摘要：随着原油的深度开采，原油输送的要求逐渐提高。为了提高我国当前原油输送效率，要保证管线材料具有抗腐蚀性和高稳定性。文章通过分析原油输送管线的运行参数，结合复合材料在海上钻井平台中的应用，进一步探讨了管线材料的具体选择方法以及运行保障措施，以供相关人士参考。
关键词：海洋原油输送；管线材料；选择
1原油输送管线运行参数
1.1材质
管线的材质是保证输油管道预定效果的重要因素，针对海洋环境的复杂化，物料的腐蚀以及海洋盐雾环境，目前深海钻井平台中常用的材料主要有不锈钢和碳钢这两种。铜镍材料因为价格昂贵，而且材料的采办周期较长，不符合经济效益的原则，所以通常不会选择考虑铜镍这种材料作为管线的基础材料。再加上管道内部的原油已经经过脱硫脱水处理，所以说还是碳钢这种材料最具有经济效益。
1.2流速
油气资源在管道内的流速也会对腐蚀产生一定影响。这种影响主要体现在两个方面，首先油气流动会加速腐蚀反应中物质的交换速度，其次可以阻止腐蚀保护膜的形成，从而使得管道腐蚀过程更加复杂。研究表明，当油气的流速较高时，可使管道内形成空蚀现象。［1］国内学者方晓君等人的研究结果显示，管道内油气在流动状态下比静止状态具有更高的腐蚀性能，使得管道的腐蚀速率成倍加快。例如X65钢管，当管道内油气资源处于静止状态时，管道的腐蚀速率约为0.002mm/a；当流速达到0.742m/s时，管道的腐蚀速率将增加2~3倍，约为0.0045mm/a；当流速达到1.484m/s时，管道的腐蚀速率将增加10倍，约为0.02mm/a。油气流速和腐蚀速率之间呈现出了非线性关系。当油气流速增大时，管道的腐蚀状况将由均匀腐蚀变为局部腐蚀，如果油气流速持续增大，则腐蚀状况会由局部腐蚀再变为均匀腐蚀。同时，随着油气流速的变化，管道表面的腐蚀保护膜形态也会发生变化，腐蚀保护膜的厚度将不断减小，当流速达到一定数值后，管道内将不会有腐蚀保护膜的存在。
1.3压力
众所周知，油气管线所使用钢材的钢级越高，油气输送的经济性就越好，油气管道输量和管道压力越高，经济性越好，但是在压力增大时，管道的腐蚀速率也会发生变化。压力对原油管道腐蚀速率的影响较小，当管道压力处于0.1MPa时，管道腐蚀速率为0.001mm/a，当管道压力升高至6.3MPa时，腐蚀速率也仅为0.0015mm/a。国内学者的研究结果显示，压力对原油管道腐蚀速率的影响要明显小于对天然气管道腐蚀速率的影响。
2复合材料在钻井平台中的应用现状与分析
关于海上钻井平台用复合材料的应用及发展情况有诸多报道，英国石油平台工程协会专门编写了《玻璃钢石油平台应用入门》，向石油业界介绍行业相关的复合材料知识，推广应用复合材料。例如，Dunbar石油平台使用的原油引油管，Aker-Kvaerner公司设计的深海用脐带式管缆等，均采用玻璃纤维增强复合材料（GFRP）制成。部分复合材料产品的成本控制亦较好，例如，英国石油总公司使用的碳钢石油引油管，投资费用约为150万英磅。改用GFRP引油管后，其投资费用降低为40万英磅。可以看出，近海钻井平台GPRS的应用已取得一定的发展。文献表明［2］碳纤维增强复合材料（GFRP）亦拥有诸多优于其他材料的优良性能。
2.1采油、输送复合材料立管
钻采立管是实现海底油井与钻井平台甲板连接的构件，该构件多为直径266mm的管状物，可实现从海底井口经泵站以及泵站配管，将油、气从海底输送至海上平台的储藏槽中。因此，立管将长时间浸泡在海水中，需要承受海水的冲击、侵蚀以及海水巨大的压力。同时，随着入水深度及管内油、气重量的增加，海上平台将同时承受立管及内部石油的重力。因此，海上钻采立管耐腐蚀及减重的需求尤为突出。
2.2复合材料可卷绕管
相对于传统刚性管，可卷绕柔性复合材料管具有较低的弯曲刚度，可承受较大的形变。这种承受因海流、潮汐等载荷所发生的变形能力，增加了可卷绕管材的使用范围，拓宽了海上平台的作业领域。
