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本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題 目： 海底輸氣管道工藝初步設計 學生姓名： 白如飛 院 （系）：石油工程學院 專業(yè)班級： 海工1101 指導教師： 李 睿 完成時間： 2015年 3 月 29 日 要 求 1、開題報告是畢業(yè)設計（論文）的總體構想，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期獨立完成。 2、開題報告正文用A4紙打印，各級標題用4號宋體字加黑，正文用小4號宋體字，20磅行距。 3、參考文獻不少于5篇（不包括辭典、手冊），著錄格式應符合GB7714-87《文后參考文獻著錄規(guī)則》要求。 4、年月日等的填寫，用阿拉伯數(shù)字書寫。要符合《關于出版物上數(shù)字用法的試行規(guī)定》，如“2005年2月26日”。 5、所有簽名必須手寫，不得打印。 1.課題的意義 海洋管道工程：在海底鋪設輸送石油和天然氣管道的工程。海洋管道包括海底油、氣集輸管道，干線管道和附屬的增壓平臺，以及管道與平臺連接的主管等部分。其作用是將海上油、氣田所開采出來的石油或天然氣匯集起來，輸往系泊油船的單點系泊或輸往陸上油、氣庫站。海洋油、氣管道的輸送工藝與陸上管道相同。海洋管道工程在海域中進行，工程施工的方法則與陸上管道線路工程不同。 自從20世紀50年代初期，人們開始在淺海水域中尋找石油和天然氣。隨著海洋油氣田的開發(fā)，首先出現(xiàn)了海洋輸氣管道。天然氣必須依靠海洋管道外輸，淺海中采出來的原油則可由生產平臺直接裝入油船。在深海中采出來的原油，大型油船?？可a平臺會威脅到平臺安全，因此出現(xiàn)了海中專用于?？看笮陀痛膯吸c系泊。這樣，就要有連接各生產平臺與單點系泊之間的輸油管道。而到了70年代，在海域中開發(fā)了大型油氣田以后，開始建設了大型海洋油氣管道，把開采的油氣直接輸往陸上油氣庫站。而海洋管道工程這門技術也應運而生。 隨著海洋石油事業(yè)的發(fā)展，海底管道作為海洋油氣集輸與儲運系統(tǒng)的一個重要組成部分，已日漸成為人們關注的課題。由于海洋石油、天然氣的勘探、生產，受地理環(huán)境、運輸、作業(yè)條件的限制，其所需石油用管除有陸上用管的技術要求外，還需有更嚴格的技術要求。多年來，由于受資金、技術等諸多因素的制約，我國對海洋石油、天然氣的開發(fā)、勘探和生產受到了限制。而與之配套服務的我國海洋石油管材業(yè)的發(fā)展，同樣受到影響。到目前為止，我國海洋石油用管的絕大部分仍然依賴進口。近年來，隨著對能源的需求不斷增加，海洋石油的開發(fā)不斷受到重視。目前世界上海洋石油天然氣平臺及其配套的海洋鋼結構已經接近萬座。海洋石油的作業(yè)深度也逐漸由近海大陸架向深海區(qū)域發(fā)展。從目前的石油生產形勢可以預測，未來20~30a內，海洋石油的開發(fā)將會熱火朝天。 近年來，全球對能源的需求不斷增加，海洋石油的開發(fā)不斷受到重視。目前世界上海洋石油天然氣平臺及其配套的海洋鋼結構已經接近萬座。海洋石油的作業(yè)深度也逐漸由近海大陸架向深海區(qū)域發(fā)展。從目前的石油生產形勢可以預測，未來20~30a內，海洋石油的開發(fā)將會熱火朝天。 伴隨著海洋石油事業(yè)的發(fā)展，海底管道作為海洋油氣集輸與儲運系統(tǒng)的一個重要組成部分，已日漸成為人們關注的課題。由于海洋石油、天然氣的勘探、生產，受地理環(huán)境、運輸、作業(yè)條件的限制，其所需石油用管除有陸上用管的技術要求外，還需有更嚴格的技術要求。多年來，由于受資金、技術等諸多因素的制約，我國對海洋石油、天然氣的開發(fā)、勘探和生產受到了限制。