深水立管标准体系分析

doi:10.3969/j.issn.1001-2206.2019.04.006深水立管标准体系分析谭越1，石云1，连华2，吴炜11.中海油研究总院有限责任公司，北京1000282.中国海洋石油集团有限公司，北京100007摘要：立管是我国重点发展的海洋工程装备。随着南海油气田开发逐步走向深水，立管的应用将日益广泛，由于受到国外少数制造商供货的，在一定程度上制约了深水油气田的开发。针对深水立管，全面梳理了国际标准化组织、美国石油学会的有关标准体系，以及国外船级社等先进标准。结合我国立管技术发展现状和工程经验，对比研究了国家和行业标准。对国内标准体系中存在的问题进行了总结和分析，提出了以制造单位为主体开展标准编制，以标准来推动深水立管国产化的建议。关键词：立管；深水；国产化；标准体系AnalysisonstandardsystemofdeepwaterrisersTANYue1,SHIYun1,LIANHua2,WUWei1

1.CNOOCResearchInstituteLtd.,Beijing100028,China

2.ChinaNationalOffshoreOilCorporation,Beijing100007,China

Abstract：RiseristhekeymarineengineeringequipmentdevelopedinChina.WiththedevelopmentofoilandgasfieldsintheSouthChinaSeagraduallymovingtowardsdeepwater,theapplicationofriserswillbemoreandmorewidely.Duetothesupplylimitationfromafewforeignmanufacturers,thedevelopmentofdeepwateroilandgasfieldsisrestrictedtoacertainextent.Forthedeepwaterriser,acomprehensivecombinationofISO,APIstandardsystemaswellastheadvancedstandardsofforeignclassificationsocietiesisgiven.Basedonthedevelopmentstatusandengineeringexperience,thenationalandsectorstandardsarecomparedandstudied.Theexistingproblemsinthedomesticstandardsystemaresummarizedandanalyzed.Finally,somesuggestionsareproposed,suchascarryingoutthestandardcompilationwithmanufacturerasthemaindrafterandpromotinglocalizationofdeepwaterrisersbystandard.Keywords：riser;deepwater;localization;standardsystem

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300m到2500m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（FlexibleRiser）和混合式立管（HybridRiser）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

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的设计和制造有着严格的标准。

顶部张紧立管钢悬链线立管

混合立管悬链线缓波立管柔性陡S立管

悬链线垂直入口立管

2标准体系梳理在国际标准化组织（ISO）中，立管标准主要

2.1国际标准

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]。

标准名称最新版本1112/2009增补111/2008增补12231图1深水立管结构形式示意

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

分委会标准号ISO13624-1:2009ISO/TR13624-2:2009表1立管相关国际标准

Petroleumandnaturalgasindustries要Drillingandproductionequipment要Part1:DesignandoperationofmarinedrillingriserequipmentPetroleumandnaturalgasindustries要Drillingandproductionequipment要Part2:Deepwaterdrillingrisermethodologies,operations,andintegritytechnicalreportPetroleumandnaturalgasindustries要Drillingandproductionequipment要MarinedrillingrisercouplingsPetroleumandnaturalgasindustries要Designandoperationofsubseaproductionsystems要Part2:Un鄄bondedflexiblepipesystemsforsubseaandmarineapplicationsPetroleumandnaturalgasindustries要Designandoperationofsubseaproductionsystems要Part7:Com鄄pletion/workoverrisersystemsISOTC6713625:2002SC4ISO13628-2:2006ISO13628-7颐2005ISO13628-11:2007ISO13847:2013Petroleumandnaturalgasindustries要Designandoperationofsubseaproductionsystems要Part11:FlexiblepipesystemsforsubseaandmarineapplicationsPetroleumandnaturalgasindustries要Pipelinetransportationsystems要WeldingofpipelinesPetroleum,petrochemicalandnaturalgasindustries要Cathodicprotectionofpipelinetransportationsystems要Part2:OffshorepipelinesPetroleumandnaturalgasindustries要PipelinetransportationsystemsPetroleum,petrochemicalandnaturalgasindustries要Externalcorrosionprotectionofrisersbycoatingsandlinings要Part1:Elastomericcoatingsystems-polychloropreneorEPDMTC67ISOSC2155-2:2012ISO13623:2017TC67ISO18797-1:20162.2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—Committeeonstandardizationofoilfieldequipment

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andmaterials）没有立管的分委会，相关标准涉及海上结构（SC2—Subcommitteeonoffshorestructures）、水下生产系统（SC17—SubseaProductionSystems）和钻井控制设备（SC16—Drillingwellcontrolequipment）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

