MS1000聲吶在海底管道泄漏點檢測中的應用

成二輝* 于銀海 薛 方 趙 剛 張 宇

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

海底油氣管道長期受到海水腐蝕、海洋生物破壞、近海養(yǎng)殖和捕撈以及其他機械外力等因素的作用，不可避免會產(chǎn)生局部泄漏。據(jù)統(tǒng)計，海底管道泄漏事件時有發(fā)生，后果也較為嚴重。由于缺乏相應的泄漏檢測技術(shù)，不能及時確認泄漏的具體位置，使修復工作不能在第一時間完成，造成污染越發(fā)嚴重，經(jīng)濟損失進一步增大。

近10多年來，國內(nèi)外學者不斷加大對海底石油管道油氣泄漏檢測技術(shù)的研究，提出了各種檢測方案。目前已經(jīng)有專業(yè)公司研制了各種設備，如手持式或者加載在ROV上等設備，這些設備在許多泄漏檢測應用中取得了很好的效果。

將MS1000聲吶應用在海底管道泄漏點查找中大大提高了泄漏點的定位速度和準確度，為海底管道后期維修爭取了寶貴的時間。

1 海底管道泄漏點檢測技術(shù)原理及適用范圍

海底管道泄漏點檢測方式的可分為兩種：內(nèi)部檢測和外部檢測。

1.1 內(nèi)部檢測技術(shù)

目前，基于內(nèi)檢測技術(shù)的海底管道漏點檢測方法主要包括質(zhì)量平衡或者體積平衡法、改變率方法、壓力點分析法、波動預警系統(tǒng)法、壓力或流量偏差法、聲學輻射系統(tǒng)、基于化學方法的系統(tǒng)、溫度輪廓線、光纖傳感技術(shù)、無線電跟蹤技術(shù)以及漏磁檢測法等。表1所示為內(nèi)檢測技術(shù)原理及適用范圍。

表1 內(nèi)檢測技術(shù)原理及適用范圍

1.2 外部檢測技術(shù)

采用外檢測技術(shù)的海底管道漏點檢測查找方法包括基于光學的檢測方法和基于聲學的檢測方法兩種。表2所示為外檢測技術(shù)原理及適用范圍。

表2 外檢測技術(shù)原理及適用范圍

受到多種因素的影響，海底管道發(fā)生泄漏后操作性較好的檢測手段受到較多限制。由于大部分海底管道處于掩埋狀態(tài)，再加上海水渾濁等不利因素，海底管道的小泄漏點很難被發(fā)現(xiàn)或者精確定位。

2017年12月，渤海某注水管線發(fā)生泄漏，該項目首次使用了MS1000聲吶設備對泄漏點進行了定位，取得了良好的應用效果。

2 MS1000聲吶在海底管道泄漏點查找中的應用

2.1 MS1000聲吶的原理

采用MS1000掃描聲吶檢測是外檢測技術(shù)中的聲學檢測方法，該聲吶是一種主動聲吶[1]。這種技術(shù)通過360°旋轉(zhuǎn)聲吶探頭，得到較清晰的水下圖像，再將多個圖像鑲嵌拼合，形成較大范圍的圖像，還可以測量物體大小、距離和方位。通過這種探摸方式，獲取直觀、清晰的水下圖像，克服水質(zhì)影響及潛水員視角狹窄等不良條件，對目標物體形成數(shù)字化的圖像。

采用支架將探頭布放在水下，通過電纜與水上甲板單元相連接，甲板單元負責供電及通訊；聲吶獲取信號后由電腦中的MS1000軟件進行處理。同時，系統(tǒng)還可以與DGPS相連，在聲吶圖像中增加位置信息。聲吶連接系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 聲吶連接圖

MS1000探頭布放在水下，通過電纜與水下甲板單元連接，甲板單元負責供電及通訊；聲吶獲取信號后由電腦中的軟件進行處理。同時，系統(tǒng)還可以與DGPS相連，在聲吶圖像中增加位置信息。換能器以一定的波束角度發(fā)射聲脈沖，當聲波遇到物體或海底會反射回波，回波信號被聲吶接收后，根據(jù)信號時延和強度形成圖像。然后聲吶探頭以一定的角度步進旋轉(zhuǎn)，再次重復發(fā)射和接收過程。最后旋轉(zhuǎn)360°形成一幅完整的海底圖像。

2.2 應用背景

2017年11月，某油田DN400 mm注水海底管線發(fā)生泄漏，泄漏點位置距離平臺約1.2 km，現(xiàn)場兩艘船舶根據(jù)水面氣泡，對疑似泄漏點位置進行了初步定位，共發(fā)現(xiàn)3處疑似泄漏點。

MS1000設備大大提高了潛水員水下作業(yè)效率。通過電腦成像進行初步識別，后期通過潛水員水下探摸的情況進行校核，基本可以鎖定注水管線的泄漏點范圍。在修復階段，該設備共使用了4次，每次都準確地識別了水下漏點周邊地貌情況，為潛水員水下作業(yè)提供了依據(jù)，大大縮短了潛水員水下探摸的時間。

2.3 應用過程

MS1000設備的投入使用主要可分為以下幾個步驟：調(diào)查船在疑似泄漏點拋錨就位；MS1000設備水上單元布置；通過三角架將聲吶下放至海底；打開聲吶獲取掃描影像；圖像信息分析；完工調(diào)查，設備再次使用。圖3所示為聲吶通過三腳架在海底進行布放，圖4所示為圖像信息分析情況。

圖3 聲吶通過三腳架在海底進行布放

圖4 圖像信息分析

2.4 應用效果

長期以來，海底管道的泄漏探摸調(diào)查一般首先由潛水員繞圈探摸來確認海底管道的具體位置，之后延海底管道路由方向進行排查，尋找泄漏點。由于水下水質(zhì)及潛水員視角影響，導致水下可見度較低，且視線范圍較小，難以將探摸情況形成整體的直觀圖像。

在前期探摸調(diào)查時采用MS1000結(jié)合管線注氣的方式，通過電腦成像定位漏點位置，潛水員入水后可依據(jù)成像指示，僅用8 min就找到了30 m以外的泄漏點，大大提高了潛水員的水下作業(yè)效率。

3 結(jié)論

MS1000聲吶在海底管道泄漏點查找中的應用大大提高了海底管道泄漏點檢測效率，為海底管道損傷評估提供了基礎數(shù)據(jù)，為下一步海底管道維修決策爭取了時間。這種新的探摸調(diào)查方式具有操作方便，操作簡單，作業(yè)效率高，受天氣及周圍施工影響小，并且成圖直觀，準確性高等優(yōu)點，可以在水下結(jié)構(gòu)物檢測中推廣應用。