机械复合管制造工艺及海上铺设

汇报人：王文龙单位：崖城13-4项目组日期:2012年3月7日机械复合管制造工艺及铺设22汇报提纲一、摘要二、概述三、机械复合管国产化四、机械复合管制造工艺五、机械复合管陆地接长及海上铺设六、结论33摘要一、摘要近年，随着海洋深水油气田的成功钻探，深水开发相应的技术也不断发展应用。特别是2009年开始，在南中国海崖城13-4气田的开发，推动着深水技术在中国稳步迈进。崖城13-4气田位置水深约90米，开发模式为水下井口回接到原崖城13-1AWA固定平台。通过一条约22.5公里8寸海底管线输送湿气至原崖城13-1AWA固定平台。4摘要根据流动保障分析，在基本设计中设计了22.5公里耐腐蚀合金（CRA）复合管材料，同期荔湾3-1、番禺34-1/35-2/35-1等气田开发中都可能要使用到CRA管线。CRA复合管技术在国内还是刚刚起步，特别是在海洋石油领域的使用还是空白。下面着重介绍机械复合管的制造工艺及海上铺设，今后在海洋石油深水开发领域，机械复合管将是主流。45主区新建2套水下生产装置PLETPLEMSUTU1SUTU2对崖城13-1气田现有生产设施进行改造南高点新建1套水下生产装置铺设2条总长23.55KM脐带缆，实现对水下生产装置控制。项目概况新铺1条8”22.5km的复合海管,井流通过海管输送到崖城13-1气田生产设施进行处理摘要6概述二、概述为了迎合日益增长的能源需求，海洋石油开发正逐渐走向高难度的油气田开采活动中，同时也面对恶劣的开采环境，高腐蚀的油气组份，更深水域和更长的回接距离等挑战。直接把大量的气井产出物（湿气）长距离输送到岸或中心处理平台处理是其中的一个问题，对于深水气田，开采年限较长，采用传统碳钢+缓释剂的方案不可行，采用耐腐蚀合金复合管，是业界常用的一种解决方案。67概述耐蚀合金复合管结构是以耐腐蚀合金管（包括不锈钢和镍基合金）作为内衬层(壁厚0.5～3mm)与腐蚀介质接触，以碳钢或低合金钢作为外面基管承受压力，适用于高温、高压环境下输送酸性介质。其截面构造见下图：78概述耐蚀合金复合管将耐蚀合金良好的抗腐蚀性能与碳钢优良的机械性能有机地结合起来，可达到与内衬层管材相当的耐蚀性能，提高了管道安全级别，延长了管道寿命。而由于降低了耐蚀合金管材用量，成本只有纯耐腐蚀合金的1/5～1/2。在设计管道系统时，如果同时要求较高的抗腐蚀性和耐压功能时，与碳钢管+缓蚀剂、耐蚀合金纯材另外两种方案相比，镍基合金复合管是首选的经济安全方案，尤其当承压设计要求选用壁厚超过6mm的耐蚀合金管时，更应优先考虑采用镍基合金复合管。目前耐蚀合金复合管在国外油气田中用量近2万吨。而我国此项技术还刚处于起步阶段。89概述耐蚀合金复合管按制造工艺可分机械复合管（MechanicallyBondedBi-metalLinedPipe）和冶金复合管（MetallurgicAllyBi-metalCladPipe）两类机械复合管的制作工艺是将内耐腐蚀合金钢管插入外碳钢管中，两管同轴叠加，主要通过液压或燃爆等方法，使内管产生较大塑性变形，外管产生较小的塑性变形，撤除内压后，内外管紧密结合在一起。冶金复合管的制作分为两种，一种是将碳钢材料和耐腐蚀性合金钢材料通过热轧工艺结合在一起制成复合钢板，然后将复合钢板制成直焊缝管；另一种是将耐腐蚀性合金钢材料通过堆焊的方式直接与碳钢管材料结合，形成耐蚀冶金复合管。910机械复合管国产化三、机械复合管国产化海底管道平管段通常选用机械复合管。由于机械复合管是采用机械方式复合，内外管没有融合在一起，当管道弯曲半径过小时，容易在局部造成内管与外管分开，因此对于一些连接构件（例如弯头、三通、变径段和法兰等）需采用冶金复合钢或者不锈钢产品。1011机械复合管国产化机械复合管外碳钢管可以采用标准尺寸的无缝管和直缝焊管，也可根据用户要求，生产非标准管。根据管道强度要求，选用不同等级的外碳钢管。内耐腐蚀合金管因为壁厚较小，常用壁厚为2.5~3mm，通常采用直缝焊接。