海底管道系統(tǒng)是海洋工程中一種重要的支撐裝備，在海底惡劣的工作環(huán)境中承擔著不可替代的重要功能。目前，隨著海洋工程技術(shù)和裝備發(fā)展，管道系統(tǒng)已成為深海勘探、開發(fā)和利用中必不可少的技術(shù)與裝備。管道系統(tǒng)為石油平臺提供了巨大的能源供應(yīng)和安全保障作用，為海上鉆井平臺提供了安全穩(wěn)定的環(huán)境。管道系統(tǒng)可分為固定安裝、移動安裝和移動式安裝三種，在海上復雜環(huán)境下可根據(jù)應(yīng)用需要進行調(diào)整。

海底管道系統(tǒng)

海底管道系統(tǒng)主要由管道和輔助設(shè)備組成。主要包括管徑各異的橡膠圈和電纜套、管件套筒、機械連接件和管道連接件等。海底海底管道系統(tǒng)通常由橡膠圈或管件構(gòu)成，用于連接和固定海底管線。其中，橡膠圈用于連接海底管線表面，具有較高強度和耐腐蝕性能；結(jié)構(gòu)簡單，易于制造；具有較好的抗海水侵蝕性能；施工簡單、易于維護；適用于固定安裝和移動安裝。我國目前使用較多的為固定安裝和移動安裝兩種深海管道系統(tǒng)，其中固定安裝和移動安裝較為常見。

1、固定安裝

固定安裝是指在海底管線上放置支架或固定裝置以使管道固定于海底，以適應(yīng)施工環(huán)境的安裝方法。常用的安裝方法有潛水員操作海底管道系統(tǒng)固定裝置，將潛水服或吊車裝置在海底管道上，并通過潛水員、吊車和吊鉤等裝置將管道固定于適當位置錨定。根據(jù)其工作環(huán)境的不同，該方法可分為室內(nèi)固定安裝和海上固定安裝。室內(nèi)固定安裝是在海底管線固定位置設(shè)置支架，利用該支架將其固定在海底管線壁上，使管線與錨定裝置相匹配、保持其完整性。海上固定安裝是將潛水服或吊車裝置在海底管線上，通過吊鉤將管線懸掛在海底管線上，使管道緊貼海上錨定裝置，并使其保持完整性。它適用于深水管道及海底隧道。

2、移動安裝

采用浮運的方式將管道運送到海底作業(yè)平臺，然后將管道輸送到作業(yè)平臺上繼續(xù)安裝和拆卸。目前，海底管道系統(tǒng)最常用的固定安裝方式是浮運方式。浮運方式的優(yōu)點是可以較容易地更換或維修海底管道系統(tǒng)、簡化施工程序、縮短維修周期。缺點是需要較大的作業(yè)范圍，施工難度大、成本高。目前我國的海洋石油鉆探工程項目采用的浮運方式較多，但浮運方式在某些方面對海底管道施工造成一定程度的限制。另外由于海水流速較大，浮運方式還會造成管道受到不同程度沖擊損傷、使管道系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏等問題。

3、機械連接件

海底管道系統(tǒng)中機械連接件的主要作用是將金屬或非金屬管道固定在系統(tǒng)中的適當位置，使管道與水面以下形成水平，并能承受高壓；防止海水的侵蝕。例如，海底電纜套、連接螺栓之間的法蘭等都是海底管道中的機械連接件。隨著海工技術(shù)的發(fā)展及海底石油資源的開發(fā)利用，機械連接件的使用越來越廣泛，其結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，施工方便，目前主要被用于在一定深度內(nèi)連接海底管線及連接不同類型管道。

