1、申报主材料1.1科技进步奖推荐书

1、湛江科技进步奖（2016 年度）一、项目概况书号：项 目 名 称首个高温高压气田开发工程技术创新与实践关 键 词高温、高压、高 CO2、技术创新、主要完成人李大全、陈大江、贵、主要完成（中国）湛江东方 1-1 气田一期调整开发工程项目组（盖章）工程建设中心研究形式独立研究 与院校、院所合作与国外合作 与企业合作 其他项目（签字）专业分类油 气勘探 开 发生产 钻 采工程 海洋工程 信息 其它立项情况课题来源国家计划 总公司计划 本其他经费投入（万元）总计152,720.00国家投入总公司投入投入152,720.00自有其他项目验收或评价情况方式鉴定 验收 其他组 织 单 位（中国）湛江工程建设

2、中心日期2016 年 4 月 20 日成 果 登 记 号项目起止时间2013 年 3 月至 2015 年 5 月本次申请等级科技进步一等奖受理/发明专利（项）2二、项目简介主要技术内容、专利情况、技术经济指标、应用推广及效益情况等,1200 字以内项目概况东方1-1 气田一期调整开发项目依托东方1-1 气田现有生产设施,新建一座设置生活设施的井口平台 F（WHPF），设计 16 口井槽。开发阶段充分利用储层高压能量通过一条 12混输海底管道输送至中心 D（CEPD）进行脱水处理。电力系统则依托中心 CEPD 供给。新建的 WHPF 设置一台柴油应急发电机，以满足在主电源失去后 上的重要应急设备

3、及系统的用电要求。同时，对中心 CEPD 进行相应的改造。项目工程设施包括：新建一座 4 腿井口WHPF，含生活楼，16 井槽；新铺一条 WHPF 至 CEPD 长约 9.6km 的 12海底混输管道；新铺一条 CEPD 到 WHPF 长约 9.6km 的海底电缆；对中心CEPD 进行改造。创新成果国内海上首个高温、高压、 CO2 气田开发先导示范项目东方 1-1 气田一期调整开发项目所开发气田的关井压力高达 55MPa，为国内已开发海上气田关井压力的 23 倍，井底温度达 90，CO2 含量超 50%以上。看似常规的“三一工程”项目，只因高温、高压、高 CO2 这一项目特点，使整个项目充满了

4、风险和 。同时，项目工期非常短，如采用进口设备、材料，其供货周期较长，将对项目的按期完成带来极大的风险，而且进口设备价格昂贵，为响应总公司质量效益年及“降本增效”号召，降低项目的开发成本势在必行。诸多 摆在面前，为了不受制于人，项目组前期通过大量调研、查阅国内外文献资料、 内多个高新企业和科研院所、高校，勇于创新，随着多个新技术、新工艺、新产品的开发和成功应用，走出了一条不平常的 道路。以下是东方项目的主要创新成果：一种压管道系统应力分析方法；一种井口区管道压力温度位移实时方法；压厚壁双相不锈钢锻制管件的研制；压双相不锈道系统焊接工艺开发；API 6A压双相不锈钢阀门；双密封结构软管接头的研制

5、；国产弯曲加强器的研制；双级排气阀及测试装置的研制；段间快速连接器的研制；国产球型法兰连接器的研制；一种注浆气囊已有管线的施工方法；膜研制；一种免海水进入的软管铺设施工工艺；一种 DP 模式下的导管架安装技术等。获奖情况本项目在致力于研究更高效的解决方案，推动项目进展过，积累了大量知识，获得了多个奖项，并编制了一个企业标准和申报了多个实用新型专利。湛江颁发的“2015 年度十大优秀科技成果”；中国海洋石油总公司颁发的“工程项目提前投产奖”；中海油企业标准高压工艺金属管道设计规范；海管连接用水下球型法兰连接器（实用新型专利号：ZL 2014 2 0833876.0）；海洋静态软管弯曲加强器（实用

6、新型专利号：ZL 2014 2 0335419.8）；加紧式海洋静态软管弯曲加强器（实用新型专利号：ZL 2014 2 0507612.5）；7）一种金属密紧环（实用新型专利号：ZL 2015 2 0446618.0）；一种用于天然气管道的锻制三通管（实用新型专利号：ZL 2015 2 0084729.1）；一种用于天然气管道的锻制弯头（实用新型已：ZL 2015 2 0084706.0）；一种复合软管交叉施工方法（发明专利已授理：CN201510576449.7）；一种牵拉状态下注气排水密封机构（发明专利已授理：CN201510576648.8）。4. 效益情况1） 经济效益东方 1-1 气

7、田一期调整开发工程项目的提前投产和成功开发，给所带来的经济效益有：东方 1-1 气田一期调整开发工程项目 6 口井日产量为 150/天，项目实际投产比计划提前 64 天，为公司 2015 年贡献了约 5.1 亿方的天然气产量。按东方 1-1 气田一期调整开发工程项目产气销售气价 1.35 元/算，项目提前投产为公司创造约 6.88 亿元产值。东方 1-1 气田一期调整开发工程项目利用国产软管代替复合海管，结合海上施工，工程投资就节约了 1 亿多元。2） 社会效益东方 1-1 气田一期调整开发 组构造是国内首个高温、高压、高 CO2 气田，该气田的顺利、成功开发可为后续东方高温、高压大气区的规模

8、开发探索和积累经验，具有较显著的示范作用。气田投产后 年产量可达 5.2 亿方，对公司“十二五”产量目标实现将作出应有的贡献。东方 1-1 气田一期调整开发工程项目部分设备的首次国产，打破了国外 ，提高了国内相关行业的设计与制造水平，培养了一批高温高压气田国产设备制造 家，为民族工业的发展做出了巨大贡献，也为海洋石油在气田开发技术上储备了大量的保障力量。“自己动手，丰衣足食”，项目的发展不仅解决了自己 ，也扶助了供货商的成长，为国家的发展做出很大的贡献。、主要创新点项目、处理异议的主要依据。归纳提炼项目技点，按重要程度排序，简明、准确、完整地（申报项目的内容，也是术内容中具有创造、创新的阐述项