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表2美国石油学会的立管标准

类型标准号标准名称发布最新日期版本标准Std2RDDynamicrisersforfloatingproduc-tionsystems20132规范Spec2SFManufacturegingstionsforprimaryofstructuraloffshoresteelapplica-for-20131规范Spec16FSpecificationformarinedrillingri-serequipment20172推荐Design,Selection,Operationand做法RP16QMaintenanceofmarinedrillingriser20172systems推荐Designandoperationofsubseapro-做法RP17Aductionsystems—generalrequire-20175mentsandrecommendations推荐做法RP17BRecommendedpracticeforflexiblepipe20145推荐做法RP17GRecommendedpracticeforcomple-tion/workoverRiser20162规范Spec17JSpecificationforunboundedflexiblepipe20173规范Spec17L1Specificationforflexiblepipeancil-1/增laryequipment2015补2推荐Recommendedpracticeforflexible做法RP17L2pipeancillaryequipment20131推荐Designandoperationofsubseapro-做法RP17Pductionsystems—subseastructures20131andmanifolds推荐做法RP17RRecommendedpracticeforflowlineconnectorsandjumpers20151技术报告TR17TR7Verificationandvalidationofsubseaconnectors20171技术TRPressureeffectsonsubseahardware报告17TR11duringflowlinepressuretestingin20151deepwater推荐Recommendedpracticeforwetand做法RP17Udrythermalinsulationofsubsea20151flowlinesandequipment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2.3.1标，并与国际标准化组织（ISO）有着紧密联系。挪挪威船级社相关标准

威船级社（DNVGL）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NobleDenton的深厚专业知识，进一步奠定了全球领先地位。DNVGL与立管相关的标

准主要分为以下几类[15]：

（1）入级规范（RU—Rulesforclassification）（2）入级指南（CG—Classguidelines）（3）服务规范（SE—OffshoreServiceSpecifi-cations）

（4）海工标准（OS—OffshoreStandards）（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

序号标准号标准名称最新版本1CG-0170Offshore20152OS-C106andStructuralcommissioningclassificationprojectstestingfloating20153Structuralunitsdesignofdeepdraught4OS-C201WSDdesign—LRFDofoffshoremethodunits—20175OS-E101Drillingmethodfacilities20186OS-E201OS-E301PositionOilandgasmooringprocessingsystems201820187RP-C203Fatigueturesdesignofoffshoresteelstruc原20168RP-C205Environmentalmental20179RP-F108Assessmentloadsconditionsandenviron原offlawsinpipelineand201710riser11RP-F203RP-F204RisergirthweldsRiserinterferenceGlobalfatigue2017201712RP-F205waterperformanceanalysisofdeep原20171314RP-F206Riserfloatingintegritystructuresmanagement201717RU-OU-0300OffshoreFleetinservice201815SE-0476risersystems201716ST-F101SubmarineThermoplasticpipelinecompositesystems201718ST-F119pipes201819ST-F201ST-N001DynamicMarineoperationsrisersandmarinewarranty201820182.3.2

美国美国船级社相关标准

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“SubseaHybridRiserSystems”是第一部混合式立管标准，反映了海洋

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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

序号标准号标准名称最新版本1120Guidetingfor20182123Guideoffshorerisk-basedinspectionforfloa-riserforbuildinginstallationsandclassing3243Guidancesystemssubsea20194280systemsnotesonsubseahybridriser2017Guidancenotesondrillingriseranalysis20172.4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/T20661—2006目前国内仍在使用，而所采标的ISO10420:1994已废止，并于2007年被ISO13628-11:2007代替。

表5立管国家标准

标准编号标准名称采标情况GB/T20661要2006石油和天然气工业用于海底和海洋立管的挠性管系统ISO10420:1994IDT袁石油天然气工业海底GB/T21445.2要2008生产系统的设计和操作第2部分院用于海底和ISO13628-2:2000袁海上的挠性管系统IDTGB/T33508要2017立管疲劳推荐作法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

标准编号标准名称采标情况SY/TSY/T70577340要要20162016动态立管立管干涉DNVDNVGL-RP-F203:2009GLOSF201:2010,袁IDTIDTSY/T7059要2016浮式生产系统和张力腿平台的立管设计APIRP2RD:2006,IDT从表6可知，行标SY/T7059—2016等同采用的RP2RD:2006Designofrisersforfloatingproductionsystems（FPSs）andtension-legplatforms（TLPs），其最新版本为STD2RD：2013Dynamicrisersforfloatingproductionsystems，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）。

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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，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。

谭越等：深水立管标准体系分析

海洋工程

参考文献[1]余建星.深海油气工程[M].天津：天津大学出版社，2010.[2]贾旭.加快深水海管国产化[N].中国海洋石油报，2019-02-18（4）.

孙丽萍，等.海洋立管设计[M].哈尔滨：[3]白勇，戴伟，哈尔滨工程

大学出版社，2014.