4、管道連接件

海底管道系統(tǒng)中使用的海纜或海底管線，一般包括海纜，通常有兩種形式，一種是直接布放海底管線，另一種是埋設(shè)在海床表面和巖層之間的管道連接器。目前使用的最多的海纜連接件為“PA”(Polyurea Association)型。海纜由帶狀纏繞或螺旋纏繞的鋼絲和絕緣材料組成。在使用過程中將纏繞在電線電纜上、纏繞在鋼絲或絕緣材料表面上的海纜稱為電纜布放線(Spring Table Association),而將電纜外壁直接鋪設(shè)在海纜外壁(Monoza Interview)稱為電纜布放線(Spring Table Association)。電纜布放線是利用鋼絲繞在海纜外壁而布放管道線(Monoza Interview)的方法，使海纜在埋設(shè)深度達到埋地管道埋設(shè)深度時，不受海水和洋流干擾，將海底管道內(nèi)或外層與海纜之間采用埋設(shè)在海纜外壁而埋入土層表面或者巖層之間的管道連接器作為連接線來進行埋放施工。

海底管道系統(tǒng)是由海底預制件（預制管）、管接頭（PE管）、端部接頭（PTU接口）、導管（PHU接口）、管卡（PB接口）組成。通過海底預制件將管卡與海底管接頭連接并加以固定后通過安裝工具卡將管卡與管接頭連接而成。根據(jù)海上作業(yè)方式和應(yīng)用需要，在海上可安裝多根海底管道；在岸基安裝中可將多根海底管道并聯(lián)起來，形成一個完整的海底管道系統(tǒng)；在陸上可鋪設(shè)數(shù)十根海洋海底管道。海底管道系統(tǒng)一般采用分段設(shè)計原則進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，各分段之間采用連接件或連接卡進行連接；每段管道之間可由一個連接，件之間設(shè)置導管或管卡進行連接。各海底管道之間一般采用電纜或軟管進行連接，當其中一段海上作業(yè)時必須采用電纜將其與海底 PE管連接并鋪設(shè)；當海上作業(yè)需要改變站位時，需重新修建海底 PE管或采用陸地臨時連接樁來敷設(shè)。

1、海底管道系統(tǒng)一般由 PE管、 PTU接口（又稱端部接頭）、導管、管卡組成。

PE管在連接時，首先采用一端部接頭對接法與海底預制件進行連接。PE管接頭的直徑為1~2 m。PTU接口與其他海底管道在安裝前，先將管接頭與兩端部分進行焊接，并用 PHU和管卡進行固定，以使該端接頭與 PTU接口之間的縫隙相互抵消。連接完成后的端部接頭一般用兩塊螺栓固定于 P口或管卡上，管卡的螺紋可作適當加工。此外，還有用螺栓和螺母緊固于 P口端部管接頭或套管后的法蘭中、用墊圈固定于 P口內(nèi)的套管固定于 PTU接口上、管卡可做適當加工與螺紋加工。目前在海上安裝海底管道時多采用導管或管卡進行連接。

2、海底管道系統(tǒng)連接件分為插入件和脫出件。

插入件主要用于插入 PE管段，當插入件和連接卡有一定間隙時，可使用螺栓或螺母進行固定。脫出件主要用于脫出 PE管段，其作用是防止管件變形，脫出件必須采用螺栓固定；脫出件還可用于插入和拔出一段距離的 PE管道，即插入件和脫出件連接成一個整體。海底管道系統(tǒng)中插接件一般可分為插入式、嵌入式和直接插入式三種，在海底管道系統(tǒng)中一般不設(shè)插入式，直接插入式僅限于特殊條件下使用。在海底管道系統(tǒng)中脫接件在安裝時需預先放置在海底預制件中并在管道插入前設(shè)置了插孔以防止插入物進入管材內(nèi)部而造成損壞。插入式連接件有兩種：一種是通過專用裝置在插入管內(nèi)將其固定到管材中，這種形式適用于管徑為50 mm以下或者海底長度小于50 m的 PE管；另一種是將插接件直接插入 PE管內(nèi)，這種形式適用于管徑為30 mm以上、海底長度小于50 m、管孔直徑為20 mm以下、使用連接件時插入即可完成連接。