9、目的 专利、验收、限 3 页。）内容。要求每项创新点应以注明支持该创新的旁证材料（如：等），并客观、翔实地对比国内外同类技术的主要技术参数。看似常规的“三一工程”项目，只因高温、高压、高 CO2 这一项目特点，使得整个项目充满着风险和。同时，项目工期非常短，如采用进口设备、材料，其供货周期较长，将对项目的进度控制带来极大的风险。诸多摆在面前，为了不受制于人，项目组前期通过大量调研、查阅国内外文献资料、内高新企业和科研院所，勇于创新，随着多个新技术、新工艺、新产品的开发和成功应用，走出了一条不平常的道路。以下是本项目的主要创新成果：1.压厚壁双相不锈钢锻制管件的研制针对高温、高压这一世界难题，项

10、目组联合设计公司，参考国外有关标准规范，推出了中海油企业标准高压工艺金属管道设计规范，开发设计了一系列压锻制管件实用新型专利一种用于天然气管道的锻制三通管和一种用于天然气管道的锻制弯头。为满足输送含高 CO2 和氯离子腐蚀介质的要求，管件采用 ASTMA182 F51 双相不锈钢材料。为了满足高压要求，采用锻制管件实现其整体结构强度。考虑介质流场变化的区域，比如弯头、三通，应力集中和冲击带来振动较大，采用了相惯线倒圆角和增加厚度的方法来减小冲击和振动。在此基础上，利用有限元分析对不同结构型式和尺寸的管件进行建模和受力分析，通过反复校核，最终确定了锻制管件的结构、尺寸和壁厚等。2. API 6A

11、压双相不锈钢阀门针对不同尺寸和规格的闸阀、止回阀、针式节流阀和内笼套式节流阀等耐高/低温、高压阀门，项目组内厂家，借鉴国外公司的成功经验，从阀门各材质选型、阀门密封设计、密封面喷涂、密封件选型、阀门结构尺寸设计和分析等入手，反复验算、改进和求证，设计出满足规范要求的高压阀门，并通过一系列的验证测试。三图 1 闸阀和止回阀总装结构图图 2 不同结构型式节流阀总装结构图3. 一种免海水进入的软管铺设施工工艺在软管铺设完成与立管连接之前，国内外常规的方法是：先将软管拖拉封头拆除，再将软管接头与立管法兰对接，这样海水就会灌注到软管内。但软管最内层的骨架层材质为不锈钢 316L，通过模拟海水腐蚀试验得知

12、：316L 在海水中的浸泡时间过 2 周，否则会对软管的使用产生较大的影响。针对上述问题，设计了一种免海水进入的软管铺设施工工艺。下面以 DF1-1 WHPF兰连接中的施工程序。侧立管与软管连接为例，简单介绍膜在水下法1)施工上将两根牵拉钢丝绳一端与上 10T 卷扬机连接，另一端与软管球型法兰连接器上的螺栓孔连接。2)施工管内注淡水，使立管内水位与海水持平，潜水员下水拆除立管盲板法兰。潜水员下水拆除球型法兰连接器法兰上的软管拖拉封头，启动卷扬机缓慢将软管末端牵拉至立管法兰处。缓慢启动卷扬机，继续牵拉作业，潜水员采用扳手调节球形法兰连接器上的花篮螺栓，使球型法兰球面旋转调节（10）并与立管法兰面

13、平行对接；潜水员采用两根细螺栓进行法兰螺栓孔对接。3)4)5)盲板拆除完毕后，施工管内注气，使立管内气压达到0.7Mpa，关闭注气阀，保持立管内压力，将海水从立管内排除。6)在法兰对接过，预留钢丝绳连接空间，潜水员连接预留在立管中和膜上的牵拉钢丝绳。7)8)缓慢拉近立管法兰和球型法兰。潜水员将所有螺栓穿入，并拧上螺母，螺栓顶面与球形法兰连接器侧法兰面距离以 185mm 及 72mm 交叉布置，如下图 2.21 所示。9)潜水员打开助浮气囊放气阀，将气囊的空气排掉，解除气囊与软管的绑扎固定，船上将气囊回收至船甲板。10)11)潜水员安装螺栓拉伸器，螺栓上紧后拉力为 286kN。拉紧螺栓时分 3

14、次上紧，第一、二次按下图顺序上紧，分别按 50%、80%扭矩紧固；第三次按顺时针依次上紧，按 100%扭矩紧固。12)13)拆除拉伸器并回收，WHPF法兰连接完毕。膜牵拉绞车，缓慢将起动预安装在上的 15T膜片从立管出，确认软管内无残留，WHPF侧的软管连接完成。4. 一种 DP 模式下的导管架安装技术我国正处于深水油气田开发初期阶段，在深水导管架 DP 模式安装技术领域还没有成经验可以借鉴和参考，深水导管架 DP 模式安装工艺诸多难点，也需要创新性的理念和方法来开发深水导管架 DP 模式安装施工工艺和配套技术。东方项目导管架的安装打破了传统的施工船抛锚安装模式，采用 DP 模式下导管架的安装

15、技术，相对于锚系工况能够更好的节省船天，提高作业效率，为国内首次使用 DP 进行导管架安装，为中国海油填补了一项海上施工技术空白。DP 模式下的导管架安装工艺如下：1)导管架驳船利用锚缆现场定位，1#拖轮和 2#拖轮连接驳船艉缆，3#拖轮现场待命；起重船靠驳船右舷，起吊半径 36.56m，吊机回转 17，连接导管架上的吊装索具，以及绞车钢丝绳以便于控制导管架起吊后的方向；切除导管架在驳船上的固定杆件；2)3)4)缓慢起吊导管架至起吊重量达 500t，检查吊装索具的完起吊，直至导管架离开支撑结构；，继续5)当起吊高度达 3m 后，起重船先纵向驶离 2m，再横向驶离 7.5m 并驶离驳船，起重船吊

