深水立管标准体系分析

谭 越，石 云，连 华，吴 炜

1.中海油研究总院有限责任公司，北京 100028

2.中国海洋石油集团有限公司，北京 100007

深水立管是深海油气田开发的必备设施，恶劣的深海服役工况和复杂的作业因素对构件的强度、塑性、韧性、疲劳性能、耐蚀性、抗压溃性能以及几何尺寸精度等提出更高要求。深水立管在墨西哥湾、北海和西非等油气田资源丰富的海域广泛应用。在过去的十几年里，立管技术取得了工作水深从300 m 到2 500 m 的进步，水深的增加，使得立管的设计和制造更加复杂[1-3]。国外大型石油公司，如道达尔、壳牌等，一般都有符合其自身实际情况的立管管材性能指标、焊接及试验标准及技术体系，相应的生产厂家也有较为完善的试验、制造体系。

我国深水油气开发起步较晚，至今还没有钢悬链线式、顶端张力式以及混合式立管应用业绩，近些年也开展了许多研究，具备了一定的设计和管材制造能力，立管关键材料和部件（例如TTR连接器和应力节点等） 均依赖进口。对于柔性立管，国内主要应用于南海的浮式生产储油系统（FPSO），目前也全部是进口产品。因此，自主创新研究并建立标准体系是推进深水立管国产化的必由之路。

1 立管简介

海洋立管系统是指连接水面上浮式平台和水下设施的传送流体的导管，一般有高压油气或气流通过，外部承受波浪、海流荷载的作用。从功能上分为钻井立管和生产立管两大类；从结构形式上又分为顶端张力式（TTR）、钢悬链线式（SCR）、柔性式（Flexible Riser） 和混合式立管（Hybrid Riser） 等几种类型[4]，如图1 所示。立管形式直接关系到浮式平台的选型，甚至会影响油气田开发方案的确定[5]。

立管必须足以承受内压以及安装和作业过程中的其他荷载，如安装工具产生的高度集中荷载。材料的选择要考虑立管尺寸、制造方法、油气生产速度、注入的化学药剂等因素，必须保证在冲蚀和腐蚀条件下的使用寿命；在深水项目中还需面对高静水压力、管径、重量等主要难点[6-8]。因此，立管的设计和制造有着严格的标准。

2 标准体系梳理

2.1 国际标准

在国际标准化组织（ISO） 中，立管标准主要由石油、石化和天然气工业用材料、设备和海上结构技术委员会下的两个分委会（SC2 管道传输系统分委会和SC4 钻井和生产系统分委会） 负责编制和发布。

ISO 系列标准更多的是整体性、纲领性的要求，以及描述性的相关定义和简单分类，没有细化规范[9]，表1 列出与立管相关的ISO 国际标准[10]。

表1 立管相关国际标准

2.2 美国石油学会标准

石油工业的标准化起源于美国，因此由美国石油学会（API） 制定的很多标准在世界范围内占据着主导地位。API 标准体系更新及时，基于墨西哥湾海上油气田开发的工程经验，发布了涉及立管的标准有10 余项，包括标准（Std）、推荐做法（RP）、规范（Spec）、技术报告（TR）等类型[11]，部分标准被国际标准化组织采用，见表2[12]。

API 油田设备和材料标准化委员会（CSOEM— Committee on standardization of oilfield equipment and materials） 没有立管的分委会，相关标准涉及海上结构（SC2—Subcommittee on offshore structures）、水下生产系统（SC17—Subsea Production Systems）和钻井控制设备 （SC16 — Drilling well control equipment） 三个分委会，彼此的侧重各不相同。其中SC2 主要针对立管结构，SC16 着重钻井立管系统，SC17 则为柔性管道以及完井和修井立管系统[13]。

2.3 国际船级社标准

船级社的主要业务是入级和检验，同时也是建立和维护海洋工程技术标准的重要机构，其标准体系由公约、法规、规则、规范、标准、指南等共同构成[14]。世界上大多数著名船级社都参加了国际船级社协会（IACS），IACS 以促进海上安全标准的提高为目标，并与国际标准化组织（ISO） 有着紧密联系。