[4]海洋石油深水工程手册编委会.海洋石油深水工程手册[M].北

京：石油工业出版社，2010.

[5]朱海山，李达，魏澈，等.南海陵水17-2深水气田开发工程方案

研究[J].中国海上油气，2018，30（4）：170-177，214.

[6]海洋石油工程设计指南编委会.海洋石油工程深水油气田开发

技术[M].北京：石油工业出版社，2011.

[7]SVEINS，NAIQUANY.Aspectsofdesignandanalysisof

offshorepipelinesandflexibles[M].成都：西南交通大学出版社，2016.

译.北京：[8]白勇.海底管道与立管[M].路民旭，石油工业出版社，

2013.

张妮，[9]ANDREWCP，ROGERAK.海底管道工程[M].梁永图，

黎一鸣，等译.2版.北京：石油工业出版社，2013.

[10]石油工业标准化研究所.国际、国外石油工业标准目录汇编[M].

北京：石油工业出版社，2018.

[11]API.Documentformatandstylemanual[R].USA：API，2018.[12]API.2018publicationsprogramsandservices[R].USA：API，

2018.

[13]APIsubcommitteeonoffshorestructures：committeescope.

[EB/OL]http：//mycommittees.api.org/standards/ecs/default.aspx.

林焰.船舶与海洋工程法规[M].北京：[14]张明霞，国防工业出版

社，2014.

[15]DNVGL.DNVGLclassdocuments—Rulesforclassifica-tion，classprogrammes，classguidelines，offshorestan-dardsandstatutoryinterpretations[R].Oslo，Norway：DNVGL，2018.

[16]ABS.Annualreview2017[R].USA：ABS，2018.

[17]石油工业标准化研究所.石油工业标准目录[M].北京：石油工

业出版社，2018.

[18]马延德.海洋工程装备[M].北京：清华大学出版社，2013.姜哲，等.南海内波对TLP平台运动和受力影响[19]杜庆贵，冯玮，

[J].石油矿场机械，2016，45（7）：6-12.

段梦兰.中国南海深水油气田开发工程模式及平[20]谢彬，张爱霞，

台选型[J].石油学报，2007（1）：115-118.

张莉，等.深水立管设计标准中内波作用的分析[21]李效民，崔鹏，

与探讨[J].中国海洋大学学报（自然科学版），2015，45（2）：121-126.

基金项目：国家科技重大专项———南海荔湾气田群和流花油田群开发示范工程（2016ZX05057001）；中海石油（中国）有限公司标准研究项目———海上油气田开发工程设计标准适用性研究。

作者简介：谭

越（1978-），男，辽宁建平人，高级工程师，2007年毕业于上海交通大学船舶与海洋结构物设计制造专业，博士，主要从事标准化研究、海工结构设计和研发工作。Email：tanyue2@cnooc.com.cn收稿日期：2019-04-09

渊上接第24页冤李森，等.一种改进的广义遗传算法及其在鲁[16]燕乐纬，陈树辉，

棒优化问题中的应用[J].振动与冲击，2010，29（4）：30-33.[17]KNOOPEMMJ，GUIJTW，RAMREZA，etal.Improvedcost

models

for

optimizingpipelines

CO2pipelineand

configurationnetworks

for[J].

point-to-point（2）：25-46.

[18]ZHAOD，TIANQ，LIZ，etal.Anewstepwiseandpiecewise

optimizationapproachforCO2pipeline[J].InternationalJournalofGreenhouseGasControl，2016，49（5）：192-200.[19]

QUEZ，DONGL，JIANC，etal.AbsorptionsolubilitycalculationandprocesssimulationforCO2capture[J].CIESCJournal，2010，61（7）：1740-1746.

[20]BERTSIMASD，BROWNDB.ConstrainedStochasticLQC:A

TractableApproach[J].IEEETransactionsonAutomaticControl，2007，52（10）：1826-1841.

收稿日期：2019-03-11

simple

[21]徐梓忻.基于燃煤电厂燃烧后捕集的CCS-EOR全流程项目综

合经济评价与指标研究[D].北京：华北电力大学（北京），2016.

基金项目：国家自然科学基金（61473312，61273188）资助；国家科技重大专项（2016ZX05012002-004）资助；青岛市民生科技计划（17-3-3-75-nsh）资助；高校基本科研业务费专项资金资助（18CX05026A）。

InternationalJournalofGreenhouseGasControl，2014，22

作者简介：刘佳佳（1994-），女，宁夏银川人，中国石油大学（华东）化学工程学院动力工程2016级在读硕士，从事管道运输、化工过程建模与优化的研究。Email：dyzhao@upc.edu.cn第45卷第4期29