16、着导管架至指定位置（最终安装位置）；1#拖轮和 2#拖轮起锚并与驳船解缆，然后 1#、2#和 3#拖轮通过拖带缆与导管架连接；起重船将导管架吊装入水，利用 3 条拖轮控制导管架在水中的姿态；起重船连接导管架扶正吊装索具，并连接导管架灌注系统；6)7)8)9)缓慢起吊水中的导管架至起吊重量 100t，检查吊装索具的完如正常，继续起吊；打开注水阀门，在起重船的帮助下导管架慢慢扶正；，10)11)利用吊机拔杆旋转和升降调整导管架的位置，利用绞车钢丝绳的收放调节导管架的方向；在导管架坐底之前，在重新测试重吊模式下的 DP 系统以确保 DP 系统运转正常；如确认导管架的安装误差在允许范围内，将导管架坐底

17、，导管架就位完成。12)13)导管架就位后，通过测量得到：导管架就位方向角偏 0.6，井口区中心位置偏 1.4m，导管架水平度高低差为 68mm，均符合规格书的安装要求（导管架就位方向角偏 2.5，井口区中心位置偏 3m，导管架水平度高低差为 5）。5. 国产球型法兰连接器的研制球型法兰连接器主要包括球体、球法兰、定位法兰、第一环密封面法兰、第二环密封面法兰、螺柱、花篮螺栓及调节螺栓。球体包括球段和圆柱段，球段的外边面为外凸球面，其中，球体的球段内表面由内锥面和内柱面组成；球法兰的内表面和定位法兰的内表面上均设有内凹球面，球体球段的外凸球面前端与球法兰的内表面的内凹球面配合采用金属密封环形成金

18、属密封，球体球段的外凸球面后端与定位法兰内表面的内凹球面配合，第一环密封面法兰位于球法兰的前端，且第一环密封面法兰、球法兰和定位法兰通过螺柱、张力螺母和锁紧螺母的配合连接在一起；第二环密封面法兰相接于球体的圆柱段的后端，且定位法兰和第二环密封面法兰上均设有；花篮螺栓的一端连接于定位法兰的上，花篮螺栓的另一端连接于第二环密封面法兰的上。调节螺栓穿设于定位法兰和球法兰上的螺纹孔，调节螺栓上套设有弹簧，调节螺栓和弹簧可以对球法兰和定位法兰预锁紧。该连接器获得了实用新型专利海管连接用水下球型法兰连接器。图 3 球型法兰连接器结构图6. 段间快速连接器的研制连接器的设计应当保证软管连接的快捷性、密封性，

19、及耐输送介质的腐蚀性。设计主要考虑的载荷是：软管安装期间连接器的拉力和弯矩，以及测试条件下的力载荷。软管段间快速连接器结构如下图 4 所示。它主要由管接头 1、“O”型密封圈 2、钢圈卡环 3、密封钢圈 4、内六角螺钉 5、螺栓 6、螺母 7、凹垫片 8、凸垫片9、卡箍 10、背压测试孔 11 组成。它是利用“O”型密封圈 2 进行背压密封，背压测试压力 1.5MPa。利用密封钢圈 4 进行流道密封，测试压力 15MPa。图 4 快速连接器结构图7. 一种注浆气囊已有管线的施工方法针对海底管线交叉技术作业成本高、作业风险大的缺点，创新性的提供了一种软管高效施工方法，即软管在原有海底管线前预先将

20、注浆气囊绑缚于软管合适位置（如下图 5 所示），注浆气囊随软管下放并准确放置于原有管线两侧，直至新铺软管与原有海底管线垂直间距在 200-300mm 时停止注浆作业，ROV下水关闭注浆阀门，回收注浆管线至作业船。图 5 注浆气囊绑扎示意图已有海管的施工步骤如下：采用注浆气囊1)2)根据软管长度标记核实软管悬链线长度；当软管着泥点与拟交叉点的距离大于悬链线的长度时暂停铺设，于船艉2.11 图所示，并处绑扎水下信标及回收绳，详细绑扎方式如下信标绑扎点在软管上对应的刻度（比如 515m）；3)启动铺设系统，软管继续下放，当软管上绑扎信标的位置着泥后，ROV打点标记信标位置；4)5)6)定位核算信标与

21、拟交叉点的距离（比如 175m）；使用船艉卷扬机回收信标（回收采用直接拉断信标固定绳方式）；软管继续沿设计路由下放，待铺设至软管有 680m 刻度标识时停止铺设，在 680m 标识线的两侧绑扎注浆气囊，将注浆管线连接至注浆气囊上，在端部气囊端部绑扎浮球，使气囊下水时漂浮于软管之上，避免到达海底泥面将气囊端部压在软管下面；注浆气囊绑扎完成后，继续软管铺设作业，ROV 实时观察气囊水中姿态，在软管铺设过 应保证着泥软管与已有管线垂直，否则，通过绞船微调铺设路由；当两个气囊着泥后，ROV 解除注浆气囊固定及浮球绑扎绳，微调气囊位置并将气囊平摊放在泥面上，暂停作业；开始注浆作业，ROV 实时观察注浆气

22、囊的状态，直至新铺软管与原有海底管线垂直间距满足要求后停止注浆作业；ROV 关闭气囊侧水下阀门，断开注浆管线快速接头，回收管线，交叉施工作业完成，继续软管铺设。7)8)9)10)采用上述方法可在软管铺设过动员作业船舶在新管线铺设前对交叉进行交叉处理，避免了常规需要专门点进行预处理，不仅减少了大量海上作业量，节省了作业成本，而且也极大降低了作业安全风险。8. 双密封结构软管接头的研制软管接头的主要作用是实现与软管每一层的锁紧和密封，其中内压密封层的密封效果的好坏直接关系到整条软管的使用，一旦密封失效，输送介质进入软管环形空间会导致软管抗拉、抗压层腐蚀及环空压力突增而引起骨架层的压溃。国外公司通常

23、采用 2 道非金属密封材料 PTFE，但非金属材料固有的应力松弛、蠕变和耐候性决定了其使用受输送流体介质物性的影响较大。为了提高内压密封层的密封性能设计了一种通过挤压金属锁紧密封环实现内压密封层密封的新型接头结构，如下图 6 所示。即采用金属密封环和非金属 2 道密封的双保险密封结构型式。图 6 软管接头结构图为了验证金属锁紧密封环与内压密封层的锁紧密封效果以及密封环的挤压变形形状（或内压密封层的挤压变形量），同时，为了验证锁紧螺栓所需扭矩，设计并制造出了一套金属密封环测试装置。当密封环锁紧完成后，从气密孔1.2MPa，保压 30min，确定压降小于 4%后，对测试装置进行至 15MPa，保压

