渤海某油田海底管道完整性管理應(yīng)用實(shí)踐

程 濤 朱夢影 龐洪林 薄 昭 孔令雷

(1.中海石油(中國)有限公司 蓬勃作業(yè)公司，天津 300452；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452；3.中海石油(中國)有限公司天津分公司 工程建設(shè)中心，天津 300452)

海底管道是海上油田生產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)的重要組成部分。與陸地管道相比，海底管道不但投資金額較大，其運(yùn)行的自然環(huán)境也相對惡劣，檢測維護(hù)起來比較困難[1]。完整性管理是一種以預(yù)防為主的管理模式，要求提前對管道面臨的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識別和評價(jià)，然后采取各項(xiàng)應(yīng)對措施有效降低和規(guī)避管道安全風(fēng)險(xiǎn)，最終使管道風(fēng)險(xiǎn)在其全生命周期內(nèi)處于可接受水平。為了保證海底管道運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，渤海某油田建立了一套海底管道完整性管理體系，在此介紹其應(yīng)用實(shí)踐情況。

1 油田海底管道概況

渤海某油田開發(fā)系統(tǒng)主要由7個(gè)井口平臺、1個(gè)立管公用平臺和1個(gè)浮式生產(chǎn)儲油平臺(FPSO)組成，它們之間通過海底管道和復(fù)合電纜相連接。該油田平均水深28 m，共運(yùn)營18條總長度約68 km的海底管道，其中包括油氣混輸管道、注水管道、天然氣管道和柴油管道。除柴油管道外，其余管道均使用了單層保溫配重夾克管[2]。

在當(dāng)前的完整性管理體系下，海底管道平穩(wěn)運(yùn)行12年，管線狀況一直良好。海底管道完整性管理的主要任務(wù)是，識別海底管道在役期間的主要風(fēng)險(xiǎn)并進(jìn)行評估、定級和排序，在確定相關(guān)防范措施的基礎(chǔ)上提出管道運(yùn)行的監(jiān)控方式及檢驗(yàn)要求，進(jìn)而制定海底管道應(yīng)急維修預(yù)案等[3]。在此，從管道的風(fēng)險(xiǎn)評估與控制、狀態(tài)檢測與評價(jià)、應(yīng)急維修與保護(hù)等主要方面介紹該油田的海底管道完整性管理工作。

2 海底管道風(fēng)險(xiǎn)評估與控制

2.1 風(fēng)險(xiǎn)評估

油田海底管道失效類型主要包括腐蝕、第三方破壞、自然災(zāi)害、組織管理不善等[4]。

(1)腐蝕類失效，可根據(jù)失效部位分為由內(nèi)部介質(zhì)、細(xì)菌因素、流體沖蝕及管材抗腐蝕能力差等原因?qū)е碌膬?nèi)腐蝕，以及因防腐層失效、脫落或陰極保護(hù)系統(tǒng)失效等原因?qū)е碌耐飧g。

(2)第三方破壞類失效，主要是指過往船只的拖錨作業(yè)及作業(yè)船重物墜落等對海底管道造成的沖擊和損壞。

(3)自然災(zāi)害類失效，是受強(qiáng)浪、泥沙回淤、急流和地震沖擊等惡劣自然環(huán)境因素影響所致[4]。

(4)管理組織不善類失效，主要是由于人為管理工作失誤或員工技能水平不達(dá)標(biāo)所致。

這4類油田海底管道失效，有可能導(dǎo)致錨掛在管道上及無泄漏的管道屈曲、輕微泄漏、嚴(yán)重泄漏或全通徑破裂等管道風(fēng)險(xiǎn)。對于注水管道，這些失效風(fēng)險(xiǎn)有可能導(dǎo)致其生產(chǎn)過程受到影響或中斷，進(jìn)而造成環(huán)境污染；而對于油氣管道，除此之外還可能導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。

在實(shí)際開發(fā)中，曾委托Scandpower風(fēng)險(xiǎn)管理公司對該油田所屬的18條海底管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和分類，并采取相應(yīng)整改措施，以預(yù)防事故的發(fā)生[5]。對于高風(fēng)險(xiǎn)管道，按其不同的風(fēng)險(xiǎn)等級采取相應(yīng)措施，風(fēng)險(xiǎn)分級情況如表1所示。

表1 油田海底管道風(fēng)險(xiǎn)分級

為了降低應(yīng)急配件的庫存率，需注意1級和 2級風(fēng)險(xiǎn)管線相關(guān)應(yīng)急維修配件的合理使用。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)控制

