海底管道系統是海洋工程中一種重要的支撐裝備，在海底惡劣的工作環境中承擔著不可替代的重要功能。目前，隨著海洋工程技術和裝備發展，管道系統已成為深海勘探、開發和利用中必不可少的技術與裝備。管道系統為石油平臺提供了巨大的能源供應和安全保障作用，為海上鉆井平臺提供了安全穩定的環境。管道系統可分為固定安裝、移動安裝和移動式安裝三種，在海上復雜環境下可根據應用需要進行調整。

海底管道系統

海底管道系統主要由管道和輔助設備組成。主要包括管徑各異的橡膠圈和電纜套、管件套筒、機械連接件和管道連接件等。海底海底管道系統通常由橡膠圈或管件構成，用于連接和固定海底管線。其中，橡膠圈用于連接海底管線表面，具有較高強度和耐腐蝕性能；結構簡單，易于制造；具有較好的抗海水侵蝕性能；施工簡單、易于維護；適用于固定安裝和移動安裝。我國目前使用較多的為固定安裝和移動安裝兩種深海管道系統，其中固定安裝和移動安裝較為常見。

1、固定安裝

固定安裝是指在海底管線上放置支架或固定裝置以使管道固定于海底，以適應施工環境的安裝方法。常用的安裝方法有潛水員操作海底管道系統固定裝置，將潛水服或吊車裝置在海底管道上，并通過潛水員、吊車和吊鉤等裝置將管道固定于適當位置錨定。根據其工作環境的不同，該方法可分為室內固定安裝和海上固定安裝。室內固定安裝是在海底管線固定位置設置支架，利用該支架將其固定在海底管線壁上，使管線與錨定裝置相匹配、保持其完整性。海上固定安裝是將潛水服或吊車裝置在海底管線上，通過吊鉤將管線懸掛在海底管線上，使管道緊貼海上錨定裝置，并使其保持完整性。它適用于深水管道及海底隧道。

2、移動安裝

采用浮運的方式將管道運送到海底作業平臺，然后將管道輸送到作業平臺上繼續安裝和拆卸。目前，海底管道系統最常用的固定安裝方式是浮運方式。浮運方式的優點是可以較容易地更換或維修海底管道系統、簡化施工程序、縮短維修周期。缺點是需要較大的作業范圍，施工難度大、成本高。目前我國的海洋石油鉆探工程項目采用的浮運方式較多，但浮運方式在某些方面對海底管道施工造成一定程度的限制。另外由于海水流速較大，浮運方式還會造成管道受到不同程度沖擊損傷、使管道系統出現泄漏等問題。

3、機械連接件

海底管道系統中機械連接件的主要作用是將金屬或非金屬管道固定在系統中的適當位置，使管道與水面以下形成水平，并能承受高壓；防止海水的侵蝕。例如，海底電纜套、連接螺栓之間的法蘭等都是海底管道中的機械連接件。隨著海工技術的發展及海底石油資源的開發利用，機械連接件的使用越來越廣泛，其結構簡單，重量輕，施工方便，目前主要被用于在一定深度內連接海底管線及連接不同類型管道。

4、管道連接件

海底管道系統中使用的海纜或海底管線，一般包括海纜，通常有兩種形式，一種是直接布放海底管線，另一種是埋設在海床表面和巖層之間的管道連接器。目前使用的最多的海纜連接件為“PA”(Polyurea Association)型。海纜由帶狀纏繞或螺旋纏繞的鋼絲和絕緣材料組成。在使用過程中將纏繞在電線電纜上、纏繞在鋼絲或絕緣材料表面上的海纜稱為電纜布放線(Spring Table Association),而將電纜外壁直接鋪設在海纜外壁(Monoza Interview)稱為電纜布放線(Spring Table Association)。電纜布放線是利用鋼絲繞在海纜外壁而布放管道線(Monoza Interview)的方法，使海纜在埋設深度達到埋地管道埋設深度時，不受海水和洋流干擾，將海底管道內或外層與海纜之間采用埋設在海纜外壁而埋入土層表面或者巖層之間的管道連接器作為連接線來進行埋放施工。

海底管道系統是由海底預制件（預制管）、管接頭（PE管）、端部接頭（PTU接口）、導管（PHU接口）、管卡（PB接口）組成。通過海底預制件將管卡與海底管接頭連接并加以固定后通過安裝工具卡將管卡與管接頭連接而成。根據海上作業方式和應用需要，在海上可安裝多根海底管道；在岸基安裝中可將多根海底管道并聯起來，形成一個完整的海底管道系統；在陸上可鋪設數十根海洋海底管道。海底管道系統一般采用分段設計原則進行結構設計，各分段之間采用連接件或連接卡進行連接；每段管道之間可由一個連接，件之間設置導管或管卡進行連接。各海底管道之間一般采用電纜或軟管進行連接，當其中一段海上作業時必須采用電纜將其與海底 PE管連接并鋪設；當海上作業需要改變站位時，需重新修建海底 PE管或采用陸地臨時連接樁來敷設。