24、2h，压力无下降。测试后的金属密封环截面如下图 7 所示，通过精确测量，密封环的变形量满足设计要求。该金属密封环获得了实用新型专利一种金属密紧环。图 7 金属密封环挤压后截面图9. 国产弯曲加强器的研制弯曲加强器安装在软管接头两端，其主要作用是实现接头与软管本体的平滑过渡，防止因外径突变引起的挂锚、拖网等意外损伤；还可以实现接头处软管的弯曲刚度由大变小变化，在过驳和铺设过泥时产生过大的弯矩。可以大大降低接头过托管架、着弯曲加强器的主体材质为聚氨酯浇注而成，通过端头与软管接头螺纹连接，考虑端头的防腐，在每个弯曲加强器内设计有三根导线与接头实现电导通连接，如下图 8 所示。该加强器获得了两个实用新

25、型专利海洋静态软管弯曲加强器和加紧式海洋静态软管弯曲加强器。图 8 弯曲加强器三维模型图建立弯曲加强器和软管本体的数学模型，分别对软管、利用 ANSYS端头、聚氨酯本体进行受力分析，分析结果表明，国产弯曲加强器不仅提高了软管的弯曲半径，而且提高了弯曲加强器长度范围内的软管所能承受的最大弯矩。10. 双级排气阀及测试装置的研制软管接头的排气阀主要用于排放内压密封层与外包覆层之间环形空间的带压气体。由于内压密封层的低渗透性，输送气体会慢慢渗透到软管环形空间，随着环形空间内气体压力的增加，为了保护内骨架层和包覆层免受压溃和破坏，必须将环形空间内的气体排放，同时又要保证海水不会顺着排气阀的排放部位倒灌

26、入环形空间。软管接头级排气阀，如下图 9 所示。它由两级排气结构组成，其中，一级排气结构主要由接头本体（1）、阀杆 1（2）、阀座（3）、锁紧螺母（4）、弹簧 1（5）、弹簧垫片（6）、螺母 1（7）和密封圈 1（8）组成，二级排气结构主要由接头本体（1）、阀杆 2（9）、弹簧 2（10）、压帽（11）、螺母 2（12）和密封圈 2（13）组成，组成两级排气结构的所有零的材料。均采用耐海水和海管输送介质腐蚀图 9 双级排气阀结构图11. 一种压管道系统应力分析方法面对井口区域面积小，井口压力、温度高，采气树和管线尺寸大的难题。通过对 16 口井的管线进行各种布局方案的模拟、核算，确定采气树朝向

27、和管线走向，保证设备留有足够的维修、操作空间。参照管道应力分析设计标准 ASME B31.3，采用管道应力CAESARIIVer 5.00 进行高压管道系统的应力分析。管道一次应力和管道二次应力分析方法，考虑了正常操作、冷态、热态三种工况及工况组合，通过对每口井的管道及支架模型的建立，对系统各点的一次应力、二次应力、管道接口推力及支架所受荷载进行了分析校核。12. 一种井口区管道压力温度位移实时方法对于采气树和井口管线上的压力、温度值，在管道系统设计时，预留了安装压力、温度变送器的接口，将现场数据传递的中控，实现了压力、温度的实时监控和功能。比如，当油套管（环空）压力超出设计压力值时，现场可以

28、采取紧急放空措施。由于井底高温、高压的影响导致现场采气树整体抬高，为了应对采气树抬高对井口管线的影响，项目组采用红外位移传感技术实现了管线抬高数值的实时监测和功能，指导生产工艺的调整。13.压双相不锈道系统焊接工艺开发为了完全模拟双相不锈钢的实际焊接工况，对于两种壁厚差异较大的压管及管件都重新进行焊接工艺评定。第一次焊接工艺评定时 28 壁厚的焊接工艺试件弯曲试验失败，弯曲后在多组试件上发现裂纹，材料的韧性和塑性不够。重新调整焊接工艺，降低了焊接电流和电压，并且在焊接时时刻检测温度，温度过高时需停下散热，保证焊接工件温度不超过 150，避免焊接过热对双相不锈钢造成影响。在降低电流和电压之后，焊

29、工的焊接速度要严格控制，焊接温度过低，会导致焊肉未融合问题出现。在通过焊缝的无损检测（外观和射线检测），及拉伸、弯曲、韧性、宏观腐蚀试验、硬度、晶间腐蚀试验、铁素体含量测定等性能测试后，成功开发出厚壁双相不锈钢焊接工艺规程。14.膜研制全通径拉脱式金属密封膜片，即膜，主要由八角垫 1、金属膜片 2、保护膜 3、卸扣组件 4 和绳索 5 等组成，金属膜片通过熔极焊与八角垫焊接在一起，结构示意图如下图 10 所示。图 10为保证金属膜片沿设计轨道膜结构示意图，在金属膜片上设计有环向刻槽，同时，为保证膜在拉脱过金属膜片收缩变形，尽量减小膜片拉脱后的尺寸，在膜片的背面设计有两根拉带。四、项目的详细技术

30、内容（全面阐述项目的技术创新和技术思路、技术原理或技术方法、实施效果以及经济、社会效益等，限 10 页。其中，经济效益应以主要生产、应用核准的数额为基本依据，只填写已取得的新增直接效益。）一、 技术创新和技术思路、技术原理或技术方法财务部门CO2 的“三高”气田，气田能作为首个真正意义上的高温、高压、高否成功开发，关系到中海油能否顺利向深水油气田的开发迈进。面对如此困境，项目组内高新企业和科研院所、高校，利用有限的时间和资源，以严谨的科学作风，在大量的试验和些创新成果主要包括：论证基础上，共同取得了多项科技创新成果，这1、井口区温高压管道系统安全保护系统开发1.1压管道系统应力分析东方项目井口

