0 引言
国际上主流的海底机械复合管道(钢管)铺设方法包括S-Lay、J-Lay和Reel-Lay等3种。用S-Lay法铺管时，管线在甲板或船舱内完成焊接、检验，然后经过悬挂在船体外的托管架入水，形成一条S形曲线。S-Lay主要应用于浅水铺管，但也有在深水应用S-Lay铺设小尺寸海管的案例；J-Lay铺管法是为解决S-Lay的S形上弓段大应变问题而发展起来的一种深水铺管法，它将管线的接长作业由S-Lay的水平位置调整为竖直位置，在竖直的J-Lay塔上完成管线连接后直接入水，形成一条J形曲线；Reel-Lay方法是柔性管铺设方法的直接拓展，它在陆地上一次完成管线接长并缠绕到卷筒(Reel)上，然后在海上展开并拉直后连续铺入海底，Reel-Lay的卷筒为竖直放置[1]。
S-Lay的铺管直径最大，Reel-Lay的铺管直径最小，但其铺管速度最快，J-Lay的铺管速度最慢。S-Lay的管线接长在水平位置施工，可同时进行多条焊缝的焊接和检验，J-Lay的管线在J-Lay塔上完成，只能进行一条焊缝的焊接，而Reel-Lay在海上没有焊接作业。
1 Reel-Lay铺管难点及技术优化 1.1 不同铺管方法比较不同铺管方法比较见表 1。由表可以看出，与其他2种方法相比，Reel-Lay优势明显，铺管速度最快，可缩短海上作业时间，大大降低铺管成本。笔者主要介绍Reel-Lay铺管方法。
| 铺管方法 | 最大铺管 直径/m | 铺管 效率 | 应用水深 | 所需铺 管张力 | 天气敏感性 |
| S-Lay | 1.524 | 适中 | 主要浅水 | 大 | 恶劣天气敏感 |
| J-Lay | 0.813 | 慢 | 主要深水 | 小 | 恶劣天气敏感 |
| Reel-Lay | 0.508 | 快 | 水深无限制 | 小 | 恶劣天气不敏感 |
1.2 Reel-Lay铺管流程
将管道陆地预制并接长后连续缠绕到铺管船的卷筒上；然后将卷筒上管道的铺设端与管道张紧矫直机构连接；将铺管船行驶至指定海域并定位，利用卷筒驱动机构驱动卷筒转动，形成开卷、矫直，利用张紧器提供适当的张紧力进行铺管作业[2]，如图 1所示。
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| 图 1 Reel-Lay海上铺管示意图 Fig.1 Reel-Lay offshore pipe installation |
1.3 难点及技术优化
海底管道缠绕到卷筒上和经过矫直器时会弯曲，产生方向相反的弯矩，机械复合管的衬管会产生塑性变形，经过2次塑性变形后衬管容易与基管剥离，甚至出现褶皱[3]。另外，在管道加热涂覆过程中，由于基管与衬管热膨胀系数的差异，也容易产生基管与衬管剥离的现象。工程实践证明，水压试验过程对衬管剥离有一定的改善，小的褶皱可以通过典型水压试验的内压消除，但是大的褶皱水压试验不能完全消除。故通过后期水压试验方法来消除衬管起皱不可靠。
Subsea7公司通过理论计算和管道性能试验得出结论：用Reel-Lay法铺设机械复合管时，如果管道没有内压，即处于空管状态时，衬管容易产生褶皱；如果管道内充满介质产生内压，则能有效地缓解内衬褶皱。试验结果表明：当内压为3 MPa时，能够完全避免衬管褶皱；内压小于30 MPa时，不能完全消除褶皱；如果内压增加至4~5 MPa，则对降低衬管褶皱的贡献不太明显(通过内衬与基管的结合力评定)[4-5]。
Technip公司研究团队通过试验和有限元分析得出结论：衬管与基管剥离的决定因素为衬管直径与壁厚的比值，即D/t，为了避免铺管时衬管起皱，海底管道在设计时必须选择合适的D/t值。目前，Technip公司已经研究出152.4、203.2和304.8 mm机械复合管合理的D/t值，确保Reel-Lay法铺设时衬管与基管结合完好，并申请了专利[6]。
2 国外现状由于输送介质对管道防腐的要求以及施工成本的限制，Subsea7和Technip公司从2000年就开始致力于Reel-Lay法铺设机械复合管的研究试验和第三方认证工作，并取得了多项成果。表 2列举了世界范围内已经成功实施的Reel-Lay铺设机械复合管的工程项目。
| 铺管 公司 | 项目 名称 | 项目海域 | 水深/m | SCR/海管 长度/km | 管道直径/ mm |