3、管卡分為管卡和卡板，以適應(yīng)不同施工環(huán)境的需要。

管卡可采用機械或手工操作的方法，一般分為普通管卡、鋼制或鑄鐵管卡和卡板三種類型。普通管卡是用鋼管制成的可調(diào)薄的管卡，一般用鋼板或鑄鐵制成，有良好的抗拉性和彈性，適用于各種海底管道的安裝；鋼制管卡用于水下的管卡應(yīng)用廣泛。鋼制卡板一般采用熱鍍鋅鋼板或塑料型材制成，具有良好的耐腐蝕性能；不銹鋼卡板用于水下和陸地現(xiàn)場安裝的海溝施工中。為適應(yīng)安裝海溝時多水的環(huán)境，鋼制海溝卡板表面應(yīng)涂以防銹涂料防止海水腐蝕開裂；海溝卡板通常采用鉚釘固定，其位置應(yīng)使海溝深度大于或等于40 m;不同海溝深度設(shè)置不同卡板厚度；管道安裝完后拆除所有卡板和螺栓并清除海溝中殘留的碎屑。鋼制卡板具有一定的抗拉強度和耐沖擊強度，對于較深海底管道系統(tǒng)可將其作為浮橋使用；鋼管采用冷軋薄板制成，可承受較大風浪載荷；焊接鋼管前應(yīng)進行焊接試驗、氣密性檢查和焊縫性能檢測；卡具一般為專用工具式，也可根據(jù)施工要求配制，其性能應(yīng)滿足使用要求。

4、海底管道連接件的類型

海管連接件是在管接頭與連接管之間填滿泡沫、填充聚乙烯泡沫，或者直接將材料制成制品的材料構(gòu)件。海底管道系統(tǒng)中使用的連接件包括：導管（PHU接口）、管件(PE)、連接件（支架）以及連接卡，其作用是把管子與連接起來或?qū)⑺芰瞎芘c連接起來。其類型可分為剛性連接件和柔性連接件兩大類。

5、溫馨提示：

海底管道系統(tǒng)中，管卡是一種用于支撐和固定管卡的構(gòu)件。它通常分為水平管卡和豎直管卡。水平管卡是一個用于安裝的結(jié)構(gòu)部件，它一般由支架和拉桿組成而成，以確保不會因為船只或其他物體刮擦或撞擊海底管線或海底管道系統(tǒng)內(nèi)部；豎直管卡是由兩根豎直的管道或由兩根豎直的管道組成，其中一根豎直的管道或由一根豎直的管道卡口相互連通而成一個完整的垂直管道系統(tǒng)。管道系統(tǒng)主要由海底預制件（PE管）、根管接頭、端部接頭及導管、輔助工具等組成，是一個重要的組成部分[1],通常與管道系統(tǒng)一起設(shè)計和安裝。

海底管道系統(tǒng)是一種高強度、高剛度、非焊接化材料的復合結(jié)構(gòu)，在不同環(huán)境條件下的性能會發(fā)生變化，因此需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境制定適當?shù)墓こ碳夹g(shù)措施和設(shè)計方案，以確保管道系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。常見的海中海底管道系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)包括：管體材質(zhì)控制技術(shù)、海底管材預制技術(shù)、超低應(yīng)力連接理論與方法以及鋼管內(nèi)防腐和涂層涂裝等。管體管體材質(zhì)控制主要包括：管殼材料控制；鋼管內(nèi)壁涂層優(yōu)化設(shè)計；鋼管焊縫表面涂裝。同時，還需要注意不同環(huán)境下管道與海底的匹配問題，以及特殊環(huán)境下的穩(wěn)定性問題。海上作業(yè)一般采用浮式安裝方式，可在陸上鋪設(shè)管道系統(tǒng)進行安裝，也可在固定安裝條件下鋪設(shè)管道系統(tǒng)完成安裝工作。

1、管體材質(zhì)控制技術(shù)