31、区域面积小，但井口压力高，采气树和管线尺寸大。虽然前期只投产 6 口井，但为了后续采气树的安装和井口管线的布置，按照 16 口井进行管线设计，通过对各种布局方案的模拟，反复、核算，最终确定采气树朝向和管线，保证 16 棵采气树都留有足够的维修、操作空间。参照管道应力分析设计标准 ASME B31.3-2004，采用管道应力分析应用 CAESARII Ver 5.00 进行高压管道系统的应力分析。管道一次应力和管道二次应力分析方法，考虑了正常操作、冷态、热态三种工况及工况组合，通过对每口井的管道及支架模型的建立，如下图 1.1 所示，对系统各点的一次应力、二次应力、管道接口推力及支架所受荷载进行

32、了分析校核。图 1.1 管道系统三维模型图通过对管道支架布置方案下的一次应力和二次应力计算，管道受温度影响不明显，当前未引起二次应力的。此外，由于受到采气树升高 100mm 影响，采气树附近支架出现多个支架热态脱空现象，在针对管道在热态一次应力下的校核表明部分管道应力，且部分管道在热态下出现较大的挠度变形，由于采气树升移无法解决，故需要设置部分恒力弹簧支架来改善目前的脱空情况和管道热态挠度变形，通过管口的许用荷载资料，完成弹簧吊架选型。1.2管道实时和系统由于采气树升温抬升造成管线上升，使用普通的管道支架会造成管道脱离支架，使管道的重力不均。应用恒力弹簧支架，会避免管道抬升时管道支架失去作用，

33、支架支撑力恒定。恒力弹簧吊架主要由 1-固定框架；2-生根螺栓；3-调整螺栓；4-固定销轴；5-主轴；6-弹簧罩筒；7-吊杆螺栓；8-松紧螺母；9-回转框架等组成，其示意图如下图 1.2 所示。图 1.2 恒力弹簧吊架示意图对于采气树和井口管线上的压力、温度值，在管道系统设计时，预留了安装压力、温度变送器的接口，将现场数据传递的中控，实现了压力、温度的实时监控和功能。比如，当油套管（环空）压力超出设计压力值时，现场可以采取紧急放空措施。由于井底高温、高压的影响导致现场采气树整体抬高，为了应对采气树抬高对井口管线的影响，项目组采用红外位移传感技术实现了管线抬高数值的实时监测和功能，指导生产工艺的

34、调整。1.3压厚壁双相不锈钢锻制管件的研制参考国外有关，共同开发设计了一系列压锻制管件。为了满足输送含高 CO2 和氯离子腐蚀介质的要求，管件采用 ASTMA182 F51 双相不锈钢材料；为了满足高压要求，采用锻制管件实现其整体结构强度；考虑介质流场变化的区域，比如弯头、三通，应力集中和冲击带来振动较大，采用了相惯线倒圆角和增加厚度的方法来减小冲击和振动。在此基础上，利用有限元对不同结构型式和尺寸的管件进行建模和受力分析，如下图 1.3 所示，通过反复校核，最终确定了锻制管件的结构、尺寸和壁厚。图 1.3 弯头和三通应力分析图在管件制造工艺方面，主要从影响双相不锈钢低温冲击韧性的影响手：原材

35、料、锻造工艺和热处理工艺。入原材料中镍、铌元素的含量，会影响双相不锈钢的相比和晶粒度等级，如果晶粒度等级过小，则低温冲击韧性会降低。锻造比。由于压双相不锈钢锻制厚壁管件为锻制后钻孔加工，锻坯尺寸较大，且为实心。锻造比过小，锻件无法锻透，锻造时间过长，使锻后温度低于 950，从而产生析出相。加大锻造比后，锻造力度大，会造成开裂。根据标准的元素比含量，采用同一厂家原材料，使用不同锻造比进行锻造，再进行同一工艺的热处理加工生产，分别在同一位置进行取样，从 4 倍至 12 倍进行对比，进行机械性能和化学性能实验对比。经过对比实验，锻造比的不同对冲击性能影响较大，采用 8 倍的锻造比，反复 3 次的锻造

36、效果最好。热处理工艺。由于双相不锈钢热处理，温度控制稍微不慎，就会导致相比失调或有害相析出。产品越厚，越难锻制和热处理，常规管件的锻制和热处理厚度一般不超过 60 ，此次设计的管件壁厚最高达 88 ，粗加工前锻块厚达220350 ，且形状复杂。双相不锈钢在 400至 950时会产生析出相，严重影响材料的机械性能，由于压锻制管件的壁厚较厚，温度传递较慢。通模锻前的天然气加热炉避免火焰直烧，会造成管件局部温度过高，造成局部晶粒度增大，降低冲击韧性。将热处理温度由 1050提高至 1080，固融时的加热炉要在管件加热时增大其管件间距，并且使用工装抬高，离开炉底，使其受热均匀；并且管件需要顺着管口方向

37、进行摆放，有利于热气流循环。对冷却池的改造进行了多次的实验，增加水循环系统，加快水流的速度，从而加快冷却；添加化学药剂，加强冷却液的冷却性能；加入冰块，降低冷却池温度；冷却池中增加空气，加速水流冲击，破坏管件外壁蒸汽膜，加速冷却。通过对不同原材料、不同锻造工艺、不同热处理工艺的近百次试验对比，并且对热处理炉和冷却水池进行了十几次的改造和试验，终于找到一个平衡点，既保证其强度和耐腐蚀性能，又保证其耐低温冲击韧性，最终开发出锈钢锻制厚壁管件的制造工艺。压双相不1.4压双相不锈道系统焊接工艺开发为了完全模拟双相不锈钢的实际焊接工况，对于两种壁厚差异较大的压管及管件都重新进行焊接工艺评定，并且由于管子

38、与管件的制造方式（锻制、轧制）不同，分别进行管和管焊接、管和管件焊接，管件和管件焊接工艺评定。第一次焊接工艺评定时 28 壁厚的焊接工艺试件弯曲试验失败，弯曲后在多组试件上发现裂纹，材料的韧性和塑性不够。重新调整焊接工艺，降低了焊接电流和电压，并且在焊接时时刻检测温度，温度过高时需停下散热，保证焊接工件温度不超过 150，避免焊接过热对双相不锈钢造成影响。在降低电流和电压之后，由于焊工的焊接速度过快，焊接温度过低，导致焊肉未融合问题出现。在通过焊缝的无损检测（外观和射线检测），及拉伸、弯曲、韧性、宏观腐蚀试验、硬度、晶间腐蚀试验、铁素体含量测定等性能测试后，表明焊接工艺规程 WPS 合格。1.

