海底管道延壽評估現(xiàn)狀及關(guān)鍵要素探討

張東衛(wèi)、李慶、夏日長、孫祥杰、馬坤明

（海洋石油工程股份有限公司天津 300459）

從上個世紀(jì)八十年代開始，伴隨著國內(nèi)海洋石油工業(yè)的開發(fā)進程，海底管道也開始同步建設(shè)。目前部分油田的海底管道已到達(dá)設(shè)計壽命，但是區(qū)域油藏儲量依然可觀，因此有必要對海底管道狀態(tài)進行再評估（即延壽評估），確認(rèn)其是否滿足繼續(xù)服役的要求。

海底管道延壽評估是一項系統(tǒng)性的工作，評估受外界環(huán)境、操作參數(shù)以及管道腐蝕等多方因素的制約和影響。如何使延壽評估考慮的因素更全面、流程更合理，結(jié)論及建議更貼近油田生產(chǎn)實際是一項復(fù)雜的工作。在工程領(lǐng)域如何從評估的角度對在役管線進行科學(xué)評估是難點，特別是對于已存在諸如腐蝕等缺陷的管道仍需長期服役的情況。

近些年，智能內(nèi)檢測技術(shù)開始在國內(nèi)逐漸開展。從一定意義上講，有了管道的智能內(nèi)檢測，才有了管道的完整性管理。但是在現(xiàn)實中，國內(nèi)仍有一定數(shù)量的海底管道由于某些原因不能進行智能內(nèi)檢測，對于這部分管道如何真實地評估管道內(nèi)部腐蝕情況，仍有一定的難度。

1 國際各國對海管延壽的要求

挪威和英國北海地區(qū)的許多海上固定設(shè)施已經(jīng)使用了30年以上。盡管其中一些已經(jīng)退役，或?qū)⒃谖磥硗艘?。但是仍有相?dāng)數(shù)量的設(shè)施仍在服役，作業(yè)者表示計劃在其可預(yù)見的未來繼續(xù)服役。本節(jié)梳理了主要海上油氣生產(chǎn)國對海管延壽的規(guī)定和要求。

1.1 挪威

挪威規(guī)定要求海上作業(yè)公司在計劃繼續(xù)使用超過原設(shè)計壽命的設(shè)備設(shè)施時，必須征得挪威石油安全局(PSA)的同意。PSA作為技術(shù)和操作安全的監(jiān)管機構(gòu)，對設(shè)備設(shè)施延壽采取了積極主動的態(tài)度，重點是標(biāo)準(zhǔn)化、制定指南、改進方法論和建立該方向的專業(yè)知識。由 PSA 委托挪威科技大學(xué)（NTNU）編寫的報告SINTEF A15322[1]，旨在總結(jié)和討論與海上設(shè)施老化相關(guān)的各個方面、設(shè)施完整性風(fēng)險以及如何在壽命延長過程中處理這些問題。該報告包含老化和延壽管理的一般概念，并提到需要進行延壽評估的各種類型系統(tǒng)/設(shè)備的細(xì)節(jié)。

挪威石油和天然氣協(xié)會發(fā)布了指南 122[2]-挪威石油和天然氣壽命延長管理推薦指南。在 2017年的最新修訂版中，該指南描述了作業(yè)者應(yīng)如何執(zhí)行延壽過程。

1.2 英國

英國面臨與挪威類似的挑戰(zhàn)：據(jù) Stacey (2008)稱，其所有平臺中約有 50% 已接近或已超過其原始設(shè)計壽命。

健康與安全執(zhí)行局 (HSE) 監(jiān)管機構(gòu)從2000年開始啟動KP1項目（key Program 1），每四年一個周期，到2013年執(zhí)行至KP4[3]。項目旨在關(guān)注重要設(shè)備設(shè)施的完整性，減少海上油氣泄露事故發(fā)生，應(yīng)對老齡化和延壽挑戰(zhàn)。對于生產(chǎn)管道，該項目確定了需要特別需要關(guān)注的領(lǐng)域，例如需要進一步制定針對管道的延壽政策，以及在無損檢測數(shù)據(jù)和智能通球中驗證腐蝕模型。

英國石油和天然氣公司制定的《英國大陸架海上油氣設(shè)施老齡化及延壽管理指南》主要目標(biāo)是幫助作業(yè)者有效管理資產(chǎn)老化并對超出預(yù)期使用壽命的設(shè)備設(shè)施繼續(xù)使用的決策提供幫助。

1.3 巴西

巴西針對海底系統(tǒng)的法規(guī)是由ANP第41/2015號決議《海底生產(chǎn)系統(tǒng)操作安全管理系統(tǒng)技術(shù)法規(guī)》（最廣為人知的是 SGSS）[4]。該技術(shù)法規(guī)由巴西國家石油、天然氣和生物燃料局 (ANP) 監(jiān)督，由運營安全和環(huán)境監(jiān)督局監(jiān)督執(zhí)行。該條例第25章專門針對延長壽命，包括延長壽命評估的六個必要因素。

