易吉梅

(海洋石油工程 (青岛)有限公司，山东青岛 266555)

脐带缆是水下控制系统的关键部件，也是连接水上系统与水下系统的重要纽带。脐带缆的应用有着悠久的历史，并具备成熟的技术体系和管理体系，受制于技术水平和发展的限制，我国脐带缆技术的研究还比较滞后，与国外发达国家相比，还有不小的差距。

目前，我国主要应用的脐带缆如陆丰22-1、惠州32-5等油田使用的脐带缆多依赖于进口，这不利于国内深海油气田的可持续开发和利用。因此开展针对脐带缆的关键技术研究，有助于提升深海油气田设置装备体系的提升，是深海油气田开发需要解决的关键技术。

1 脐带缆系统概述

1.1 脐带缆及其功能构造

脐带缆的首次应用是壳牌公司于1961年在墨西哥湾建造的第一个水下生产系统。在上世纪60年代，脐带缆的技术发展尚不成熟，脐带缆系统还只是使用热塑性软管，随着深水层对压溃等要求的提升，金属脐带缆开始越来越广泛地使用，它克服了热塑软管在深水层的不足。随着脐带缆应用技术的成熟，目前其应用的最大水深已经可以达到2 743 m，单根敷设长度最长达到143 km。

脐带缆在海洋工程中已经应用了近50年，在上世纪60年代，脐带缆是直接采用液压控制形式，全部由管道组成，而到了70年代，水下生产系统开始使用电液复合式，不再仅由管道组成，还包括了电缆和光纤等，目前脐带缆已经成功地应用到了海洋工程中浅水及深水等各个领域［1］。

根据工况的不同，脐带缆可以选用非金属管和不锈钢管作为工作液体的输送管道，主要由电缆、光缆、液压或化学药剂管聚合物护套碳纤维棒或铠装钢丝以及填充物等组成，包括电单元、光单元、管单元和外层设计，脐带缆的典型结构如图1所示。

1.2 脐带缆的功能与作用

脐带缆的主要功能有:①提供持续的电力电源给水下生产系统;②提供液压动力源以保证水下生产系统的控制 (例如阀门执行器);③为水下油井等提供化学药剂注入通道 (如甲醇和缓蚀剂等);④为水下生产系统提供控制信号及传输水下生产系统操作运行状态数据。

图1 脐带缆结构示意图

2 脐带缆在海洋深水平台的应用现状

2.1 脐带缆的应用和研发

脐带缆在海洋深水平台中有着广泛的应用。目前，国内针对脐带缆的应用研究主要集中在以下方面。①脐带缆的结构设计:主要围绕满足液压化学药剂注入、电力、控制及传输信号等功能要求，同时考虑材料选择需求，重点进行力学分析，对电单元、光单元、管单元、外护层进行初步的结构设计。②深水脐带缆的安装技术:主要研究在复杂的深水地形和深水环境等各种因素，成功地进行脐带缆敷设，尤其需要长距离敷设的脐带缆，需确保脐带缆在敷设工程不能受到机械损伤以及超过自身应力范围而受到破坏，在海底环境中稳定的工作。

为了打破长期以来我国所使用的脐带缆全部依赖进口的局面，“水下生产系统脐带缆关键技术研究”被列入2009年国家社会发展领域海洋863科技发展计划。在“十一五”期间国家计划水下生产系统脐带缆关键技术研究课题组采取产学研相结合，确定了目标脐带缆功能要求单元数量为10根。随着最近几年重点对脐带缆的关键技术开展攻关，目前已经初步形成了我国具有自主知识产权的脐带缆设计技术体系［1］。如东方电缆公司与中海油研究总院等知名科研机构合作，通过不断创新，攻克了脐带缆领域的技术限制，研制出了具有较强国际竞争力的脐带缆，对于保障我国的能源安全具有重要的意义，引起了国内外其他用户的广泛关注 ，在一定程度上打破了国外在动态电缆上的垄断。

2.2 国外脐带缆在海洋深水平台的应用现状

目前，国外海缆供应商主要为挪威AKER SOLUTION、NEXAN、法国 TECHNIP DUCO及美国JDR等几家公司，其中NEXAN公司拥有世界最先进的电缆运输及安装船［2］。国外在脐带缆的安装使用方面主要基于以下方面的设计研究:在设计规范方面，研发设计遵循ISO13628-5标准，规定了水下控制系统、化学药剂注入、气举、公用和供电控制脐带缆等系统的研发设计;在截面设计方面，主要围绕满足液压、化学药剂注入、信息传输等的控制和实施;在力学分析方面，由于脐带缆在安装和工作运行中容易受到流、波浪、浮体运动等海洋环境作用，加上自身重力因素，容易产生破坏，因此，有必要研究其所受的动态极值和疲劳荷载等参数，并验证其力学性能是否能够满足功能和环境等方面的要求;在制造技术方面，脐带缆的生产制造由于受到功能单元方面的影响，在立式和卧式电缆设备上通过螺旋方面实现不同的功能单元的绞合，然后再对通过使用加装保护和屏蔽层等实现对总体的保护;在测试方面主要是通过单元测试，对脐带缆整体的验证试验，包括拉伸、弯曲刚度等的试验以及对包括对外观尺寸及各剖件的检测，以实现对脐带缆的工厂验收试验等的分析。脐带缆的安装主要是基于水平铺设和垂直铺设等，最大限度地考虑脐带缆最小弯曲半径等相关的因素［2］。