39、5API 6A压双相不锈钢阀门针对不同尺寸和规格的闸阀、止回阀、针式节流阀和内笼套式节流阀等耐高/低温、高压阀门，项目组内厂家，借鉴国外公司的成功经验，从阀门各材质选型、阀门密封设计、密封面喷涂、密封件选型、阀门结构尺寸设计和分析等入手，反复验算、改进和求证，设计出满足规范要求的高压阀门。阀门的总装结构图如下图 1.4 和 1.5 所示。图 1.4 闸阀和止回阀总装结构图图 1.5 不同结构型式节流阀总装结构图2、大口径软管成套技术与免海水铺设施工工艺开发2.1双密封结构软管接头研制软管接头的主要作用是实现与软管每一层的锁紧和密封，其中内压密封层的密封效果的好坏直接关系到整条软管的使用，一旦密

40、封失效，输送介质进入软管环形空间会导致软管抗拉、抗压层腐蚀及环空压力突增而引起骨架层的压溃。国外公司通常采用 2 道非金属密封材料 PTFE，但非金属材料固有的应力松弛、蠕变和耐候性决定了其使用受输送流体介质物性的影响较大。为了提高内压密封层的密封性能设计了一种通过挤压金属锁紧密封环实现内压密封层密封的新型接头结构，如下图 2.1 所示。即采用金属密封环和非金属 2 道密封的双保险密封结构型式。图 2.1 软管接头结构图为了验证金属锁紧密封环与内压密封层的锁紧密封效果以及密封环的挤压变形形状（或内压密封层的挤压变形量），同时，为了验证锁紧螺栓所需扭矩，设计并制造出了一套金属密封环测试装置，如下

41、图 2.2 所示。图 2.2 金属密封环测试装置当密封环锁紧完成后，从气密孔1.2MPa，保压 30min，确定压降小于4%后，对测试装置进行至 15MPa，保压 2h，压力无下降。测试后的金属密封环截面如下图 2.3 所示，通过精确测量，密封环的变形量满足设计要求。图 2.3 金属密封环挤压后截面图2.2国产弯曲加强器研制弯曲加强器安装在软管接头两端，其主要作用是实现接头与软管本体的平滑过渡，防止因外径突变引起的挂锚、拖网等意外损伤；还可以实现接头处软管的弯曲刚度由大变小变化，在过驳和铺设过泥时产生过大的弯矩。可以大大降低接头过托管架、着弯曲加强器的主体材质为聚氨酯浇注而成，通过端头与软管接

42、头螺纹连接，考虑端头的防腐，在每个弯曲加强器内设计有三根导线与接头实现电导通连接。如下图 2.4 所示。图 2.4 弯曲加强器三维模型图建立弯曲加强器和软管本体的数学模型，分别对软管、利用 ANSYS端头、聚氨酯本体进行受力分析，分析结果表明，国产弯曲加强器不仅提高了软管的弯曲半径，而且提高了弯曲加强器长度范围内的软管所能承受的最大弯矩。2.3双保险排气阀及测试装置研制软管接头的排气阀主要用于排放内压密封层与外包覆层之间环形空间的带压气体。由于内压密封层的低渗透性，输送气体会慢慢渗透到软管环形空间，随着环形空间内气体压力的增加，为了保护内骨架层和包覆层免受压溃和破坏，必须将环形空间内的气体排放

43、，同时又要保证海水不会顺着排气阀的排放部位倒灌入环形空间。软管接头级排气阀，如下图 2.5 所示。它由两级排气结构组成，其中，一级排气结构主要由接头本体（1）、阀杆 1（2）、阀座（3）、锁紧螺母（4）、弹簧 1（5）、弹簧垫片（6）、螺母 1（7）和密封圈 1（8）组成，二级排气结构主要由接头本体（1）、阀杆 2（9）、弹簧 2（10）、压帽（11）、螺母 2（12）和密封圈 2（13）组成，组成两级排气结构的所有零质腐蚀的材料。均采用耐海水和海管输送介图 2.5 双级排气阀结构图该双级排气阀具有以下优点：1)采级排气结构型式，即使其中一级失效，另外一级仍能正常工作，大大提高了排气阀运行期间

44、的安全性和可靠性。采用和加入非金属密封型式，使得排气阀可以适应不同水深环境工况2)而不会引起海水通过密封面渗漏进软管环形空间的可能。可以对每一级排气阀弹簧进行调节，以适应不同的排气阀开启压力。3)4)排气阀密封面与海底泥沙进行有效，减小了排气阀堵塞以及弹簧无法复位的风险，避免了海水倒灌入环形空间而引起的软管铠装层的海水腐蚀问题。二级排气结构采用压帽和螺母双紧固型式，确保压帽在螺母锁紧情况下无法改变弹簧的变形量。5)软管接头级排气阀的设计和应用，降低了排气阀堵塞和海水倒灌入环形空间的风险，采用两级进行设计，避免其中一级排气阀的意外失效而导致柔性软管整体失效的可能性，进一步提高了柔性软管的运行安全

45、性和可靠性，为柔性软管在海洋油气田开发中的长期运行奠定了坚实的基础。为了设计、制造的双级排气阀的一级、二级能否在规定的压差范围内开启，以及在开启过有无“海水倒灌”现象，设计制造了一套双级排气阀试验工装，其试验原理和试验工装如下图 2.6 和 2.7 所示。图 2.6 双级排气阀试验原理图图 2.7 双级排气阀试验工装图2.4段间快速连接器研制连接器的设计应当保证软管连接的快捷性、密封性，及耐输送介质的腐蚀性。设计主要考虑的载荷是：软管安装期间连接器的拉力和弯矩，以及测试条件下的力载荷。软管段间快速连接器结构如下图 2.8 所示。它主要由管接头 1、“O”型密封圈 2、钢圈卡环 3、密封钢圈 4