巴西目前還沒有像其他國家那樣制定相應(yīng)的規(guī)程。通過基于績效的監(jiān)管，每個作業(yè)者可以在遵循SGSS要求的前提下，建立一套自己的方法。

該法規(guī)規(guī)定，需要在到達(dá)設(shè)計壽命后繼續(xù)運行的海底系統(tǒng)作業(yè)者必須在壽命結(jié)束前至少一年向 ANP 報告。

2 技術(shù)規(guī)范

目前相關(guān)國際機構(gòu)或組織已經(jīng)形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[5,6,7]，如ISO 12747Recommend for pipeline life extension、NORSOK Y-002 Life extension for transportation systems。同時也已經(jīng)形成了一些的缺陷評估規(guī)范，如DNVGL-RP-F101、DNVGLRP-F108、ASME B31G、BS7910、API 579/ASME FFS-1等[8,9,10,11,12]。

2.1 ISO

ISO 12747提供了一種通用的管道壽命延長評估方法，可供行業(yè)內(nèi)作業(yè)者應(yīng)用。

該標(biāo)準(zhǔn)提供了一個較為全面的流程，詳細(xì)說明了評估的所有必要項以及評估流程，從管道的數(shù)據(jù)收集開始，評估管道系統(tǒng)的完整性并且進行未來危害因素識別，最后進行延壽階段管道狀態(tài)評估進而形成評估報告。對于關(guān)鍵的危險因素如腐蝕、疲勞、裂紋等與時間相關(guān)的因素，給出了評估要求及推薦方法。

需要注意的是該標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼質(zhì)金屬管道，不適用于柔性管和臍帶纜等柔性部件。

2.2 NORSOK

NORSOK Y-002 規(guī)定了海底管道系統(tǒng)延壽評估的基本原則，其適用于井口到平臺、井口到浮式設(shè)施、平臺間以及平臺至陸地終端之間的管線。它描述了在延壽過程中的一般方法。與其他標(biāo)準(zhǔn)一樣，它也提到完整性管理系統(tǒng)是最重要的信息來源之一，并將構(gòu)成延壽流程的基礎(chǔ)。

2.3 DNV

DNV-RP-F116 是海底管道系統(tǒng)完整性管理規(guī)范，它不是針對管道延壽但是同樣關(guān)注到這個問題。規(guī)范指出在管道系統(tǒng)再認(rèn)證或延壽的情況下，應(yīng)記錄重新評估過程相關(guān)的所有信息。有關(guān)延長壽命的更多詳細(xì)信息，該規(guī)范推薦參閱NORSOK Y-002 和 ISO 12747。

3 關(guān)鍵要素

總結(jié)上述標(biāo)準(zhǔn)不難發(fā)現(xiàn)，這些標(biāo)準(zhǔn)基本是針對鋼質(zhì)管道，從管道失效機理出發(fā)。因此對于軟管也可以從這個角度考慮。

本文認(rèn)為延壽評估是整個延壽流程的一部分。整個延壽流程包括前期的啟動以及后期的相關(guān)政府的報批審核等流程，而延壽評估只是整個流程的一部分。對于這部分工作關(guān)鍵步驟如下：

1）確定范圍

2）識別風(fēng)險

3）完整性狀態(tài)評估

4）再評估

5）改造/緩解措施及建議

在進行評估過程中需要重點關(guān)注：

1）評估前檢測

2）估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的選擇，宜選用最新環(huán)境數(shù)據(jù)

3）評估應(yīng)重點關(guān)注與時間相關(guān)的退化機理，如腐蝕、懸跨、外防腐等。

4 關(guān)鍵問題探討

如本文開篇所說，海底管道延壽評估是一項系統(tǒng)性的工作?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的完整情況、后期完整性策略的執(zhí)行情況以及新知識、新技術(shù)的使用，都影響到管道是否可以延壽，是否可以達(dá)到預(yù)期的使用目標(biāo)。在上述延壽流程的基礎(chǔ)上，總結(jié)了以下延壽評估應(yīng)額外關(guān)注的一些問題，以及對新方法新技術(shù)應(yīng)用的展望。

1）延壽評估應(yīng)謹(jǐn)慎

管道延壽在安全和風(fēng)險方面面臨挑戰(zhàn)，作業(yè)者應(yīng)在經(jīng)濟和安全中尋找平衡。

不是所有的管道都可以延壽，或者如果目前的管道數(shù)據(jù)不足以支持管道延壽。相比之下，更換管道可能是一個更好的選擇。

這些管道數(shù)據(jù)包括管道設(shè)計數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)、改造數(shù)據(jù)、評估前的檢測數(shù)據(jù)（內(nèi)檢測、外檢測）。如果作業(yè)者提供的數(shù)據(jù)不全，則數(shù)據(jù)可能不足以支撐管道延壽的決定，因為工程師不能夠了解管道當(dāng)前的完整性狀態(tài)。