2.2.1 內(nèi)部腐蝕的控制

內(nèi)部腐蝕機(jī)理復(fù)雜，形式上表現(xiàn)為水、氧、酸、硫或氯等引起的電化學(xué)反應(yīng)，以及微生物(細(xì)菌)引起的腐蝕、侵蝕腐蝕、垢下腐蝕等。注入緩蝕劑和定期進(jìn)行清管作業(yè)[6]，是控制內(nèi)部腐蝕較有效的方法。為了能夠更好地保護(hù)碳鋼材質(zhì)海底管道，技術(shù)人員通過大量研究篩選出了更加高效安全的緩蝕劑。根據(jù)海底管道腐蝕監(jiān)測結(jié)果，每年應(yīng)至少評估1次緩蝕劑的注入劑量和類型。藥劑效果監(jiān)測的重點(diǎn)對象是水處理中的各項(xiàng)指標(biāo)，其目的是控制水中含氧量以及細(xì)菌滋生對管道的腐蝕。

清管作業(yè)是保持管道清潔、防止管道內(nèi)腐蝕的又一項(xiàng)有效控制措施[7]，該油田所有海底管道均具備清管能力。除智能清管檢查外，大部分海底管道都需定期實(shí)施清管作業(yè)。根據(jù)管道狀態(tài)調(diào)整清管頻率，選用清管器類型，如果清管作業(yè)期間收集的雜質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量發(fā)生變化，則需及時(shí)調(diào)整。在實(shí)踐中，一旦為特定管道設(shè)定了清管頻率和清管器類型，則清管作業(yè)就會作為預(yù)防性維修(preventive maintenance，PM)措施而設(shè)置在油田企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)中，以便現(xiàn)場按時(shí)執(zhí)行。對于管道的維護(hù)性通球頻次，應(yīng)視實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。一般情況下，混輸管道的通球頻次為每月1次，當(dāng)出砂量增多時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加頻次；輸氣管道的通球頻次為每年1次，當(dāng)有濕氣或者水合物產(chǎn)生時(shí)應(yīng)增加頻次；注水管線的通球頻次為每季度1次。

2.2.2 外部腐蝕的控制

除柴油管道外，其他海底管道均設(shè)計(jì)有外套層，用以防止金屬與周圍環(huán)境相接觸。外套層是控制外部腐蝕的主要屏障，其由內(nèi)向外分別為熔結(jié)環(huán)氧層、聚氨酯泡沫保溫層、高密度聚乙烯夾克層及混凝土配重層[2]。所有海底管道均填埋于海床中，填埋深度為管道外徑的35%。在日常維護(hù)當(dāng)中，通過無人遙控潛水器等技術(shù)定期勘查管道狀況，以確保外套層系統(tǒng)的完整性。

2.2.3 外部活動(dòng)的控制

控制管道周圍的船舶拋錨、打撈等活動(dòng)，也是確保海底管道免于受損的重要措施之一。該油田采用了基于雷達(dá)及船舶自動(dòng)識別系統(tǒng)(automatic identify system，AIS)的通導(dǎo)預(yù)警系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控海底管道周圍海域的外來船舶航行情況，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)海底管道附近是否有船舶停留，從而避免因船舶拋錨或故意傷害而造成的海底管道失效事故。除此之外，在該油田所有海底管道分布區(qū)域內(nèi)，留守船隨時(shí)待命警戒，以保護(hù)管道不受其他外部活動(dòng)的干擾。

2.2.4 日常操作的規(guī)范化

油田海底管道日常操作的工作內(nèi)容，主要包括管道的啟動(dòng)、關(guān)閉及清理等。操作中，要求嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)范，以防出現(xiàn)超壓、超溫、超量等異常狀況。如，按照操作程序和清管頻次的要求定期實(shí)施清管作業(yè)，以確保緩蝕劑、殺菌劑、阻垢劑等藥劑的正常注入；此外，實(shí)時(shí)獲取腐蝕監(jiān)測的相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，按期完成送樣分析。

3 日常監(jiān)測與管道內(nèi)外檢測

3.1 日常監(jiān)測

日常監(jiān)測的目的是識別和跟蹤海底管道的腐蝕情況，為管道防腐工作提供信息和數(shù)據(jù)支持，特別是為緩蝕劑優(yōu)化方案提供反饋信息。日常監(jiān)測主要包括以下幾方面：

(1)腐蝕探針在線監(jiān)測。通過安裝在立管上且具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集傳輸能力的腐蝕探針，監(jiān)測海管的腐蝕狀況。對監(jiān)測數(shù)據(jù)與海底管道管理系統(tǒng)中錄入的腐蝕掛片數(shù)據(jù)、超聲波測厚數(shù)據(jù)以及管道運(yùn)行參數(shù)、化學(xué)藥劑注入情況等信息進(jìn)行聯(lián)合分析，以明確腐蝕速率變化的原因，并采取相應(yīng)調(diào)整對策。對于腐蝕探針數(shù)據(jù)，可每個(gè)月收集并分析1次。