46、、内六角螺钉 5、螺栓 6、螺母 7、凹垫片 8、凸垫片 9、卡箍 10、背压测试孔 11 组成。它是利用“O”型密封圈 2 进行背压密封，背压测试压力 1.5MPa。利用密封钢圈 4 进行流道密封，测试压力 15MPa。图 2.8 快速连接器结构图连接器的两端对称，一侧管接头安装密封钢圈，以内六角螺钉及钢圈卡环固定，并在管接头凹槽内安装“O”型密封圈。两管接头对接，并以卡箍（两块对称）抱紧，以螺栓、螺母紧固和预紧。螺栓、螺母的紧固和预紧是通过拉伸器来完成的，通过拉伸器拉伸螺栓并旋紧螺母，从而实现更准确的预紧力设置。另外，通过螺母穿孔的方式，达到螺栓、螺母的防松。通过建立连接器三维模型，在测试

47、压力和拉力、弯矩条件下，对管接头和卡箍进行有限元分析，分析结果表明管接头和卡箍所受应力满足强度要求。2.5国产球型法兰连接器研制球型法兰连接器主要包括球体、球法兰、定位法兰、第一环密封面法兰、第二环密封面法兰、螺柱、花篮螺栓及调节螺栓。球体包括球段和圆柱段，球段的外边面为外凸球面，其中，球体的球段内表面由内锥面和内柱面组成；球法兰的内表面和定位法兰的内表面上均设有内凹球面，球体球段的外凸球面前端与球法兰的内表面的内凹球面配合采用金属密封环形成金属密封，球体球段的外凸球面后端与定位法兰内表面的内凹球面配合，第一环密封面法兰位于球法兰的前端，且第一环密封面法兰、球法兰和定位法兰通过螺柱、张力螺母和

48、锁紧螺母的配合连接在一起；第二环密封面法兰相接于球体的圆柱段的后端，且定位法兰和第二环密封面法兰上均设有；花篮螺栓的一端连接于定位法兰的上，花篮螺栓的另一端连接于第二环密封面法兰的上。调节螺栓穿设于定位法兰和球法兰上的螺纹孔，调节螺栓上套设有弹簧，调节螺栓和弹簧可以对球法兰和定位法兰预锁紧。图 2.9 球型法兰连接器结构图已有管线的施工方法2.6一种注浆气囊针对海底管线交叉技术作业成本高、作业风险大的缺点，创新性的提供了一种软管高效施工方法，即软管在原有海底管线前预先将注浆气囊绑缚于软管合适位置（如下图 2.10 所示），注浆气囊随软管下放并准确放置于原有管线两侧，直至新铺软管与原有海底管线垂

49、直间距在 200-300mm 时停止注浆作业，ROV下水关闭注浆阀门，回收注浆管线至作业船。图 2.10 注浆气囊绑扎示意图已有老海管的施工步骤，简要介绍如下：以下是采用注浆气囊11)12)根据软管长度标记核实软管悬链线长度；当软管着泥点与拟交叉点的距离大于悬链线的长度时暂停铺设，于船艉2.11 图所示，并处绑扎水下信标及回收绳，详细绑扎方式如下信标绑扎点在软管上对应的刻度（比如 515m）；图 2.11 信标固定和回收示意图启动铺设系统，软管继续下放，当软管上绑扎信标的位置着泥后，ROV打点标记信标位置；13)14)15)16)定位核算信标与拟交叉点的距离（比如 175m）；使用船艉卷扬机回

50、收信标（回收采用直接拉断信标固定绳方式）；软管继续沿设计路由下放，待铺设至软管有 680m 刻度标识时停止铺设，在 680m 标识线的两侧绑扎注浆气囊，如下图所示，将注浆管线连接至注浆气囊上，在端部气囊端部绑扎浮球，使气囊下水时漂浮于软管之上，避免到达海底泥面将气囊端部压在软管下面；图 2.12 注浆气囊绑扎示意图注浆气囊绑扎完成后，继续软管铺设作业，ROV 实时观察气囊水中姿态，在软管铺设过 应保证着泥软管与已有管线垂直，否则，通过绞船微调铺设路由；17)图 2.13 注浆气囊随复合软管下放示意图当两个气囊着泥后，ROV 解除注浆气囊固定及浮球绑扎绳，如下图2.14 所示，微调气囊位置并将气

51、囊平摊放在泥面上，暂停作业；18)图 2.14 注浆气囊海底就位示意图开始注浆作业，ROV 实时观察注浆气囊的状态，如下图 2.15 所示，直至新铺软管与原有海底管线垂直间距满足要求后停止注浆作业；19)图 2.15 交叉处理示意图20)ROV 关闭气囊侧水下阀门，断开注浆管线快速接头，回收管线，交叉施工作业完成，继续软管铺设。采用上述方法可在软管铺设过动员作业船舶在新管线铺设前对交叉进行交叉处理，避免了常规需要专门点进行预处理，不仅减少了大量海上作业量，节省了作业成本，而且也极大降低了作业安全风险。2.7膜的研制全通径拉脱式金属密封膜片，即膜，主要由八角垫 1、金属膜片 2、保护膜 3、卸扣

52、组件 4 和绳索 5 等组成，金属膜片通过熔极焊与八角垫焊接在一起，结构示意图如下图 2.16 所示。图 2.16为保证金属膜片沿设计轨道膜结构示意图，在金属膜片上设计有环向刻槽，同时，为保证膜在拉脱过金属膜片收缩变形，尽量减小膜片拉脱后的尺寸，在膜片的背面设计有两根拉带，如下图 2.17 所示。图 2.17膜背面拉带2.8一种免海水进入高效施工方法要实现软管的免海水进入，必须在软管端头下水之前提前完成以下工作：1)将膜安装在硬管短节与软管接头法兰之间，并通过螺栓拉伸器紧固，如下图 2.18 所示：图 2.18膜安装示意图2)在立管顶部安装一同孔注气排水密封装置，如下图 2.19 所示，并预穿