2）重視延壽報告的完整性管理策略

延壽評估不僅是要給出管道是否可以延壽的結(jié)論，當(dāng)然這是最重要的結(jié)論，更為實際的是給出管道后續(xù)的完整性管理策略。作業(yè)者希望達(dá)到延壽的目標(biāo)，就需要根據(jù)管道現(xiàn)狀以及后續(xù)生產(chǎn)需求調(diào)整完整性管理策略，完整性管理策略應(yīng)作為延壽報告的一部分重要內(nèi)容。

延壽結(jié)論是有條件的，評估過程中的假定和要求，都應(yīng)該成為作業(yè)者后續(xù)關(guān)注和努力的目標(biāo)，這樣才能使管道朝預(yù)期的方向發(fā)展。

因此有學(xué)者指出，管道延壽=完整性管理。

3）最新知識的作用

面臨延壽的管道是基于多年前的設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計的。但是海洋工程是一門活生生的應(yīng)用科學(xué)，因此規(guī)范伴隨著經(jīng)驗會進行更新。

基于管道服役狀態(tài)的最新相關(guān)知識，有助于提高管道的完整性管理策略和延壽評估質(zhì)量。比如隆起屈曲在多年前的設(shè)計中并不被重視，但是根據(jù)最新的經(jīng)驗在延壽中應(yīng)予以考慮。

延壽評估宜采用原始設(shè)計規(guī)范，但應(yīng)識別原始設(shè)計規(guī)范與新規(guī)范之間的差別。特別是原始規(guī)范考慮不足之處在延壽評估中應(yīng)予以考慮。

4）新的技術(shù)和軟件在完整性管理中的作用

隨著作業(yè)者對管道完整性管理及安全的重視，在科技進步的支撐下，近年來一些新的技術(shù)和軟件開始應(yīng)用在管道完整性管理中。這些包括檢測工具、評估軟件和維修緩解工具。

Tr a c e r c o 公司發(fā)明了一種立管檢測方法DiscoveryTM，用于檢查立管并通過收集有關(guān)完整性相關(guān)的實時數(shù)據(jù)（包括管道腐蝕、點蝕和壁厚變?。?，確定立管是否可以延長原始設(shè)計壽命。

Trelleborg Offshore公司考慮增加相關(guān)監(jiān)測設(shè)備、傳感器，監(jiān)測管道膨脹吸收、涂層變化、溫度等參數(shù)。

AIE公司開發(fā)了Veracity Pipeline軟件，通過使作業(yè)者能夠全面評估和清楚地了解影響其管道系統(tǒng)的風(fēng)險來協(xié)助其進行管道風(fēng)險管理，以便在預(yù)算設(shè)置、規(guī)劃和資源部署方面做出明智的決策。

5）關(guān)注管道的失效形式

決定不同類型的管道壽命的因素不同，失效形式也各有差異。動態(tài)軟管或電纜的服役壽命一般取決于疲勞，而輸送腐蝕性介質(zhì)的鋼管壽命一般取決于金屬損失。

作為延壽的重要一步，管道延壽應(yīng)進行風(fēng)險評估，分析可能影響管道壽命的失效形式和破壞類型。關(guān)注與時間相關(guān)的退化因素，以及可能的意外損傷。

可能的失效類型：內(nèi)腐蝕、沖蝕、外腐蝕、疲勞、屈曲、穩(wěn)定性、物理損傷（凹坑/沖擊）、附屬件狀態(tài)（閥門等）。另外關(guān)注外界環(huán)境是否有變化（海洋環(huán)境、地質(zhì)土壤等）。

對世界范圍內(nèi)管道失效歷史原因的回顧和分析表明，腐蝕特別是內(nèi)腐蝕，是報道最多的海底管道失效原因，其次是海上活動(如錨或拖網(wǎng)破壞和船只碰撞)和自然災(zāi)害（如風(fēng)暴和泥石流）。其他典型的威脅包括侵蝕、自由懸跨（造成的疲勞失效）和屈曲。

6）管道延壽中應(yīng)特別重視防腐工程師的作用

在鋼質(zhì)海管的延壽中，防腐工程師的工作非常重要，甚至起決定性的作用。緩蝕劑、管道內(nèi)涂/外涂、陰極保護或者其他技術(shù)手段可以幫助管道延長使用壽命。

5 結(jié)論

海底管道延壽評估工作，既是一個管理問題，又涉及到技術(shù)問題。從管理流程來說，需要作業(yè)公司和專業(yè)技術(shù)公司共同梳理出一套適用于作業(yè)區(qū)的流程、做法。從技術(shù)角度來說，需要進一步加強評估技術(shù)的研究和檢測/維修工具開發(fā)。海管延壽評估應(yīng)以海管的完整性管理為基礎(chǔ)，通過相應(yīng)的技術(shù)手段對海管后期服役的風(fēng)險進行評估，并根據(jù)評估結(jié)果修正海管完整性管理策略，確保管道的安全運行。如果管道當(dāng)前狀態(tài)不滿足延壽需求，或者管道數(shù)據(jù)不支持其繼續(xù)使用，那么延壽評估應(yīng)謹(jǐn)慎，提出對應(yīng)的緩解、干預(yù)甚者更換措施。