而與之配套服務的我國海洋石油管材業(yè)的發(fā)展，同樣受到影響。到目前為止，我國海洋石油用管的絕大部分仍然依賴進口。1995 年，天管公司投產后，所產石油套管先后在渤海油田、南海西部、東部等海上油田使用，所產管線管開始用于鋪設海底管線。但是，與海洋石油、天然氣生產的迅猛發(fā)展相比，我國海洋石油管的生產仍顯滯后。這說明，我國海洋石油管，市場潛力巨大，亟待開發(fā)【2】。 我國的海洋石油、天然氣儲量非常豐富。20世紀末，中國海洋石油總公司在渤海海域探明了儲量極大的油氣資源，先是蓬萊 19-3 油田，接著，一個個大油田浮出了海面。目前，中國海油已在渤海海域、東海海域、南海西部海域建成了3個大氣田，并已向遼寧、天津、上海、香港、海南島供氣40多億立方米。尤其是崖13-1氣田，探明儲量900億立方米，每年向香港供氣30億立方米。目前在建的東方氣田探明的儲量更大，建成投產后，天然氣產量相當可觀。 我國在“十五”期間將堅持“油氣并舉”的方針，加大石油、天然氣的勘探、開發(fā)力度。據中國海油天津分公司有關人士介紹，渤海油田今年計劃產油400萬噸，到2003年產量將達到1000萬噸。海洋石油企業(yè)將需要大量的石油管，希望國內石油管生產廠抓住機遇，搶占海洋石油管市場。 隨著海洋石油事業(yè)的發(fā)展，海底管道作為海洋油氣集輸與儲運系統(tǒng)的一個重要組成部分，已日漸成為人們關注的課題。由于海洋石油、天然氣的勘探、生產，受地理環(huán)境、運輸、作業(yè)條件的限制，其所需石油用管除有陸上用管的技術要求外，還需有更嚴格的技術要求。多年來，由于受資金、技術等諸多因素的制約，我國對海洋石油、天然氣的開發(fā)、勘探和生產受到了限制。而與之配套服務的我國海洋石油管材業(yè)的發(fā)展，同樣受到影響。到目前為止，我國海洋石油用管的絕大部分仍然依賴進口。1995 年，天管公司投產后，所產石油套管先后在渤海油田、南海西部、東部等海上油田使用，所產管線管開始用于鋪設海底管線。但是，與海洋石油、天然氣生產的迅猛發(fā)展相比，我國海洋石油管的生產仍顯滯后。這說明，我國海洋石油管，市場潛力巨大，亟待開發(fā)【2】。 而目前我國的海洋石油、天然氣儲量非常豐富。20世紀末，中國海洋石油總公司在渤海海域探明了儲量極大的油氣資源，先是蓬萊 19-3 油田，接著，一個個大油田浮出了海面。目前，中國海油已在渤海海域、東海海域、南海西部海域建成了3個大氣田，并已向遼寧、天津、上海、香港、海南島供氣40多億立方米。尤其是崖13-1氣田，探明儲量900億立方米，每年向香港供氣30億立方米。目前在建的東方氣田探明的儲量更大，建成投產后，天然氣產量相當可觀。 我國在“十五”期間將堅持“油氣并舉”的方針，加大石油、天然氣的勘探、開發(fā)力度。據中國海油天津分公司有關人士介紹，渤海油田今年計劃產油400萬噸，到2003年產量將達到1000萬噸。海洋石油企業(yè)將需要大量的石油管，希望國內石油管生產廠抓住機遇，搶占海洋石油管市場。 但是隨著科學技術的進步以及人類對于海洋石油資源認知度的不斷提高，海洋油氣的勘探已經從陸地逐步走向深海甚至更深的海域。而此時海上油氣集輸就變成了一個十分重要的課題。而對于集輸來說，海底管道則是至關重要的問題。而對于海底管道的敷設來說，現(xiàn)如今有多種技術相對成熟的方法可以選擇。而對于這些敷設方法的深入理解以及研究，將對于海底管道的敷設以及海洋油氣的集輸有著十分重要的意義。 2.課題國內外研究現(xiàn)狀 我國海底管道的鋪設，因受海洋工程發(fā)展較緩慢，且裝備與技術相對落后等因素的影響而起步較晚。從八十年代中期僅能鋪設平臺間的小口徑、低壓油氣集輸管道到九十年代中期發(fā)展到了鋪設長距離大口徑、高壓油氣輸送干線，達到了國際海底管道建設的技術水平。