| Subsea7 | Pre-salt | 巴西海域 | 2 100 | 85 | 203.2 |
| Technip | Kodiak | 墨西哥湾 | 1 472~1 710 | 12 | 127.0 |
| Subsea7 | Aasta Hansteen | 挪威海 | 1 300 | 19 | 304.8 |
由于Reel-Lay铺设机械复合管属于新技术，且存在一定风险，如果施工过程出现意外则会对项目造成极大影响，所以国际上对此类问题的通常做法是在项目实施前必须按照DNV-RP-A203(QUALIFICATION PROCEDURES FOR NEW TECHNOLOGY)标准对新技术进行认证，具体步骤如图 2所示[7]。Subsea7公司与BUTTING管道公司合作，于2010年获得了Reel-Lay铺设机械复合管的DNV认证[8]；Technip公司与Cladtek管道公司合作，于2011年获得了Reel-Lay铺设机械复合管的DNV认证。
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| 图 2 DNV-RP-A203新技术认证程序 Fig.2 DNV-RP-A203 new technology certification process |
3 国内发展前景
目前，中国海域已经成功铺设多条双金属机械复合管，如崖城13-4项目和番禺35-2/35-1项目等，但是没有Reel-Lay铺设机械复合管的案例。随着国家向深海进军战略部署的深入实施，以及石油寒冬带来的降低投资成本的迫切需求，应用Reel-Lay铺设机械复合管将会带来巨大的经济效益，并且目前我国已经具备了应用此方法的技术储备，满足实现Reel-Lay铺设机械复合管国产化的2个必要条件。
3.1 专业的铺管船舶中国海洋石油总公司已经拥有5条专业铺管船，分别是“海洋石油201”、“海洋石油202”、“蓝疆”、“滨海106”和“滨海109”。其中，“海洋石油201”是我国首条深水铺管起重船[9]，至今已完成多项深水铺管工作，“海洋石油286”船是中国首艘作业能力达到3 000 m水深的世界顶级的海洋工程船舶，除了能够完成深水大型结构物吊装、饱和潜水作业支持和深水设施检验维护外，还可以完成脐带缆和柔性管道的铺设，其主甲板下配备直径为20.4 m的转盘，可以一次性安装2 500 t的双金属复合管。因此，我国已经具备了专业的铺管船舶、专业的铺管作业团队以及丰富的海底管道铺设经验。
3.2 专业的机械复合管生产商双金属复合管自2001年在我国油气田领域应用以来，经过10余年的发展，技术水平得到很大提高。其中，西安向阳航天材料公司独立研发的爆燃加衬技术处于国际领先水平[10]，并先后为崖城13-4项目和番禺35-2/35-1项目提供双金属机械复合管，在管道铺设和油气田正常操作期间没有出现任何问题；同时，国内其他管道生产厂家也纷纷进行机械复合管技术研发，有些厂家已经通过独立第三方技术认证，获得生产双金属机械复合管的生产资格。我国已经拥有能够独立生产机械复合管的合格生产商。
综上，我国已经具备了Reel-Lay铺设机械复合管2个必要条件，如果国内海管施工团队与机械复合管生产商进行联合，通过独立第三方的技术认证，那么我国实现Reel-Lay铺设机械复合管国产化将水到渠成，届时将摆脱国外技术垄断，不受制于国外施工船舶的高昂费用。
4 结束语对于铺设双金属机械复合海底管道，Reel-Lay法比其他铺管方法可以大大缩短海上作业时间，节省工程费用。目前，以Subsea7和Technip为首的国外公司联合复合管生产商已经通过DNV认证，并成功在多个项目中应用该铺管技术。在我国，随着国家向深海进军战略部署的深入实施，以及石油寒冬带来的降低投资成本的迫切需求，应用Reel-Lay铺设机械复合管将会带来巨大的经济效益，且目前我国已经具备了实现该技术国产化的2个必要条件，即拥有专业的铺管船舶和技术成熟的机械复合管生产商。实现Reel-Lay铺设机械复合管国产化将摆脱国外技术垄断和高昂的海上施工外委费用，在油价低迷的大环境下大大降低海洋油气开发成本，提高我国海洋油气产业的国际竞争力。
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