海洋工程柔性立管发展概况
深水柔性立管
一、深水油气田开发柔性立管概况
海洋柔性立管是从海底油气井口到油气集输站（船）的连接管道，在海洋油气资源开发中起到关键的作用。由于其耐腐蚀性强、地形适应性好、连续长度长、安装方便等优，逐渐取代了传统的海洋钢管。
柔性管由金属和聚合物复合而成。相比钢管，柔性管有易弯曲、易铺设、可回收、更经济、更适合海洋环境等特点。在边际油田开发中采用柔性管道，可以显著降低工程建设及运营成本。柔性管材在我国海洋立管和边际油田领域已经逐步开始应用，例如流花11－1和陆丰13－1油田。在国际上，柔性管道已经在陆地及浅水、深水和超深水区域得到了广泛的应用，可以实现长距离、超深水、多方向的输送油气资源。已在深水油气田开发中大量使用柔性立管来连接浮式结构与海底生产系，现在海洋立管约85％为柔性管。但在国内还没有深水柔性立管的设计和生产技术。
柔性管采用多层复合材料制造，主要由保证液体密闭性的热塑性聚合物材料层以及螺旋结构缠绕的保证管材强度的扁钢组成。螺旋结构使得柔性管不仅能承受高压，还能保持弯曲特性，每一层相对独立、但又和其它层相互作用提供需要的结构抗力，使得每一条柔性管都可以达到不同的力学特性。
根据制作工艺，柔性管可分为非粘结性柔性管和粘结性柔性管。非粘结性柔性管由几个独立的层组成，层与层之间没有固定的连接，允许层相对位移，能更好地满足现场应用的特殊要求，因此广泛用于海洋立管和海底输油管。粘结性柔性管道制作过程需要硫化，其制造长度受到限制，所以常用于较短的工程应用，如漂浮管、跨管等。国外学者大多致力于非粘结柔性管的研究，并逐步形成柔性管的主流结构形式。
随着海洋油气开发领域的不断加大，海洋柔性管的研发水平也在随之提高，上世纪60年代初海洋柔性管的铺设典型深度为20米，到了80年代铺设深度达到了100～400米，90年代末铺设深度可以达到1000米，而到了21世纪初，铺设水深已能达到1500～3000米的超深水域。如今海洋柔性管的设计、生产技术已经成熟，其工艺设计与开发也不断向着超深水方向进行。
目前，我国海上油田用输油输气柔性管道主要依赖国外生产厂家，不仅价格昂贵，而且随着时间的延长，柔性管道在使用过程中一旦出现意外，很难得到及时的修复，即便应急采办，也需要较长时间才能交货，严重影响油田的开发效率和效益。海洋石油管材必须走自主研发、制造之路，支持和保障我国大规模进军海洋石油勘探开发的需求。
二、主要生产商
国外在非粘结性柔性管道的设计、制造及安装方面具有十分明显的优势。目前，海洋柔性复合管的设计、生产、安装、维护基本由国外公司垄断，主要包括法国的德西尼布（Technip）集团公司、英国油田服务公司（Wellstream）控股公司和丹麦NKTFlexibles 公司。
法国的德西尼布（Technip）集团公司是世界上最主要的柔性复合管设计生产商，约占全球市场的75％，在法国、巴西、马来西亚建有制造基地，可年生产1060km高规格柔性复合管。2013年，德希尼布已与中海油旗下的海洋石油工程股份有限公司（海油工程）签署一份协议，双方将成立一家非注册的合资公司在中国水域寻求深水海底工程工作机会。根据协议，两公司将在广东省深圳市成立一家50:50的合资公司，致力于中国的深水海底脐带缆、立管和流动管线(SURF)市场。
英国油田服务公司（Wellstream）控股公司成立于1983年，2011年并入美国GE公司，目前，在英国和巴西尼泰罗伊有制造工厂。年总生产能力为570千米。巴西石油在深海使用的软管60％来自此公司。目前，国外设计的非粘结性管设计最深水深为3000米，能承受最大压力137．94Mpa（20000psi），温度范围为－50摄氏～＋150摄氏度。最大直径507．9毫米（20英寸）。现在非粘结性柔性管道的发展越来越趋于成熟，应用范围也越来越广，向超深水、超高压、直径更大发展，同时生产厂家越来越多、市场竞争激烈，大公司都在致力于降低造价和成本。
三、国产柔性管现状
我国在海洋柔性管研究、设计及制造领域与国际先进水平仍存在一定差距。虽然国内对于柔性管道研究起步较晚，但在设计制造等领域发展较快，已有大连理工大学、中国海洋大学等多所院校具有了设计研发能力，少数生产厂家在多年研发和尝试性生产基础上已具备了浅海工程应用的技术力量。
1、河北恒安泰油管有限公司研发的“高
压复合柔性管”以其抗腐蚀、耐高温、承高压、
不结垢、便施工的五大优越性广受业界青睐。
主要生产6寸以下，外压：4.0MPa(400m
水深)*抗拉强度：60吨以上*单根长度：2000m*
输送介质：油、气、水均可*最小弯曲半径：
2m
2、山东威海纳川管材有限公司“深海关键技术与装备”重点专项中“超深水多用途柔性管的研制与示范”项目于2016年获科技部的国家重点研发计划项目，项目执行年限4.5年，获得1000万元中央财政经费支持。旨在研制、开发具有自主知识产权，实现水深3000米以内油气开采全领域应用的非金属、粘结型的超深水多用途柔性管，并掌握其设计、生产、测试和铺设安装等关键技术；建立质量标准，通过API认证，实现工程示范。
项目的各项课题涵盖了管道的设计分析、制造、试验检测、铺设安装等多项研究内容，形成了一整套关键技术体系。既可作为深水/超深水海洋立管、悬跨管、海底水平管等，又可作为连续油管应用于井下油管、注水管、修井作业等，采用耐高温材料的柔性管还适用于高温(180 ℃)稠油开采等特殊领域。该项目研究范围为内径 2～16inch，设计水深3000m，使用寿命 30年，使用温度最高可达180℃。该项目的实施将打破国外多年来的技术封锁和产品垄断，对尽快改变我国海洋油气资源开发落后现状，实现我国海洋油气资源开发技术的完全自主化，增强海洋油气开发国际竞争力，维护国家能源安全具有重要意义。
四、海洋柔性管结构
海洋柔性管道根据制作工艺可分为粘结柔性管道和非粘结柔性管道。其中非粘结管道层间允许相对位移，可以根据需要加减层，能够更好满足用户的特殊要求，也可以避免粘结管道的特殊工艺及其副作用对环境造成的影响，因此广泛应用于立管和输油管。
非粘结性柔性管结构图。
图中，1为阻止外部流体进入柔性管； 2、4 为提高抗拉强度； 3 为减少金属之间的磨损； 6 为承受内压载荷； 7 为阻止内部流体流出柔性管； 8 为承受外压载荷。
一般情况下，非粘结性柔性管由骨架、内管、耐压层、耐磨层、抗拉层以及外包覆层组成，如上图所示。同时可根据使用环境和特殊要求对柔性管进行设计，增加或减少相关层，如引进绝热层进行有效的保温处理，满足管道的正常运行。粘结性管道制作过程中，需要进行硫化处理，其制造长度一般受到局限，所以常用于管长较短的工程，如漂浮管、跨管等。目前，非粘结柔性管道成为柔性管道的主流结构形式，国外大多致力于这方面的研究，文中主要对非粘结柔性管道进行分析。