀泥砂，做好泥砂、弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行达标处理外，并按当地环保要求的指定地点排放。弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处置。

2.2 软管扭转的控制

(1) 码头从储存盘倒运到旋转储管池时从甲板直接上旋转储管池排缆器台架的弧形托架。由于旋转储管池两处弧形托架的弯曲半径都是4.5m，实际软管在通过弧形托架时本身的弯曲半径接近4.7m，处于安全状态。但是在进入船体中段的弧形托架时，管道需要直径上弯悬空一段进入托架，软管悬空的落差超过4m，同时甲板的张紧器距离弧形托架很近，限制了上弯的水平距离，极容易发生过弯情况。技术解决方案是核算好管线在此区域达到最小弯曲半径时空间上位置的极限点。将此极限点作为指示点，过驳时专人观察不得超过指示点，一旦接近应及时停机调整。另外严格控制台架上和甲板上的张紧器的速度，确保整个过驳速度不超过规定的上限速度，避免由于台架上的张紧器速度快于甲板上的张紧器速度，从而产生过拉导致软管弯折。

在从甲板直接上旋转储管池排缆器台架的弧形托架的悬空部分，基于技术分析的结果，考虑实际操作时指示点难以精确界定，过驳时焊接了几处滚轮架，使得软管经过此区域时按照不低于5m弯曲半径的路由前进，很好地保护管道不会过弯，如图4所示。

海洋柔性复合软管经过近一个月的海上运输后到达施工海域，完成锚泊就位后开始铺设施工。由于施工和过驳软管经过的弧形托架位置不同，在施工时管线直接从船尾经托架入水[5]。施工过程中除维持过驳过程的保护操作之外，需要特殊考虑的是如何在风浪流的作用下维持稳定的施工，保证软管不出现过弯和扭转损坏。

2.3 管体的保护

主要是外壁在管线进出时的刮擦损伤以及被过度挤压的问题。

软管的外壁采用中密度聚乙烯(MDPE)制造，有较好的耐磨损能力。这种承受能力主要针对海床上的泥沙冲刷磨损，对于在钢板上的摩擦承受能力非常有限，特别是遇到金属上的尖锐凸起部分，极容易刮出一道坑或者刺破管体外壁造成内部进水，导致软管内层金属受到腐蚀，严重缩短管体寿命。技术解决方案是在过驳和施工过程中，管道需要两次调整。由于从码头的储存盘进入旋转储管池的路线非常长，需要在可能的区域都加装非金属的支撑滚轮，确保管体没有摩擦。同时检查全程的通过区域，对于焊点或其余的凸起部分进行打磨处理或者采用硅胶板和棉被进行包裹，确保管道在过驳或下放入水过程中不被刮擦损伤。另外当管道存储在旋转储管池时，应妥善包裹好接头，避免接头的凸檐磕碰损失管道外壁。

(3) 接头通过时采用吊机吊起接头后端管道弯曲半径的控制。由于海洋柔性复合软管是多层结构，接头需要满足各层的连接与密封要求，通常情况下接头的外径要明显大于管体外径，同时接头与接头连接的长度是刚性的直段。按照12英寸的输气复合软管设计的接头，外径超过管体外径0.1m，两个接头的连接直段长度接近2m，这就使得张紧器无法加持，需要在接头通过的时候才有吊机进行吊放通过张紧器。在入水过程中也需要吊机的吊装使得接头刚性段不在弧形托架上弯曲，顺利下放。由于吊机的吊装难以控制受力，同时在吊装时接头后端的软管很容易被过度弯曲，造成损伤。技术解决方案是在甲板区域吊装时接头部分用两根吊带左右组合进行吊装，这样平稳地进行起吊和下放，限制在最下的幅度范围，具体的幅度范围进行作图模拟并考虑一定的安全系数，避免后端的软管弯曲严重。在入水时通过采用吊机吊装协助张紧器作业，减少接头与托架的滑擦，使软管尽可能地通过托架的限制不发生过度弯曲，安排专门的人员操作与观察，接头通过托架后解除吊钩。当水深增大，铺设张力加大时，过弯是无法避免的，调研深水柔性软管的施工，一般会在铺设系统的设计和布置上进行调整，在船尾设置一个悬伸出来的操作台，软管通过尾部弧形入水桥后垂直悬挂固定到操作台上，另一根软管的接头再牵引过来在此处进行连接，然后下水。同时在软管头设计时增加弯曲加强器(Bend stiffener)来提高接头后部软管的抗弯能力。