(2)腐蝕掛片監(jiān)測。在海底管道的兩端安裝碳鋼腐蝕掛片，模擬碳鋼管道的腐蝕[8]。每季度更換1次試樣，收集管道腐蝕和侵蝕的信息。監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄在海底管道管理系統(tǒng)中，可與之前的腐蝕信息進(jìn)行比較，通過腐蝕速率、點(diǎn)蝕速率的變化，驗(yàn)證注入井口平臺的緩蝕劑的有效性。腐蝕掛片監(jiān)測可每季度進(jìn)行1次。

(3)立管超聲波厚度測量。定期對所有海底管道的立管厚度通過超聲波進(jìn)行測量，將測量記錄輸入海底管道管理系統(tǒng)中，用于數(shù)據(jù)跟蹤和趨勢分析。該項(xiàng)目一般與水下完整性檢查同時(shí)進(jìn)行，每2年進(jìn)行1次。

(4)H2S含量監(jiān)測。該油田產(chǎn)出物中的H2S含量較高，因此需每季度對油井和生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行1次H2S監(jiān)測，以便根據(jù)產(chǎn)出液的變化及時(shí)采取相應(yīng)保護(hù)措施。取樣點(diǎn)一般位于每口油井的油管上。

(5)細(xì)菌監(jiān)測。每次完成清管之后，采用絕跡稀釋法監(jiān)測海底管道中的硫酸鹽還原菌(SRB)、腐生菌(TGB)的污染情況。可每周進(jìn)行1次殺菌劑批量處理，抑制細(xì)菌的生長。

(6)管道運(yùn)行狀況監(jiān)測。每日采集海底管道運(yùn)行中的壓力、流量、溫度、介質(zhì)化驗(yàn)等信息，并將其輸入管理系統(tǒng)中，用于輔助海底管道腐蝕分析。

3.2 管道內(nèi)檢測

海底管道內(nèi)檢測也稱為智能清管，其主要目的是探查內(nèi)外部缺陷。此項(xiàng)檢測是在不影響海底管道正常運(yùn)行的情況下，根據(jù)漏磁、超聲波等原理對管道的幾何變形、內(nèi)外壁腐蝕、裂紋、壁厚及焊縫情況實(shí)施在線檢測[3]。內(nèi)檢測技術(shù)，是唯一可以提供100%管道全周長數(shù)據(jù)的檢測技術(shù)。智能清管一般需要使用以下幾種清管球：泡沫球，用于測試海底管道的通過性，防止卡球；機(jī)械測量球，用于粗略測量海底管道內(nèi)徑的變化，防止損壞智能清管器；機(jī)械鋼刷球，用于清理管道內(nèi)壁的附著物，如蠟、垢等；機(jī)械磁鐵球，用于清理管道內(nèi)鐵屑等雜物；智能球，用于檢測海底管道內(nèi)外部缺陷。

該油田的海底管道均具備清管能力，智能清管的頻率可根據(jù)管道運(yùn)行情況而定。海底管道投用時(shí)間滿2年時(shí)，就需要進(jìn)行1次智能清管檢測；之后的智能清管時(shí)間應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有信息進(jìn)行評估，一般每隔4年進(jìn)行1次清管檢測。海底管道完整性管理部門通常需提前一年制定清管作業(yè)計(jì)劃，以預(yù)留出足夠的時(shí)間來確定智能清管的工作范圍和選擇智能清管作業(yè)的供應(yīng)商。每次完成智能清管作業(yè)后，都需要評估所用智能清管檢測技術(shù)及智能清管的頻次，該評估工作的質(zhì)量一般取決于智能檢測結(jié)果、腐蝕監(jiān)測情況、流體性質(zhì)/流量變化、內(nèi)檢測技術(shù)的水平等。

3.3 管道外檢測

該油田海底管道的外檢測是指立管與膨脹節(jié)的外部檢測及直管段的檢測。

立管與膨脹節(jié)易受風(fēng)、浪、海流、機(jī)械沖擊、腐蝕等多種因素的影響，是需要維護(hù)的重要部件。其外部檢測與平臺水下結(jié)構(gòu)檢測同時(shí)進(jìn)行，主要包括以下內(nèi)容：海底管道的附屬結(jié)構(gòu)，如罩子、卡子等零件的狀態(tài)；管線膨脹后的基礎(chǔ)沉降位移情況；立管等裝置的完整性和功能性；飛濺區(qū)的腐蝕或涂層退化情況；立管自身以及涂層及其陽極的機(jī)械損傷情況；海生物的生長情況；腐蝕損壞部位的前后變化情況；陽極電位及陽極塊的尺寸與損耗等情況。立管與膨脹節(jié)的首次外部檢測，必須在海底管道投用后1年內(nèi)進(jìn)行；之后的檢測，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場相關(guān)信息進(jìn)行評估，一般間隔時(shí)間為2年。

