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挪威研發(fā)電加熱海底管道防堵技術

深水領域的油氣作業(yè)主要面臨海底高壓、低溫環(huán)境下容易產生水合物和管壁結蠟等技術難題。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。針對這些流動安全問題，挪威耐克森公司、挪威國家石油公司以及挪威科技工業(yè)研究院聯合開展了一個工業(yè)項目，旨在評估可行的管道流動保障方法。最終，該項目選擇了直接電加熱技術（DEH）。

通過垂直電纜，從頂部電源系統供應交流電，實現DEH系統對管道流體的加熱（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，如液壓導管、信號電纜和電源電纜、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。饋電電纜的外層導管與海底管道近端相連，而內層導線與單芯搭載電纜相連，并與整條海底管線并行捆綁敷設，起到伴熱作用。如此，海底管道本身便作為主回路導線，利用其自身電阻實現加熱功效。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與海水之間形成良好的低阻通路電流轉移區(qū)。這種開放的結構有利于提升系統的安全性和可靠性。配備的鋁陽極可以滿足海底管道及加熱系統在設計使用年限內的腐蝕防護與充分接地需要。交流電也不會對管道的內腐蝕產生影響。

圖5 海底管道DEH系統

目前在役的DEH系統，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。挪威國家石油公司Tyrihans管線是當前應用DEH技術的最長在役管道。該管線直徑18英寸，長度48千米。該管線的DEH系統首次采用了光纖中斷檢測技術，這是耐克森公司的另一項專利。2011年10月，挪威國家石油公司海洋管道系統深水工程顧問GeirEndal表示：“由于安裝了DEH系統，Tyrihans海上油氣田節(jié)省了10億克朗（約合1.65億美元）?！?/p>

為了降低管線拖網及海洋墜落物體的影響，一旦電纜破損，中斷檢測器便會立即關閉電源，從而防止損傷管道。同時，為了最大限度降低此類事故風險，耐克森公司還開發(fā)了用于保護搭載電纜的機械保護結構（MPS）和聯合保護結構（IPS）。MPS和IPS具備挪威船級社資格認證，并且現場應用表明該系統可有效緩解拖網及墜物風險。

Lianzi油田水深390-1070米，位于剛果與安哥拉之間的海上區(qū)域，是目前全球應用DEH系統最深的海洋石油工程。該油田由美國雪佛龍海外公司運營，與位于安哥拉14區(qū)塊的Benguela Belize Lobito Tomboco（BBLT）平臺相連。整個DEH系統包括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)工程海底設施與BBLT平臺對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合保護系統。

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L130千米的電纜系統將為沿線10條海底管道提供流動保障技術服務。該DEH系統包括垂直電纜、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)海底電纜工廠設計和施工。此外，系統還采用IPS結構對海底搭載電纜進行保護。

當發(fā)生非計劃停輸時，DEH系統能即時反應，并且操作簡單。同時，該系統具有環(huán)保優(yōu)勢。每個DEH系統都是按照單項工程的需求量身定制的。目前最長的獨立搭載電纜為42千米，而在以后的項目中，耐克森公司已具備大幅提升電纜長度的技術實力。此外，搭載電纜目前的最大應用水深是1070米，這個深度未來同樣會增加。隨著石油勘探逐漸向深海領域發(fā)展，在更惡劣的海洋環(huán)境中，DEH系統將為海洋石油工程提供更強大的流動保障技術支持。

孟芳芳 編譯自《World Pipelines》2015年10月