3 工程应用

经过详细的技术细化和风险分析，基于对弯曲半径、软管扭转的控制和管体保护的技术分析并采取实际的应对措施，在东方1-1软管项目的实施过程中取得了非常显著的成效。

3.1 软管码头过驳

12英寸的输气复合软管，长度为9.6km，共分为10段进行制造，制造并完成接头安装和测试后储存在储存盘上，过驳之前由专用运输车运输到码头地滚设备上就位。软管通过钢丝绳牵拉进入码头的支撑滑道，滑道全部采用滚轮进行支撑，管体在牵拉前进过程中与滚轮滚动磨蹭。同时接头用棉被进行包裹，避免其在与滚轮的接触过程中对表面油漆涂层造成影响。在所有的路由上均按照管线自身可支撑的长度间隔布置支撑滚轮，确保管线不会接触地面产生磨损。如图3所示，所有的滚轮均为V型双辊形式，滚轮包裹聚乙烯外套或聚氨酯外套，通过非金属与非金属的接触很好地实现管道外壁的防护。

2.1.4 九蒸九晒（缺黄酒和砂仁）熟地黄 取生地黄，以武火加热，用容器收集流出的熟地汁，蒸约48 h至地黄中央发虚为度，取出，晒1 d；再拌入熟地汁，再蒸24 h，取出再晒1 d；如此反复，蒸晒8次。至第9次，蒸24 h，以蒸至内外漆黑，味甜酸无苦味为度，取出即得，即为样品熟地黄IV。

  

图3 软管经过V型托架Fig.3 Flexible pipe passing through the V bracket

  

图4 软管从甲板牵拉进入弧形托架Fig.4 Flexible pipe pulled into bracket from the deck

管道的扭转会造成内部缠绕的金属带有的变紧有的变松，造成各层之间出现挤压，层与层之间的位错被限制，从而极易造成挤出层被挤破。技术解决方案是在倒盘和施工过程中全程跟踪管道外壁的腰线，在可能发生扭转的位置设置一个角度指示装置，一旦管道发生扭转可以直观地发现并报警。出现扭转时，如果是在单根铺设的末端，可以将管道释放到接头临近入水处，通过吊钩挂住接头，在内扭转力作用下接头发生一定的扭转释放内扭力。如果发生在单根的中间部分，可以通过调整船舶姿态进行路由上的偏移。一旦单根铺设完成，及时开展跟踪调查，可利用ROV进行巡线检查。对于扭转较大的情况，需要在管道的中间部分铺设压块，防止管线由于内扭转在铺设到海床上时产生打结现象。

如图5所示，每段管段之间的接头在过驳时是不进行连接的，均安装拖拉头通过卸扣将端部进行铰接连接。这样降低了接头刚性段的长度，同时接头上包裹的保护层也降低了损伤风险，通过牵拉和吊机的辅助提升即可从码头进入到船甲板上。

3.培育一支高素质的企业工会干部队伍。加强工会干部队伍建设，提高劳动保护人员的综合业务素质，是做好工会劳动保护工作的基础。企业工会干部队伍建设只能加强，而不能弱化，在工会人员编制方面，应给予必要的倾斜，不能使工会人员受人员限制而忙于应付一般工作；要采用多种措施和途径，全面提高企业工会干部的业务素质，特别是懂法律法规、懂具体的劳动保护政策、掌握劳动保护的方法与手段，以及具有分析和解决劳动保护中出现各种问题的能力。

  

图5 软管接头过驳Fig.5 End fitting passing through the bracket

对过程中涉及的张紧器进行技术分析。项目中使用的是2履带10t张紧器以及4履带15t张紧器。为了更好地限制实际需要的夹紧力，在过驳之前进行了履带夹紧块与柔性软管的摩擦系数测定，按管道外壁有少量水残存的工况进行，实际测得摩擦系数为0.21，高于设备设计给定的系数0.1，可以降低挤压力。

1、投喂时间。开春后，当水温上升到16℃以上，应开始投喂。虾一般夜间进食，每天投喂时间选择下午5-6点。

  

图6 柔性软管挤压分析Fig.6 Extrusion analysis for flexible pipe

按照实测系数对施工要求最大10t牵引力的需求进行张紧器的挤压分析，如图6所示。履带的长度满足挤压力需要的与管体接触的长度，确保管体不会过挤压。实践中软管通过张紧器的情况如图7所示。

  