1112机械复合管国产化机械机械复合管的发展历程及国产化机械复合管产品经历了30多年的发展。其发展历程如下：19世纪70年代末，日本Kawasaki公司开发出了该产品。19世纪80年代初，日本Nippon钢铁公司取得了生产许可证并将该产品用于商业生产，称为CIIPipe。BUTTING公司利用冷液压扩充法开发出了新的产品，并为新产品申请了专利名称-BuBiPipe。1994年BPCyrus项目首次采用BuBipipe。2001年Cladtek公司利用自创的干液压扩充法生产出了机械复合管。2002年航天部属西安向阳航天材料股份有限公司采用燃爆方式生产机械复合管。1213机械复合管国产化考虑到目前国内此项技术还正处于起步阶段，在海洋石油领域的使用还是空白，各项工艺技术需要通过海洋石油工程的实践来进一步完善。崖城13-4气田的开发，推动着深水技术在中国的稳步迈进，为走出一条属于中国人自己的深水开发道路，耐腐蚀合金海底管线所采用的机械复合管率先走上了国产化道路。1314机械复合管制造工艺四、机械复合管制造工艺在国内外，制造双金属复合管有多种工艺技术，不管采用何种工艺技术，实现良好的双金属复合必须同时满足如下条件：（1）衬管材料整体处于塑性变形状态（2）基管材料整体处于弹塑性变形状态1415机械复合管制造工艺生产机械复合管的方法包括液压扩充法（hydraulicexpansion）、燃爆法（deflagration）等，全球主要的机械复合管生产商，包括德国BUTTING、澳大利亚Cladtek等公司，均采用液压扩充法，只有西安向阳航天材料股份有限公司采用燃爆法。下面主要结合崖城13-4气田开发工程项目机械复合管的制造，介绍西安向阳航天材料股份有限公司采用的燃爆法机械复合管制造工艺。1516机械复合管制造工艺16端口堆焊爆燃复合2010年12月28日双金属复合管工艺流程-复合基管原材料储存原材料入厂复验基、衬装配焊接制管工艺尺寸单衬管检验密封套装配端面修整复合管道内表面清理通径检测复合管外观尺寸测量塌陷性试验测长剪切分离试验压扁试验拉伸试验腐蚀试验堆焊后加工坡口堆焊后检验及无损探伤复合管内部清理外防腐/3LPP标识清洁度及露点检验基管编号、测长基衬管清理及检验生产准备基管入库复合连接雷管火工品装配抽真空首批检验超声检验水压检测抽真空检验端口堆焊车堆焊坡口及坡口检验内窥镜检验成品管入库`模态参数评价高速应变法测应变整根弯曲试验成品剩磁检验·注：图中有阴影过程为按组批原则抽检项目。甲方不合格合格17机械复合管制造工艺（一）机械复合管衬管制管工艺机械复合管衬管详细制管工艺流程如下图所示：172010年12月22日双金属复合管工艺流程-制管原材料入厂复验不锈钢带分切机制焊接焊缝在线无损检测定尺切割、端铣内窥镜检测衬管尺寸巡检外观台检衬管水压蓝点检测基、衬装配酸洗标识衬管离线无损检测18机械复合管制造工艺原材料入厂复验复验项目包括质量证明文件复验、钢带外观检查、尺寸检验、化学成份复验、力学性能复验。（1）质量证明文件复验质量说明书中应说明钢带的材质、规格、炉号、生产编号、日期、主要化学成份及力学性能。1819机械复合管制造工艺（2）钢带外观检查钢带表面不得有裂纹，气泡，夹杂和结疤，钢带不得有分层。对不经抛光的钢带，表面上允许有个别轻微的擦伤，划痕，压痕，凹面，辊印和麻点，其深度或高度不得超过0.5mm。钢带边缘应平整。切边钢带的边缘不允许有深度超过0.5mm的切割不齐和大于钢带厚度公差的毛刺，不切边钢带不允许有大于宽度公差的裂边。不锈钢带两边无毛刺、磕碰现象。（3）尺寸检验尺寸检验应满足下表要求（mm）：1920机械复合管制造工艺（4）化学成份复验每炉批号取一个试样进行成分分析，试样大小：40×40小方块，熔炼分析化学成分要求见下表（质量分数%）:（5）力学性能复验拉伸试验：每炉批号取2个试样进行力学拉伸试验，力学性能验收标准见下表：2021机械复合管制造工艺硬度试验：每炉批号取1个试样进行硬度试验，硬度试验验收标准见下表：复验项目全部合格后，填写材料交验单，准许入库。