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挪威研發(fā)電加熱海底管道防堵技術(shù)

深水領(lǐng)域的油氣作業(yè)主要面臨海底高壓、低溫環(huán)境下容易產(chǎn)生水合物和管壁結(jié)蠟等技術(shù)難題。水合物與蠟沉積將降低油氣管道的輸送能力甚至堵塞管道。針對(duì)這些流動(dòng)安全問題，挪威耐克森公司、挪威國家石油公司以及挪威科技工業(yè)研究院聯(lián)合開展了一個(gè)工業(yè)項(xiàng)目，旨在評(píng)估可行的管道流動(dòng)保障方法。最終，該項(xiàng)目選擇了直接電加熱技術(shù)（DEH）。

通過垂直電纜，從頂部電源系統(tǒng)供應(yīng)交流電，實(shí)現(xiàn)DEH系統(tǒng)對(duì)管道流體的加熱（如圖5），以確保其溫度高于水合物的生成溫度。其中，垂直電纜與海底接線盒相連。此外，DEH垂直電纜還可用于搭配其他線路，如液壓導(dǎo)管、信號(hào)電纜和電源電纜、或管頂至海底接線盒的附加光纖。同軸饋電電纜則用于海底接線盒與管道之間。饋電電纜的外層導(dǎo)管與海底管道近端相連，而內(nèi)層導(dǎo)線與單芯搭載電纜相連，并與整條海底管線并行捆綁敷設(shè)，起到伴熱作用。如此，海底管道本身便作為主回路導(dǎo)線，利用其自身電阻實(shí)現(xiàn)加熱功效。在海底管道兩端，管體與電纜之間形成電流回路，通過安裝附加犧牲陽極可以在系統(tǒng)與海水之間形成良好的低阻通路電流轉(zhuǎn)移區(qū)。這種開放的結(jié)構(gòu)有利于提升系統(tǒng)的安全性和可靠性。配備的鋁陽極可以滿足海底管道及加熱系統(tǒng)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的腐蝕防護(hù)與充分接地需要。交流電也不會(huì)對(duì)管道的內(nèi)腐蝕產(chǎn)生影響。

圖5 海底管道DEH系統(tǒng)

目前在役的DEH系統(tǒng)，基本都出自挪威耐克森公司。2000年，挪威國家石油公司在阿斯加德油氣田安裝了全球首套DEH系統(tǒng)。挪威國家石油公司Tyrihans管線是當(dāng)前應(yīng)用DEH技術(shù)的最長在役管道。該管線直徑18英寸，長度48千米。該管線的DEH系統(tǒng)首次采用了光纖中斷檢測技術(shù)，這是耐克森公司的另一項(xiàng)專利。2011年10月，挪威國家石油公司海洋管道系統(tǒng)深水工程顧問GeirEndal表示：“由于安裝了DEH系統(tǒng)，Tyrihans海上油氣田節(jié)省了10億克朗（約合1.65億美元）?！?/p>

為了降低管線拖網(wǎng)及海洋墜落物體的影響，一旦電纜破損，中斷檢測器便會(huì)立即關(guān)閉電源，從而防止損傷管道。同時(shí)，為了最大限度降低此類事故風(fēng)險(xiǎn)，耐克森公司還開發(fā)了用于保護(hù)搭載電纜的機(jī)械保護(hù)結(jié)構(gòu)（MPS）和聯(lián)合保護(hù)結(jié)構(gòu)（IPS）。MPS和IPS具備挪威船級(jí)社資格認(rèn)證，并且現(xiàn)場應(yīng)用表明該系統(tǒng)可有效緩解拖網(wǎng)及墜物風(fēng)險(xiǎn)。

Lianzi油田水深390-1070米，位于剛果與安哥拉之間的海上區(qū)域，是目前全球應(yīng)用DEH系統(tǒng)最深的海洋石油工程。該油田由美國雪佛龍海外公司運(yùn)營，與位于安哥拉14區(qū)塊的Benguela Belize Lobito Tomboco（BBLT）平臺(tái)相連。整個(gè)DEH系統(tǒng)包括1根DEH垂直電纜、1根裝甲饋電電纜、1根43千米長搭載電纜，以及Lianzi開發(fā)工程海底設(shè)施與BBLT平臺(tái)對(duì)接管道的連接附屬配件。其中，搭載電纜采用耐克森公司的聯(lián)合保護(hù)系統(tǒng)。

迄今為止全球最大的DEH工程位于阿塞拜疆所轄里海海域的沙赫杰尼茲氣田?？傞L130千米的電纜系統(tǒng)將為沿線10條海底管道提供流動(dòng)保障技術(shù)服務(wù)。該DEH系統(tǒng)包括垂直電纜、搭載電纜和其他附屬配件，由耐克森公司位于挪威哈爾登的專業(yè)海底電纜工廠設(shè)計(jì)和施工。此外，系統(tǒng)還采用IPS結(jié)構(gòu)對(duì)海底搭載電纜進(jìn)行保護(hù)。

當(dāng)發(fā)生非計(jì)劃停輸時(shí)，DEH系統(tǒng)能即時(shí)反應(yīng)，并且操作簡單。同時(shí)，該系統(tǒng)具有環(huán)保優(yōu)勢。每個(gè)DEH系統(tǒng)都是按照單項(xiàng)工程的需求量身定制的。目前最長的獨(dú)立搭載電纜為42千米，而在以后的項(xiàng)目中，耐克森公司已具備大幅提升電纜長度的技術(shù)實(shí)力。此外，搭載電纜目前的最大應(yīng)用水深是1070米，這個(gè)深度未來同樣會(huì)增加。隨著石油勘探逐漸向深海領(lǐng)域發(fā)展，在更惡劣的海洋環(huán)境中，DEH系統(tǒng)將為海洋石油工程提供更強(qiáng)大的流動(dòng)保障技術(shù)支持。

孟芳芳 編譯自《World Pipelines》2015年10月