2.3 国内脐带缆在海洋深水平台的应用现状

目前，国内脐带缆技术研发已经日趋成熟，并且也取得了一定的进步，脐带缆国产化进程不断加快。在2006年，中海油总公司通过与国外能源公司的合作，进行深海油井开发，并在南海珠江口盆地深水区成功探测出大量的天然气，这预示着我国的能源安全向深水层的开发迈出了重要的一步，同时也为脐带缆技术的开发和应用提供了巨大的市场机遇。在“十一五”期间，国家加大脐带缆技术攻关力度，采取产、学、研等相结合的多层次研发体系，基于南海环境开展了针对脐带缆的关键技术的研究和利用，经过多年的艰苦攻关，通过脐带缆技术工艺、不同单元材料、耐压等关键技术的研究，已经在脐带缆结构设计、深水敷设等关键技术方面取得了实质性的突破，并拥有了完全自主知识产权的技术管理体系。并在力学分析承重有所突破，以1 500 m水深为试验环境，对其荷载、海底稳定性等进行了具体的分析和研究，并得出了脐带缆的质量外径比、拉伸性能等指标管理体系。随着国内首个深水气田项目-荔湾3-1中脐带缆的成功应用，为将来脐带缆在深水平台的广泛应用奠定了坚实的基础。

3 脐带缆的技术要求及平台管理需求

3.1 深水平台对脐带缆的技术要求

未来随着脐带缆在深水平台的应用，水下生产环境对脐带缆提出了更多的要求，如脐带缆的尺寸、拉伸角度等，脐带缆在极端的波浪和流载荷下，不被邻近的立管、锚线或者结构干扰破坏等。同时随着水深的增加，尤其是在超深水域中，脐带缆的悬挂负荷比较高，对其安装和运行都会带来一定的困难。此外在深水中，出于重量的考虑会限制脐带缆中铜电缆的尺寸，因此在一些应用中需要进行高压输电，电压等级的提高对脐带缆德设计和技术研究也是一种挑战。根据脐带缆蔚蓝发展的趋势，我们还需要研究长距离脐带缆的技术，尤其是研究单根不间断长距离脐带缆的技术，这些都是未来脐带缆设计过程中必须予以高度重视的问题和技术难点。

3.2 脐带缆在海洋深水平台管理需求

脐带缆目前在国内取得了阶段性的成功，初步形成了研发、生产、应用等一体的技术体系，加上国内市场对脐带缆的巨大市场需求，脐带缆的产业化步伐明显加快。因此，要加大脐带缆在海洋深水平台的应用力度，通过继续深化脐带缆研究工作，扩大研究的范围和覆盖面，扩大研发团队规模和层次，引进国内外优秀技术人才等，加强管理创新，为脐带缆的技术升级改造，以及研发适应我国的海洋深水平台的高品质优秀产品提供坚实的后盾。

4 脐带缆在海洋深水平台的应用前景

脐带缆产品的设计开发在我国取得了阶段性的成果，在某种程度上打破了国外在该领域的垄断。产品技术设计在动态海底电缆、脐带缆等方面取得了实质性的突破，并引起了业界和国内外的广泛关注，国外的一些大型公司如印尼国家石油公司、CACT等多家单位都非常重视我国技术产品的应用并签署了相关的合同。我国是一个海洋大国，海底油气资源丰富，而随着我国油气资源向海洋深水平台的开发，对脐带缆的需求和要求也越来越高。脐带缆在海洋深水平台中的应用十分重要，也是水下生产系统必不可少的重要部件。同时根据国内油气资源在深水平台的开发和利用，脐带缆在我国有着广阔的市场前景。由于国产脐带缆的研发和生产在国内尚处于起步阶段，而我国又是一个脐带缆消费大国，对脐带缆有着强烈的市场需求，而漫长的海岸线又为脐带缆的技术研发提供了坚强的后盾。因此，脐带缆的在我国深水平台的应用有着巨大的市场潜力。

5 结束语

走向深水是目前我公司发展的主要方向之一，而脐带缆是深海油气开发不可或缺的关键设备之一，为满足国内日益增长的巨大市场需求，还需要进一步掌握海洋深水脐带缆系统设计、分析、制造等关键技术的能力。虽然近几年在国家的大力扶持下，脐带缆的技术研发已经取得了阶段性的成果，但是，由于相关技术体系不成熟、管理缺乏经验、应用范围有限等都在某种程度上仍然制约着我国脐带缆产业的可持续发展。这既不能充分满足国内对脐带缆的市场需求，也不利于国家的海洋能源战略安全。因此，必须要高度重视脐带缆的技术攻关和突破，在取得的阶段性的研究成果的基础上，加大研发力度，加强海洋装备产业人才队伍建设，加强管理创新，强化技术交流和市场调研，为脐带缆在海洋深水平台的成功应用打下坚实的基础，加快国内深海油气开采的推进步伐。

［1］郭宏，屈衍，李博，等.国内外脐带缆技术研究现状及在我国的应用展望 ［J］.中国海上油气，2012(1):74-78.

［2］王爱军，杨和振.脐带缆深水安装的参数影响分析［J］.船舶力学，2012(3):67-68.