到1998年底，在我國海域已累計鋪設了約2000公里的海底管道，其中南海海域的崖城13-1氣田到香港的口徑28英寸、長778公里的高壓輸氣管道是世界上第二條最長的海底管道。經過十多年的努力和實踐，中國海洋石油總公司完全具備了獨立設計、鋪設、試運投產海底管道的技術能力和施工裝備。隨著海洋石油工業(yè)的發(fā)展，海底管道的長度也將不斷增加，技術水平也將進一步提高。盡管近年來我國海上敷設了2000 km以上的海底管道，但目前國內設計、施工能力及水平與國際先進水平相比還有很大差距。工程設計方面，國外公司已形成水深近3000m、惡劣海況和復雜海底地貌及地質情況下的設計技術，而國內設計單位僅能涉足百米水深、常規(guī)環(huán)境下的海底管道設計，工程施工方面，國內只有兩條鋪管船，敷設水深百米以內【6】。工程檢測與維修方面更是相形見拙，2000年，東海平湖輸油管道出現(xiàn)斷裂后，國內相關單位用了一年多時間才完成修復。可以說，我國在海底管道設計、施工以及檢修領域起步較晚，技術較落后。因此，大力加強關鍵項目的對外合作，適當引進關鍵技術與裝備，是盡快適應海上油氣田開發(fā)、提高國內海底管道技術水平的有效途徑。 近海石油的開發(fā)始于三十年代后期。四十多年來海洋石油工業(yè)已有了突飛猛進的發(fā)展,據不完全統(tǒng)計全世界浦設的海底管線總長已超過32000公里。早期石油開發(fā)一般都在離岸較近的淺海區(qū),水深僅6米,且管道較短、管徑較細,大多是井口與平臺、井口與井口以及平臺與平臺之間的集油管線。通常采用帶剛性直托管架的方駁型鋪管船進行鋪設。六十年代,隨著中近東、墨西哥灣以及北海油氣田的開發(fā),由于海深增加,氣候條件和海況較差,使上述鋪管船已無法勝任,代之而起的是第二代自航式流線型鋪管船。船上設有起重能力達250一800噸的起重機,并逐步采用半自動和自動焊接技術。同時采用曲線型托管架以改善管線受力狀態(tài)。它們可以在水深100米的海域里鋪設距離較長(20公里以上)、口徑較粗的外輸管線。七十年代,由于北海油田的進一步向北開發(fā)以及大型油田的相繼問世,為適應北海北部越來越惡劣的氣候條件和海況,人們建造了抗風浪能力很強、穩(wěn)性很好的第三代鋪管船,即大型自航或非自航半潛式鋪管船。船上均配有大型固定式和回轉式起重機,起吊重量達1600噸/回~2000噸/固,并設有7一12個用作焊接、X光檢查和噴涂防護的工作站。它們一般能在浪高3.6一4.5米和水深150~300米的海域里作業(yè),鋪設管徑最大達1422.4毫米(56英寸)【3】。當前,為適應向更深海域鋪管的需要,除了在這些大型自航半潛式鋪管船上配有用電子計算機控制的動力定位和自動絞車控制系統(tǒng)外,國外鋪管公司如法國海洋管道工程公司還采用了無托管架超深水鋪設法,如“J”型法、“S”型法和斜形滑道鋪設法等。為進一步提高鋪管速度,采用了高速電子束焊接新工藝和最新“無潛”連接技術。近幾年來,由R.J布朗聯(lián)合公司通過一系列試驗而發(fā)展起來的底拖法和以開為中心的水下開溝技術,及由意大利海底石油服務公司發(fā)明的自動推進埋管機,均引起了各工程公可的重視【3】。而此技術現(xiàn)在已經被廣泛應用在海洋管道鋪設領域。 海底管道是海上油氣生產設施中不可缺少的組成部分，海上油氣集輸和輸送是靠海底管道來完成的。海底管道的起源和發(fā)展，在國際上已有較長的歷程。從1954年在美國的墨西哥灣由Brown&Root海洋工程公司鋪設的第一條海底管道以來，迄今為止已在北海、墨西哥灣、地中海、澳大利亞、東南亞、拉丁美洲、非洲等海域累計鋪設了約100000公里的海底管道，海底管道的鋪設水深已達1463米，海底管道的直徑已達42英寸（1英寸=25.4mm，以后同）。在世界各近海海域成功地鋪設了無數(shù)條各種類型、各種管徑的海底管道。隨著海域水深的增加鋪管技術也相應得到了大發(fā)展。 