直管段的檢測，主要檢查沖刷、懸跨、位移測量等管道狀態(tài)，所用技術(shù)手段包括聲吶旁掃、淺層剖面掃描及無人遙控潛水器檢測等。其主要檢測內(nèi)容包括：埋深及管道的暴露情況；海床沖刷對管道的影響；管道及膨脹節(jié)的膨脹量，即海底管道拱起或者彎曲的情況；管道法蘭等連接部件的完好程度；管道及其附近潛在的危險(xiǎn)物體狀態(tài)；管道壓塊、沙袋等保護(hù)物件的完好情況。

4 海底管道應(yīng)急維修與保護(hù)

由于海底環(huán)境特殊，海底管道的維修具有難度大、周期長、費(fèi)用高等特點(diǎn)[9]。根據(jù)其作業(yè)特點(diǎn)，海底管道應(yīng)急維修工作按照以下主要步驟進(jìn)行。

(1)確定事故類型。根據(jù)海底管道系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合施工船舶、潛水能力、施工設(shè)備、施工工藝等因素，可以將海底管道劃分為立管段和海底管道段。管道失效損壞的原因主要包括內(nèi)外腐蝕、沖刷失穩(wěn)、機(jī)械力損傷、材料缺陷等。

(2)確認(rèn)泄漏點(diǎn)。一旦發(fā)生損壞或泄漏，應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確定位損壞處或泄漏點(diǎn)。首先，動(dòng)用直升機(jī)或船舶對海底管線進(jìn)行全線巡查，探查明顯泄漏處；然后，通過聲吶確定損壞處，或由潛水員確認(rèn)泄漏點(diǎn)。如果出現(xiàn)大的孔縫，則迅速確定泄漏位置，由潛水員調(diào)查具體信息，并標(biāo)記泄漏點(diǎn)位置。如果在巡查過程中無法通過肉眼發(fā)現(xiàn)泄漏位置，則通過以下方法進(jìn)行探查：通過ROV檢查或潛水員下水檢查，應(yīng)用染料法檢查立管與海底管道連接處是否存在泄漏情況；用海水沖洗管道，使管道內(nèi)的油全部排出，然后用氣體吹掃，最后通過ROV或潛水員確認(rèn)泄漏點(diǎn)；在管道中注入染料，使用直升機(jī)或船舶沿整個(gè)路線尋找可疑點(diǎn)；使用側(cè)掃聲吶和掃描剖面儀，檢查是否存在異常現(xiàn)象；使用智能清管器，確認(rèn)泄漏位置。

(3)選擇適用的管道應(yīng)急維修預(yù)案。對于不同的泄漏類型，應(yīng)選擇不同的維修預(yù)案，主要維修預(yù)案如表2所示。

表2 泄漏類型的維修預(yù)案

(4)準(zhǔn)備維修備件。維修備件包含替換管道、旁通管道、彎頭、焊接套袖、焊接三通、旋轉(zhuǎn)法蘭、球形法蘭、機(jī)械式封堵卡具、機(jī)械式三通、機(jī)械連接器等。為了縮短管道發(fā)生故障后的響應(yīng)和維修時(shí)間，需要確保管道緊急維修零件、維修承包商等資源充裕。管徑相同的配件可以通用，因此優(yōu)先為1級和2級風(fēng)險(xiǎn)管線配備了16″、24″、30″等3種規(guī)格的應(yīng)急維修配件。

5 結(jié) 語

在該油田實(shí)施海底管道完整性管理策略，為后續(xù)的海底管道完整性管理工作積累了有價(jià)值的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。海底管道完整性管理的關(guān)鍵在于各項(xiàng)管理措施的嚴(yán)格執(zhí)行，因此應(yīng)該制定合理的檢驗(yàn)、檢測及操作制度，以有效地降低和規(guī)避各類管道的使用風(fēng)險(xiǎn)。此外，在海底管道完整性管理中，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)的變化，及時(shí)跟蹤、檢測、評估各項(xiàng)變化帶來的影響，合理調(diào)整管理策略。海底管道完整性管理所需采集的數(shù)據(jù)量大、信息點(diǎn)多，因此，整個(gè)管理體系還需在實(shí)踐中不斷優(yōu)化和完善。