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Fiberspar[3]采用挤出工艺制造了高密度聚乙烯复合材料内衬管，使用纤维缠绕设备在内衬管表面缠绕碳纤维或玻璃纤维，生产速度可达180m/h。通过优化纤维结构、缠绕角以及结构层，可获得质量稳定的高品质可卷绕复合材料管，其表层拥有较高强度，内层赋予耐腐蚀功能，主要应用于注射管线、流动管线等位置。在快速修复方面，卷绕管可简单、快速地安装在渗漏的钢管中，从而达到修复钢管的目的。另外，卷绕管亦可作为防腐蚀层赋予管材防腐蚀性能。
3材料选择中的具体办法
3.1材料出厂前的检验
根据生产厂家的产品生产工艺，在产品完成出厂前，为了避免出现一些不必要的错误和事故，就要对产品进行严格的出厂检验。这是保证产品质量的一个非常重要的环节，而出厂前的检验工作一定要有重点。就拿管线材料为例，在出厂前要进行管线接口处的焊接口，横向和纵向的管线承受能力以及材料的温差测试，例如材料的拉伸应力和屈服强度，材料的微量元素含量，合金元素含量，S、P含量这些都需要符合标准，这些都需要厂家出厂时提供。只有达到合格要求的才能安排出厂。从这些管线材料的生产方角度来说，目前对于这些材料的检验主要是依靠人工来完成的，所以在检验方式上存在一定的漏洞，但是如果没有这道工序是没有办法保证管线材料的质量的。这对于深海钻井平台的正常运作也会产生影响，所以海洋环境的管线出厂检验检测必须严格执行相关的标准和规范。
3.2 材料出厂前的实验
由于海洋管线作业环境的特殊性，所以不管是材质还是其他方面的要求，都要区别于普通陆地上的输油管线。由于是海下作业的地理环境，对管道的承压能力有了更高的要求，因此必须对管线的极限承载能力，通过水压爆破实验来进行监测。如果试验压力达到1.05倍的30英寸管线的计算爆破压力93.687.3kPa时，试件没有爆破，且稳压10s，此时就表示实验合格即可停止。除此之外，还有一种就是，如果直接打压至管线破坏为止，管线爆破时试验压力不低于30英寸60mm，管线的计算爆破压力89.226kPa也即为合格。只有实验通过的材料才能够应用到具体的使用环境当中，而实验的结果也是进行管线材料选择的重要依据。
而实验与上面的检验过程相比就更具有针对性，而且对于材料的品质也能做出很综合的考量，但是因为实验的过程费时费力，而且对于材料的损害也较大，所以在选择这种检验方式的时候还是要慎重。不管采取哪种检验方式，能够真正满足实际的工作需要，能够选择出合格的产品就是好的。
4管线运行的保障探讨
着眼目前世界科学技术发展水平，以及材料科学的发展特点，今后一个时期，管线的运行保障除了更专业化、更多更强手段的使用外，还要在两个方面多做探讨：
一方面，要加强材料科学的深层理论研究，从源头上提升管线的运行持久性。更高性能的材料是管线安全运行的基础，随着管线焊接技术、封堵技术、三通卡具优化设计等基础领域研究取得进展，企业实现高水平管线的可行性正逐步提高。
另一方面，海洋作为全球能源的宝库，随着深海开发技术的提升，海底油气田、可燃冰等开发的规模扩大化，海底油气集输管线的实用越来越广泛，其高成本的抢修却又制约着发展速度。我国有着极为丰富的海洋油气资源，海底管线的建设与维护，成为海洋油气资源开发的瓶颈，利用国内外先进技术，加大对海底管线的检维修研究，将对国家能源战略的转型，提供有力保障。
5结束语
综上所述，随着石油工业的不断发展，海上油气的开发已经在向深水的方向发展，各种大规模海上钻井层出不穷。但是超深水方向的海上油气田开发，对于管线材料的要求更高，这也是制约深水钻井以及作业的一个很重要的问题。因此针对材料的选择需要高度重视，保证安全性能，确保输送顺利。
参考文献：
[1]代维.塔河油田金属管线的腐蚀规律研究及新型管材的应用[D].西南石油大学，2017.
[2]李仁杰，翁兴竹.成品油管道敷设方式及防腐材料选用[J].中国石油和化工标准与质量，2017，37（15）：92-93.
[3]梁嵩.油气集输及储运工艺优化设计[D].东北石油大学，2017.
论文作者:李丹
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/8
标签：管线论文; 材料论文; 管道论文; 油气论文; 复合材料论文; 流速论文; 原油论文; 《基层建设》2018年第19期论文;