对于复验不合格产品不予接收。2122机械复合管制造工艺不锈钢带分切由不锈钢带生产商根据外观及尺寸要求，利用分条机进行切割加工。机制焊接（1）成形工艺以水平辊为底线基准调节模具中心线，使模具中心线保持在同一直线上；以模具中心线为基准，调整立辊高低，保证模具成型中心位于同一直线；2223机械复合管制造工艺调试立辊导向模，确保管坯中心与模具中心基线位于同一轴线，并使立辊导向模与管坯之间有足够的摩擦力使钢带平直通过，使钢带不出现皱褶现象。2324机械复合管制造工艺（2）焊接工艺衬管焊缝焊接采用等离子焊和氩弧焊。2425机械复合管制造工艺焊接工艺评定性试验包括：衬管水压试验，静水压试验压力P=5.0MPa；焊缝金相检验；焊缝化学成分，焊缝化学成分不应低于母材；焊缝拉伸试验，焊缝抗拉强度不应低于母材，抗拉强度应大于等于482MPa；衬管导向弯曲试验；衬管硬度试验，在所有的方向硬度值不大于300HV10。2526机械复合管制造工艺（3）定尺切割按照工艺尺寸单对生产出来的衬管进行切割。2627机械复合管制造工艺（4）衬管端铣使用锉刀对衬管管端进行修整，使衬管端面达到平整无毛刺。（5）衬管编号使用电刻笔在每根衬管进行唯一编号并在《制管机生产记录表》上进行相关信息（包括生产批次、材质、生产时间、长度、管号等）的记录。（6）质量控制在焊接过程中，对焊接电流、电压、速度及保护气体流量进行严格控制和记录，每8小时工作班不少于3次。2728机械复合管制造工艺对衬管焊缝进行在线涡流探伤。2829机械复合管制造工艺衬管整体做离线涡流探伤，内焊缝外观采用内窥镜检验。2930机械复合管制造工艺衬管外观检验要求：衬管外表面不得有裂纹、气泡、夹杂和结疤，衬管外表面不得有分层。对不经抛光的衬管，表面上允许有个别轻微的擦伤、划痕、压痕、凹面、辊印和麻点，但深度或高度不得超过0.5mm。3031机械复合管制造工艺衬管尺寸检验要求：对衬管的长度、直度、外径、椭圆度以及壁厚进行检验，每8小时工作班不少于3次。衬管尺寸检验及允许偏差见下表：注：1）管端101.6mm的范围内。2）L为衬管长度。3132机械复合管制造工艺（6）衬管酸洗钝化对检验合格的衬管进行酸洗钝化，并做蓝点试验以检验不锈钢表面酸洗钝化质量，30秒内无蓝点即认为合格。（二）基管原材料入厂复验复验项目包括质量证明文件复验、基管外观检查、尺寸检验、剩磁检验、化学成份复验和机械性能复验。（1）质量证明文件复验质量说明书中应说明基管的材质、规格、炉号、生产编号、日期、主要化学成份及力学性能等。3233机械复合管制造工艺（2）基管外观检查钢管内外表面不允许有裂缝、折叠、轧折、结疤、离层和发纹。这些缺陷应完全清除掉。清除深度不得超过公称壁厚的负偏差，其清理处实际壁厚不得小于壁厚所允许的最小值。3334机械复合管制造工艺（3）基管尺寸检验对每根基管进行尺寸检验，尺寸偏差见下表：注：1）D为基管公称外径；2）t为基管公称壁厚；3）L为基管实际长度。3435机械复合管制造工艺（4）基管剩磁检验基管剩磁四点的平均值应小于等于20高斯，对基管随机抽取5%进行检测，但每8小时至少检测4根钢管。（5）基管化学成分复验根据《中海石油（中国）有限公司YC13-4气田开发项目碳钢基管技术协议（XSJX-10-52）》要求，基管化学成分应满足如下要求：3536机械复合管制造工艺（6）基管机械性能复验按基管炉批号截取钢管试样，每炉批号截取长度为350mm钢管试样1段。拉伸试验：每炉号轴向取1个试样，具体要求见下表：夏比冲击试验：3637机械复合管制造工艺管体硬度试验：每炉号1个试样，检验时在试样上按内、中、外各测4点，最大硬度值≤260HV10。复验项目全部合格后，对基管进行唯一的编号，进行100%测长记录，并填写材料交验单，准许入库。对于复验不合格产品不予接收