表2 美国石油学会的立管标准

2.3.1 挪威船级社相关标准

挪威船级社（DNV GL） 的标准系列是建立在长期积累的经验和研究工作上，代表了挪威乃至欧洲在北海油气田开发过程中设计和施工的技术成果。在与德国劳氏船级社（GL） 合并后，整合了DNV、GL 和Noble Denton 的深厚专业知识，进一步奠定了全球领先地位。DNV GL 与立管相关的标准主要分为以下几类[15]：

（1） 入级规范（RU—Rules for classification）

（2） 入级指南（CG—Class guidelines）

（3） 服务规范（SE—Offshore Service Specifications）

（4） 海工标准（OS—Offshore Standards）

（5） 推荐做法（RP—RecommendedPractices）

（6） 标准 （ST — Standard）

基于上述的标准体系，涵盖了立管本体和关键部件，如立管绞车在OS-E301 中，立管补偿和张紧系统在OS-E201 中，详见表3。

表3 挪威船级社的立管标准

2.3.2 美国船级社相关标准

美国船级社（ABS） 与立管相关的标准具有较高的集成度[16]，包括各种不同的立管形式，覆盖从设计、分析、制造、安装、监测、检测、维护、维修、退役的全生命周期。2017 年针对立管推出或更新了三部标准，其中的“Subsea Hybrid Riser Systems”是第一部混合式立管标准，反映了海洋工程界的最新技术成果，见表4。

表4 美国船级社的立管标准

2.4 国家标准

我国标准中与立管相关的标准数量较少，基本上是等同采用国际标准，见表5。最早的一部国家标准GB/T 20661—2006 目前国内仍在使用，而所采标的 ISO 10420:1994 已废止，并于2007 年被ISO 13628-11:2007 代替。

表5 立管国家标准

2.5 行业标准

我国立管相关行业标准主要由石油工业标准化技术委员会海洋石油工程专业标准化技术委员会（TC355/SC17） 组织发布[17]，与国家标准类似，行业标准数量少，也是采取等同采用国外先进标准的方式，见表6。

表6 立管行业标准

从表6 可知，行标SY/T 7059—2016 等同采用的RP 2RD:2006 Design of risers for floating production systems （FPSs） and tension-legplatforms（TLPs），其最新版本为 STD 2RD：2013 Dynamic risers for floating production systems，名称已更改且在API 标准体系中已由推荐做法（RP） 变更为标准（STD）。

3 结论

立管是高附加值的海洋工程产品，长期由国外少数制造商供货，存在采购成本高、供货周期长、售后服务不及时等问题，在一定程度上制约了深水油气田的开发。立管是海洋工程中最重要也是最薄弱的环节之一[18]，自主标准体系的建设是实现深水立管国产化的必经之路。本文以深水立管的相关标准为重点进行梳理，针对国际标准、国外先进标准、国内已有标准的现状，结合我国南海流花油田群、陵水气田等设计和应用深水立管的经验，提出标准体系建设的建议：

（1） 与立管相关的国家和行业标准数量较少，内容基本上是等同采用国际或国外先进标准，与所采标标准相比，发布晚，更新慢。

（2） 南海海洋环境条件恶劣，尤其是存在台风和内孤立波（简称内波）[19]。内波是我国南海海域的一种奇特自然现象，直接影响我国南海深水油气田开发工程模式和平台选型[20]，但从上述国外各个标准中对立管的相关规定内容可以看出，都未考虑内波的影响[21]。

（3） 国内目前相关标准仅针对立管的设计，而对于立管的制造、检验、监测、维修以及配套的关键部件等均没有涉及，今后标准制修订工作，要与“国产化”紧密结合，以标准来推动国产化，摆脱被国外长期垄断的现状。

（4） 建议以国外标准作为借鉴和参考，主要技术指标均按照国际先进水平确定，根据我国海域的环境条件以及国内制造厂商的能力等因素，独立编制立管相关标准。

（5） 深水立管的管材国产化是一个系统工程，需要从标准制订、疲劳等试验能力的建立、管材制造检验能力等进行全方位的研究，建议标准的编制采取设计、制造和检验单位联合制订的形式，以制造单位为编制主体。

（6） 能源行业海洋深水石油工程标准化技术委员会（NEA/TC28） 是在国家能源局的领导下，负责在海洋深水工程和装备等领域标准的制修订工作，建议今后新的深水立管标准全部纳入其标准体系，同时推动国内船级社对产品认证的相关文件出台。