1、海底管道系統一般由 PE管、 PTU接口（又稱端部接頭）、導管、管卡組成。

PE管在連接時，首先采用一端部接頭對接法與海底預制件進行連接。PE管接頭的直徑為1~2 m。PTU接口與其他海底管道在安裝前，先將管接頭與兩端部分進行焊接，并用 PHU和管卡進行固定，以使該端接頭與 PTU接口之間的縫隙相互抵消。連接完成后的端部接頭一般用兩塊螺栓固定于 P口或管卡上，管卡的螺紋可作適當加工。此外，還有用螺栓和螺母緊固于 P口端部管接頭或套管后的法蘭中、用墊圈固定于 P口內的套管固定于 PTU接口上、管卡可做適當加工與螺紋加工。目前在海上安裝海底管道時多采用導管或管卡進行連接。

2、海底管道系統連接件分為插入件和脫出件。

插入件主要用于插入 PE管段，當插入件和連接卡有一定間隙時，可使用螺栓或螺母進行固定。脫出件主要用于脫出 PE管段，其作用是防止管件變形，脫出件必須采用螺栓固定；脫出件還可用于插入和拔出一段距離的 PE管道，即插入件和脫出件連接成一個整體。海底管道系統中插接件一般可分為插入式、嵌入式和直接插入式三種，在海底管道系統中一般不設插入式，直接插入式僅限于特殊條件下使用。在海底管道系統中脫接件在安裝時需預先放置在海底預制件中并在管道插入前設置了插孔以防止插入物進入管材內部而造成損壞。插入式連接件有兩種：一種是通過專用裝置在插入管內將其固定到管材中，這種形式適用于管徑為50 mm以下或者海底長度小于50 m的 PE管；另一種是將插接件直接插入 PE管內，這種形式適用于管徑為30 mm以上、海底長度小于50 m、管孔直徑為20 mm以下、使用連接件時插入即可完成連接。

3、管卡分為管卡和卡板，以適應不同施工環境的需要。

管卡可采用機械或手工操作的方法，一般分為普通管卡、鋼制或鑄鐵管卡和卡板三種類型。普通管卡是用鋼管制成的可調薄的管卡，一般用鋼板或鑄鐵制成，有良好的抗拉性和彈性，適用于各種海底管道的安裝；鋼制管卡用于水下的管卡應用廣泛。鋼制卡板一般采用熱鍍鋅鋼板或塑料型材制成，具有良好的耐腐蝕性能；不銹鋼卡板用于水下和陸地現場安裝的海溝施工中。為適應安裝海溝時多水的環境，鋼制海溝卡板表面應涂以防銹涂料防止海水腐蝕開裂；海溝卡板通常采用鉚釘固定，其位置應使海溝深度大于或等于40 m;不同海溝深度設置不同卡板厚度；管道安裝完后拆除所有卡板和螺栓并清除海溝中殘留的碎屑。鋼制卡板具有一定的抗拉強度和耐沖擊強度，對于較深海底管道系統可將其作為浮橋使用；鋼管采用冷軋薄板制成，可承受較大風浪載荷；焊接鋼管前應進行焊接試驗、氣密性檢查和焊縫性能檢測；卡具一般為專用工具式，也可根據施工要求配制，其性能應滿足使用要求。

4、海底管道連接件的類型

海管連接件是在管接頭與連接管之間填滿泡沫、填充聚乙烯泡沫，或者直接將材料制成制品的材料構件。海底管道系統中使用的連接件包括：導管（PHU接口）、管件(PE)、連接件（支架）以及連接卡，其作用是把管子與連接起來或將塑料管與連接起來。其類型可分為剛性連接件和柔性連接件兩大類。

5、溫馨提示：

海底管道系統中，管卡是一種用于支撐和固定管卡的構件。它通常分為水平管卡和豎直管卡。水平管卡是一個用于安裝的結構部件，它一般由支架和拉桿組成而成，以確保不會因為船只或其他物體刮擦或撞擊海底管線或海底管道系統內部；豎直管卡是由兩根豎直的管道或由兩根豎直的管道組成，其中一根豎直的管道或由一根豎直的管道卡口相互連通而成一個完整的垂直管道系統。管道系統主要由海底預制件（PE管）、根管接頭、端部接頭及導管、輔助工具等組成，是一個重要的組成部分[1],通常與管道系統一起設計和安裝。