管殼材料控制主要包括：管殼材料控制包括選用合適的管材、管體制造工藝和管體材料選擇。選擇管殼材料時，應(yīng)考慮管道系統(tǒng)的承載能力，以及管體材料的耐腐蝕能力和使用壽命；根據(jù)設(shè)計要求選擇最佳的管材和管體材料，以保證管道系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性；應(yīng)合理選擇管體材料，并采用合適的管材和管體材料的熱處理工藝，以保證材料在使用中不發(fā)生脆性斷裂。海中管線系統(tǒng)一般為鋼質(zhì)材料內(nèi)襯復合管，通常采用玻璃鋼作為其管殼材料；在鋪設(shè)海中管線時，要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，通常采用鋼外涂玻璃鋼外敷管道材質(zhì)。在應(yīng)用海中管線系統(tǒng)前，需根據(jù)工程應(yīng)用條件進行管材尺寸選擇和設(shè)計，并根據(jù)工程應(yīng)用要求完成鋼管內(nèi)壁涂層優(yōu)化設(shè)計、鋼管焊縫表面涂裝等工作環(huán)節(jié)。

2、海底管材預制技術(shù)

海底管壁采用人工鋪設(shè)，需要控制管壁尺寸和厚度，且通常要在水下200 m范圍內(nèi)鋪設(shè)5~10根管材，因此對海底管材預制技術(shù)要求較高。海底管束管是直接把直徑小于300 mm的焊接管材通過水下導管打入海底巖層中，經(jīng)過切割、焊接等工藝制作而成的各類管道系統(tǒng)。因為它需要通過潛水或淺水作業(yè)過程從管壁到海底進行各種焊接，因此對管體質(zhì)量要求非常高。海底管道系統(tǒng)具有安裝便捷、施工周期短、成本低、施工精度高等優(yōu)點，但它與傳統(tǒng)的鋼管相比，強度相對較低。為了滿足海洋環(huán)境下對海底管道性能的要求，目前主要采用鋼制管材制作深海管線系統(tǒng)。

3、超低應(yīng)力連接理論與方法

超低應(yīng)力連接技術(shù)是一種新的連接方法，是利用橡膠與管壁間產(chǎn)生的強大剪切力來實現(xiàn)管道與海底母體的連接。由于海底管道系統(tǒng)具有抗沖擊、抗振動和抗腐蝕的特點，所以超低應(yīng)力連接具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。超低應(yīng)力連接的發(fā)展歷程：上世紀60年代以前，對不同橡膠材料之間進行超低應(yīng)力焊接，即超低應(yīng)力連接;70年代以后采用化學惰性材料作為原材料實現(xiàn)超低應(yīng)力連接。隨著我國南海海洋工程技術(shù)的發(fā)展以及海底管道技術(shù)的不斷完善，超低應(yīng)力連接技術(shù)在海中管道系統(tǒng)中已經(jīng)開始使用。然而由于海底管道系統(tǒng)具有高強度、高剛度和超低孔徑效應(yīng)的特點，因此采用超低應(yīng)力連接還存在一定需要解決的技術(shù)問題。另外，目前國內(nèi)外尚未開展超低應(yīng)力系統(tǒng)相關(guān)研究工作。

海底管道系統(tǒng)是海洋工程中不可缺少的一部分，其性能和功能直接影響到石油平臺的運行和壽命。隨著國際石油市場的發(fā)展和國際石油公司對油氣資源勘探和開發(fā)技術(shù)水平高低的關(guān)注，海洋管道系統(tǒng)必將得到更多地應(yīng)用和發(fā)展。當前全球油氣行業(yè)正處于從“發(fā)現(xiàn)石油”向“發(fā)現(xiàn)油氣”轉(zhuǎn)換階段，需要更多地關(guān)注和使用管道系統(tǒng)在油氣勘探實踐中扮演過的重要角色和作用。海底管道系統(tǒng)已成為深水鉆井平臺的重要支撐裝備之一。隨著近年來油氣行業(yè)的持續(xù)發(fā)展對復雜海況要求苛刻的特點，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境、提高其使用壽命（如抗沖擊、抗硫化氫腐蝕等）已成為一項重要的研究內(nèi)容。隨著海洋工程技術(shù)和裝備發(fā)展，對海底管道系統(tǒng)提出了更高要求，包括高效環(huán)保、抗硫化氫腐蝕、適應(yīng)多種工作環(huán)境等（如高效高密度耐壓、抗硫化氫腐蝕等),因而未來也將是對海底管道系統(tǒng)設(shè)計、制造、施工和管理等各個環(huán)節(jié)提出更高要求。