深水油气田“咽喉”焊接设备实现国产制造

发布时间:2024-02-25 16:50:22 来源: sp20240225

原标题:深水油气田“咽喉”焊接设备实现国产制造

◎本报记者 陈 曦

记者近日从海洋石油工程股份有限公司(以下简称海油工程)获悉,深水油气田开发的“咽喉”设备——深水钢悬链线立管(SCR)的制造技术有了重大突破。由海油工程牵头研发的首套国产SCR全自动焊焊接设备完成海试,具备工程项目应用条件,标志着我国自主掌握了SCR全自动焊焊接设备制造及施工技术,对实现高水平科技自立自强、保障国家能源安全具有重要意义。

连接海上生产平台和海底油气的关键设备

深水立管一端连接浮式生产平台,一端连接水下设备,是海底油气从水下输送到浮式生产平台的关键通道。

SCR是深水立管的一种形式,一般用于水深1500米以上的深水油气田。SCR的适配性非常强,目前已被成功应用于张力腿平台、半潜平台、浮式生产系统和浮式生产储运系统,适用现有任何浮式结构,水深已超过3000米。

“SCR取代了传统的柔性立管和顶张力立管,成为深水开发的首选立管形式,目前被认为是降低深水立管系统成本的有效解决方案。”海油工程设计院总工程师李怀亮对科技日报记者说。

不过SCR在制造的过程中难度极大。它由一条条特制钢管焊接而成,矗立于复杂多变的深海中,需要在涌浪等极端海况持续冲击下安全工作20年甚至更长时间,对焊接技术要求极为严苛。

“全自动焊接具有焊接效率高、焊接质量好等诸多优势,成为SCR焊接装备技术攻关的前沿方向。”海油工程设计院焊接实验室经理李黎霞介绍说,但一直以来,国际上SCR全自动焊焊接装备和焊接技术都掌握在少数国际公司手中,制约了我国SCR高效铺设装备技术自主化发展步伐。

特质钢管和焊接设备缺一不可

为了更加准确、全面了解当前国际上SCR铺设技术情况,海油工程的科研团队收集了国内外20余个项目资料,整理了百余份焊接工艺,组织科研力量进行分析论证。同时,基于大量的国外公司施工经验和焊接数据,于2022年初进行了前期的全自动焊方案设计和工艺优选,同时还组织团队进行硬件设备系统研发、功能集成调试等工作。

“SCR的焊接难度非常大,首先就需要一副好‘骨架’——特质的钢管。”李黎霞说。

由于钢悬链线立管由很多段标准长度的钢管焊接形成,它集海底管线与立管于一身,上端通过柔性接头自由悬挂在平台外侧,立管在重力作用下自由垂放在海底呈悬链线状,下端与海底生产系统相连,无需海底应力接头或柔性接头的连接,大大降低了水下施工难度和施工量。

与柔性立管、顶部张力立管相比,钢悬链线立管结构形式简单、成本低,无须顶张力补偿,对浮体的漂移运动和升沉运动的适应能力强,适用于高温高压的环境。

此外,SCR还需要技艺高超的 “接骨师”——SCR焊接设备。

“由于深海浮式结构在风、浪、流作用下将产生较大漂移运动,管道反复折弯,使得SCR立管系统在服役期间,承受了巨大极限载荷与平台运动及涡机振动所产生的交变荷载。”项目负责人孙有辉指出,同时焊缝区域存在的几何突变容易形成应力集中,致使其焊缝容易产生严重的断裂危险和疲劳失效的问题,这对SCR来说是致命的。“因此对焊缝的性能和焊接的技术提出了极高的要求。”孙有辉说。

为解决这些难题,中国海油联合国内设备厂家,启动SCR全自动焊焊接设备研制工作。组织专家深入研究硬件结构和配套系统,成功完成模型构建、软件编程等工作。

在设备样机功能集成调试、现场试焊阶段,项目团队反复研究,持续摸索,打破陆地管线焊接设备研制惯性思维,优化焊接工艺,通过拉、弯、冲、硬度、断裂韧性试等十一类多达上百次试验,不断优化焊接参数,使设备性能和焊接质量达到国际行业标准,为海上测试奠定了坚实基础。

与此同时,项目历时两年,科研团队相继完成焊接数据库开发、环焊缝性能评价等工作,初步形成了整套SCR焊接技术能力。

“由于海上高温,湿度大,盐度大,对设备提出了耐高温、耐盐污水腐蚀的要求。”孙有辉介绍,为保证设备的可靠性,2023年9月11日,“海洋石油201”船搭载我国自主研发制造的SCR自动焊焊接设备进行海上试验,20天内完成50道焊缝的焊接与检测,合格率达到100%。

目前,该SCR自动焊焊接设备已具备工程项目应用条件,标志着中国海油完全自主掌握了基于国产化管材和国产设备的SCR焊接工艺和检验技术,完全具备了自主进行SCR铺设的技术能力。

(责编:罗知之、李楠桦)