海底管道系統是一種高強度、高剛度、非焊接化材料的復合結構，在不同環境條件下的性能會發生變化，因此需要根據應用環境制定適當的工程技術措施和設計方案，以確保管道系統穩定可靠運行。常見的海中海底管道系統關鍵技術包括：管體材質控制技術、海底管材預制技術、超低應力連接理論與方法以及鋼管內防腐和涂層涂裝等。管體管體材質控制主要包括：管殼材料控制；鋼管內壁涂層優化設計；鋼管焊縫表面涂裝。同時，還需要注意不同環境下管道與海底的匹配問題，以及特殊環境下的穩定性問題。海上作業一般采用浮式安裝方式，可在陸上鋪設管道系統進行安裝，也可在固定安裝條件下鋪設管道系統完成安裝工作。

1、管體材質控制技術

管殼材料控制主要包括：管殼材料控制包括選用合適的管材、管體制造工藝和管體材料選擇。選擇管殼材料時，應考慮管道系統的承載能力，以及管體材料的耐腐蝕能力和使用壽命；根據設計要求選擇最佳的管材和管體材料，以保證管道系統的穩定性和安全性；應合理選擇管體材料，并采用合適的管材和管體材料的熱處理工藝，以保證材料在使用中不發生脆性斷裂。海中管線系統一般為鋼質材料內襯復合管，通常采用玻璃鋼作為其管殼材料；在鋪設海中管線時，要保證系統的穩定性和安全性，通常采用鋼外涂玻璃鋼外敷管道材質。在應用海中管線系統前，需根據工程應用條件進行管材尺寸選擇和設計，并根據工程應用要求完成鋼管內壁涂層優化設計、鋼管焊縫表面涂裝等工作環節。

2、海底管材預制技術

海底管壁采用人工鋪設，需要控制管壁尺寸和厚度，且通常要在水下200 m范圍內鋪設5~10根管材，因此對海底管材預制技術要求較高。海底管束管是直接把直徑小于300 mm的焊接管材通過水下導管打入海底巖層中，經過切割、焊接等工藝制作而成的各類管道系統。因為它需要通過潛水或淺水作業過程從管壁到海底進行各種焊接，因此對管體質量要求非常高。海底管道系統具有安裝便捷、施工周期短、成本低、施工精度高等優點，但它與傳統的鋼管相比，強度相對較低。為了滿足海洋環境下對海底管道性能的要求，目前主要采用鋼制管材制作深海管線系統。

3、超低應力連接理論與方法

超低應力連接技術是一種新的連接方法，是利用橡膠與管壁間產生的強大剪切力來實現管道與海底母體的連接。由于海底管道系統具有抗沖擊、抗振動和抗腐蝕的特點，所以超低應力連接具有良好的環境適應性。超低應力連接的發展歷程：上世紀60年代以前，對不同橡膠材料之間進行超低應力焊接，即超低應力連接;70年代以后采用化學惰性材料作為原材料實現超低應力連接。隨著我國南海海洋工程技術的發展以及海底管道技術的不斷完善，超低應力連接技術在海中管道系統中已經開始使用。然而由于海底管道系統具有高強度、高剛度和超低孔徑效應的特點，因此采用超低應力連接還存在一定需要解決的技術問題。另外，目前國內外尚未開展超低應力系統相關研究工作。

海底管道系統是海洋工程中不可缺少的一部分，其性能和功能直接影響到石油平臺的運行和壽命。隨著國際石油市場的發展和國際石油公司對油氣資源勘探和開發技術水平高低的關注，海洋管道系統必將得到更多地應用和發展。當前全球油氣行業正處于從“發現石油”向“發現油氣”轉換階段，需要更多地關注和使用管道系統在油氣勘探實踐中扮演過的重要角色和作用。海底管道系統已成為深水鉆井平臺的重要支撐裝備之一。隨著近年來油氣行業的持續發展對復雜海況要求苛刻的特點，適應各種惡劣環境、提高其使用壽命（如抗沖擊、抗硫化氫腐蝕等）已成為一項重要的研究內容。隨著海洋工程技術和裝備發展，對海底管道系統提出了更高要求，包括高效環保、抗硫化氫腐蝕、適應多種工作環境等（如高效高密度耐壓、抗硫化氫腐蝕等),因而未來也將是對海底管道系統設計、制造、施工和管理等各個環節提出更高要求。