图7 柔性软管通过10t张紧器Fig.7 Flexible pipe passing through the 10t tensioner

3.2 软管海上铺设施工

我国大部分煤层透气性较低，不仅阻碍煤层气开发，还极易引起瓦斯灾害，严重威胁人们的生命财产安全。低渗透煤层取得良好抽采效果的关键在于强化增透，为了提高煤层渗透性，国内学者一直寻求多种煤层卸压增透的技术方法。煤层增透技术主要有水力冲孔[1-2]、水力割缝[3]、水力压裂[4-5]等，但是这些增透方法对实际工程运用有一定的局限性。近年来，一些学者尝试用液氮等低温流体注入煤岩、砂岩等物质，以达到冷裂岩体的目的[6-8]，相比于水力压裂、水力冲孔等技术，液氮冷裂具有节约水资源、对环境污染小等优势，能有效提高煤储层渗透性，已经开始受到国内外研究者的关注。

  

图8 柔性软管施工着泥点监控Fig.8 Monitoring at the flexible pipe mud point

经过前期的计算分析，确定在8～9t的牵引力作用下，管线施工时弧形托架末端和海床上的着泥点均不会出现过弯情况。如图8所示，在船尾软管入泥处放置ROV设备实时观测软管下放情况，ROV设备GPS定位数据传输到海恩322船总控室内，通过与船尾GPS定位设备数据进行对比，记录入水位置到入泥位置的水平距离，实时跟踪记录，发现问题及时上报并对铺设系统进行有效调整。

铺设过程中，实时监控整个铺设系统工作情况，并观测牵引机(张紧器)速度、卧式大盘旋转速度、海管铺设速度及施工船舶绞船速度，使其保持一致，从而确保整个铺设系统的同步，避免下放过快造成在着泥点部分的过弯。实际施工的张力除由电控系统整体调控外，还需设置专门的张紧器操作管控人员，定时反馈实时张力，确保系统更安全平稳地运行。

如图9所示，在尾部弧形托架顶部设置弧形托管架并安装扭转角度刻度尺，通过海管上原有腰线分别测量两刻度尺上对应角度，从而测量出海管铺设时的扭转角度。扭转角度刻度尺与托管架用螺栓连接，在保证海管接头能顺利通过的基础上实现方便安装拆卸的目的。

  

图9 柔性软管尾部托架扭转监控装置Fig.9 Flexible pipe torque monitor in the end bracket

4 结语

由于海洋柔性复合软管的综合优势明显，国外复合软管在国内的应用逐渐增多，国产软管的市场份额也在逐年扩大。经过近一年的设计研究、制造运输和海上施工，我国首个高温高压气田开发先导示范项目——东方1-1气田一期调整开发项目如期交付并有效促进开发项目的提前投产。采用12英寸国产软管替代原设计的12英寸防腐机械复合钢管大大降低了工程开发费用，取得了可观的经济效益。在整个施工过程中严格按照施工要求进行操作，实现了全过程软管零损伤，未出现管道过弯情况，管道过驳以及铺设过程中无一处外表划伤，施工中管道的扭转始终保持在可控范围内，这些都为软管的长期服役奠定了坚实的安全基础。

3：7灰土拌合→分层铺摊→碾压夯实→水泥稳定碎石基层混合料运输→混合料摊铺与整形→混合料碾压→接缝处理及养生→沥青混凝土混合料运输→混合料摊铺整形→混合料初压复压终压→聚氨酯胶水涂底→黑色橡胶颗粒搅拌→摊铺黑色橡胶颗粒→碾压成型→测量放线划分区域→搅拌EPDM彩色颗粒→EPDM颗粒摊铺→碾压成型。

作为未来海上油气田开发的首选管道，海洋柔性复合软管的施工保护技术将随着施工装备的不断完善和提升，逐渐迈向新的发展方向。而良好的安装质量是管道安全长效运行的基础，还需要结合每一次项目的特点进行专门的针对性细化与优化，确保软管得到最佳保护。

策略三：充分发挥教师的示范作用。在家长遇到困难时教师可通过示范向家长展示多种指导方法，让家长在模仿中进行学习。同时，注意提醒家长在组织活动时不要随意进行交谈，也不要随意打断幼儿的操作。

一段时期以来，各地各级公安机关反馈认为，不少公安类警察高校毕业生入警工作后，角色进入慢、适应能力不强，警务一线中所需要的实践、实战应用能力存在诸多不足之处。而制约这一问题的主要瓶颈在于警察高校在应用型人才的培养方面尚存短板，尤其是实验教学管理方面普遍存在不重视、不规范、随意性大等问题，整体把控意识不强、力度不够，实验、实训教学所必需的较为规范严谨的基本管理体系尚未形成乃至实现。

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