53、一根经过尼龙过塑的钢丝绳，以便与接；膜上的牵拉钢丝绳连图 2.19 注气排水密封装置图工厂风系统与同孔注气排水装置，将立管内的海水排空，关3)连接闭装置上的阀门，保证立管内无海水进入；在导管架陆地建造时，预先安装一套软管接头拖拉对接装置，该装置主要由导向滑轮组、牵拉钢丝绳、滑轮组固定支撑等组成。4)下面以 DF1-1 WHPF兰连接中的施工程序。侧立管与软管连接为例，简单介绍膜在水下法14)施工上将两根牵拉钢丝绳一端与上 10T 卷扬机连接，另一端与软管球型法兰连接器上的螺栓孔连接。15)施工管内注淡水，使立管内水位与海水持平，潜水员下水拆除立管盲板法兰。潜水员下水拆除球型法兰连接器法兰上的软

54、管拖拉封头，启动卷扬机缓慢将软管末端牵拉至立管法兰处，如下图 2.20 所示。16)图 2.21 螺栓交叉布置示意图22)潜水员打开助浮气囊放气阀，将气囊的空气排掉，解除气囊与软管的绑扎固定，船上将气囊回收至船甲板。23)24)潜水员安装螺栓拉伸器，螺栓上紧后拉力为 286kN。拉紧螺栓时分 3 次上紧，第一、二次按下图顺序上紧，分别按 50%、80%扭矩紧固；第三次按顺时针依次上紧，按 100%扭矩紧固。推进器的利用率和横摇、纵摇角度；在重吊模式下测试推进器或电路板失效情况7)业船舶性能。DP 模式下的导管架安装程序：14)导管架驳船利用锚缆现场定位，1#拖轮和 2#拖轮连接驳船艉缆，3#拖

55、轮现场待命；图 2.23 驳船现场定位示意图起重船靠驳船右舷，起吊半径 36.56m，吊机回转 17，连接导管架上的吊装索具，以及绞车钢丝绳以便于控制导管架起吊后的方向；15)图 2.24 起重船就位示意图切除导管架在驳船上的固定杆件；缓慢起吊导管架至起吊重量达 500t，检查吊装索具的完起吊，直至导管架离开支撑结构；16)17)，继续图 2.25 起重船起吊导管架示意图当起吊高度达 3m 后，起重船先纵向驶离 2m，再横向驶离 7.5m 并驶18)离驳船，起重船吊着导管架至指定位置（最终安装位置）；1#拖轮和 2#拖轮起锚并与驳船解缆，然后 1#、2#和 3#拖轮通过拖带缆与导管架连接；19

56、)图 2.26 导管架入水示意图起重船将导管架吊装入水，利用 3 条拖轮控制导管架在水中的姿态；20)图 2.27 导管架入水姿态调整示意图起重船连接导管架扶正吊装索具，并连接导管架灌注系统；21)图 2.28 导管架水中起吊示意图缓慢起吊水中的导管架至起吊重量 100t，检查吊装索具的完如正常，继续起吊；打开注水阀门，在起重船的帮助下导管架慢慢扶正；22)，23)图 2.29 导管架扶正示意图利用吊机拔杆旋转和升降调整导管架的位置，利用绞车钢丝绳的收放调节导管架的方向；在导管架坐底之前，在重新测试重吊模式下的 DP 系统以确保 DP 系统运转正常；如确认导管架的安装误差在允许范围内，将导管架

57、坐底，导管架就位完成。24)25)26)图 2.30 导管架就位示意图导管架就位后，通过测量得到：导管架就位方向角偏 0.6，井口区中心位置偏 1.4m，导管架水平度高低差为 68mm，均符合规格书的安装要求（导管架就位方向角偏 2.5，井口区中心位置偏 3m，导管架水平度高低差为 5）。二、 经济效益和社会效益东方 1-1 气田一期调整开发工程项目的提前投产和成功开发，给的经济效益有：所带来1)东方 1-1 气田一期调整开发工程项目 6 口井日产量为 150/天，项目实际投产比计划提前 64 天，为公司 2015 年贡献了约 5.1 亿方的天然气产量。按东方 1-1 气田一期调整开发工程项目

58、产气销售气价 1.35 元/算，项目提前投产为公司创造约 6.88 亿元产值。东方 1-1 气田一期调整开发工程项目利用国产软管代替复合海管，结2)3)合海上施工，工程投资就节约了 1 亿多元。东方 1-1 气田一期调整开发组构造是国内首个高温、高压、高 CO2 气田，该气田的顺利、成功开发可为后续东方高温、高压大气区的规模开发探索和积累经验，具有较显著的示范作用。气田投产后二五”产量目标实现将作出应有的贡献。年产量可达 5.2 亿方，对公司“十东方 1-1 气田一期调整开发工程项目部分设备的首次国产，打破了国外垄断，提高了国内相关行业的设计与制造水平，培养了一批高温高压气田国产设备制造家，为

59、民族工业的发展做出了巨大贡献，也为海洋石油在气田开发技术上储备了大量的保障力量。“自己动手，丰衣足食”，项目的发展不仅解决了自己，也扶助了供货商的成长，为国家的发展做出很大的贡献。五、本项目曾获科技情况获奖项目名称获奖时间奖项名称等级授奖部门（）国内首个海上高温高压气体开发烙上中国印2015 年湛江2015 年度十大优秀科技成果级湛江东方1-1 气田一期调整开发工程项目组2015 年工程项目提前投产奖总公司级中国海洋石油总公司六、主要完成人情况表姓名李大全排名1出生年月1965 年 10 月号行政职务工程建设中心总经理岗位级别M7工作（中国）湛江分公司通讯地址省湛江市坡头区南油二区合作楼四楼5

60、24057电子信箱.cn毕业学校毕业时间1986 年 7 月文化程度大学本科技术高级工程师专业、专长海洋工程最高学位工学学士曾获科学技术奖情况1、海上油气田轻型直流输电系统的技术研究及应用 2014 年总公司科技进步三等奖；2、国内创新深水开发工程技术在崖城 13-4 气田的应用 2013 年总公司科技进步二等奖；3、长距离国产高压海底软管技术研究及首次应用 2012 年总公司科技进步奖二等奖；4、7000 米小模块自安装式海洋钻机的研制及应用 2010 年总公司科技进步二等奖；5、文昌油田建设工程技术-超百米水深级海上油田工程建设技术 2009 年总公司科技进步一等奖。参加本项目起止时间20