對于海底管道的敷設來說，鋪管船法是一種常見的方法。我國目前所擁有鋪管船多從國外引進，再加以改造。這些鋪管船由于是早期產物，所以適應性能比較差。其中包括了濱海106起重鋪管船，其主要不足主要體現(xiàn)在其移位絞車未采用變頻調速式，控制性能差，船上配套設施自動化程度低，效率差，工作站數(shù)量偏少，施工速度較慢。再有就是國內較為先進的鋪管船，如“藍疆號”起重鋪管船，其設備比較先進，可以在惡劣氣候環(huán)境中施工。該起重鋪管船的最大特點就是起重能力非常高，起重載荷為3800噸，可進行平臺安裝施工。國外鋪管船種類多樣船體上，大致可分為駁船式，普通船型式和半潛式?？傮w上，駁船式鋪管船排水量，比較適合較淺水域施工，如灘海和淺近海，普通船型式鋪管船則吃水較深，適合需要承載較重設備時使用，半潛式船體巨大，吃水深度深，穩(wěn)定性高，多用于深?；蛘攮h(huán)境惡劣的海域。 除了鋪管船法，常見的鋪設方法還有卷筒鋪管法，該方法是利用卷筒鋪管船上的卷筒，在陸上將管線強力卷到卷筒上，由拖輪將卷筒駁船拖航到鋪設地點后，再將卷筒上的管線展開，經校直機校直后將管線鋪設到海底。世界上第一次用卷筒鋪管法是1960年，圣菲國際公司在這方面累計了不少的經驗，如該公司應用縱向滾筒式鋪管船阿普奇在北海浪高4.5米和風速92.5公里的惡劣條件下成功鋪設了一條304.8毫米的管線，該法的最大特點是特別適用于深水小口徑厚壁管徑的鋪設。 再有一種常見的鋪設方法，牽引法。其中包括四種形式，即水面牽引法，等深牽引法，底拖法和離底牽引法。牽引法的主要優(yōu)點是牽引時操作管子安全，方便并和水深及管子特性無關；施工時避免管子彎曲過大而造成的危險，且管線應力在整個過程中保持在較低的安全水平上；和鋪管船相比可以可以大大的減少鋪管的時間；如果采用機械連接器還可以減少施工時間和成本。當然，牽引法也有它的局限性。首先，牽引力受到設備條件的限制，特別是拖輪系纜力的限制，使所牽引的管子長度不能過分增長。其次，為確保管線安全鋪放到海底，必須對海底通道進行詳細的勘察。通常應選擇海底平坦和無障礙通道。 而隨著科學技術的發(fā)展，一些新型鋪設技術也開始得以運用。如“s”型鋪管法，1960年-1963年，由ETPM的姐妹公司將直徑為228.6毫米，長4公里的管線鋪設在水深達到2600米的穆斯塔加奈姆和卡塔奧納之間的地中海中。此外新型鋪管法還包括用鉆井船的“J”型鋪設法和帶斜型滑道的“J”型鋪設法。而伴隨著這些新型鋪管方法的應用，海洋管道的鋪設技術也開始變得更加成熟。 3.畢業(yè)設計（論文）的主要內容 查找有關海底輸氣管道設計施工技術方面的文獻 1.海洋管道工程的背景及目的 1.國內外海底管道發(fā)展現(xiàn)狀 3.論證并確定管道設計基礎數(shù)據、線路和選擇。 4.管道工藝設計計算：選擇管徑與附屬材料，考慮壓降和溫降。 5.管道的穩(wěn)定性設計：立管和膨脹彎管的結構形式、布置，保護結構和連接方式，立管系統(tǒng)的整體和局部強度計算，安裝方法與施工中的強度分析。 6.管道的施工設計:設計管道的加工、焊接、開溝、敷設、管段的鏈接和就位、埋置等。 7.管道的防腐設計。 4.所選用的方法，手段以及步驟等 (1) 查閱有關規(guī)范，確定工藝設計形式 (2) 完成各部分設計計算并校核 (3) 編寫設計計算書、說明書 (4) 繪制設備圖 (5) 采用PowerPoint制作課件以便答辯需要 5.階段進度計劃 1～2周： 外文翻譯，查閱有關資料做開題報告 3～5周： 初步整理需要查閱的內容 6～8周： 進行文獻的查閱 9～11周： 完成文獻的查閱 12～13周：對所查閱的內容進行整理 14周： 準備畢業(yè)答辯 指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日 系（教研室）意見： 主任簽字： 年 月 日