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(jī)械外力等因素的作用，不可避免會(huì)產(chǎn)生局部泄漏。據(jù)統(tǒng)計(jì)，海底管道泄漏事件時(shí)有發(fā)生，后果也較為嚴(yán)重。由于缺乏相應(yīng)的泄漏檢測(cè)技術(shù)，不能及時(shí)確認(rèn)泄漏的具體位置，使修復(fù)工作不能在第一時(shí)間完成，造成污染越發(fā)嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)一步增大。

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

將MS1000聲吶應(yīng)用在海底管道泄漏點(diǎn)查找中大大提高了泄漏點(diǎn)的定位速度和準(zhǔn)確度，為海底管道后期維修爭取了寶貴的時(shí)間。

1 海底管道泄漏點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)原理及適用范圍

海底管道泄漏點(diǎn)檢測(cè)方式的可分為兩種：內(nèi)部檢測(cè)和外部檢測(cè)。

1.1 內(nèi)部檢測(cè)技術(shù)

目前，基于內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的海底管道漏點(diǎn)檢測(cè)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(diǎn)分析法、波動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)法、壓力或流量偏差法、聲學(xué)輻射系統(tǒng)、基于化學(xué)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(cè)法等。表1所示為內(nèi)檢測(cè)技術(shù)原理及適用范圍。

表1 內(nèi)檢測(cè)技術(shù)原理及適用范圍

1.2 外部檢測(cè)技術(shù)

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

表2 外檢測(cè)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(cè)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(diǎn)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(xiàng)目首次使用了MS1000聲吶設(shè)備對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行了定位，取得了良好的應(yīng)用效果。

2 MS1000聲吶在海底管道泄漏點(diǎn)查找中的應(yīng)用

2.1 MS1000聲吶的原理

采用MS1000掃描聲吶檢測(cè)是外檢測(cè)技術(shù)中的聲學(xué)檢測(cè)方法，該聲吶是一種主動(dòng)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(gè)圖像鑲嵌拼合，形成較大范圍的圖像，還可以測(cè)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(duì)目標(biāo)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(fù)責(zé)供電及通訊；聲吶獲取信號(hào)后由電腦中的MS1000軟件進(jìn)行處理。同時(shí)，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(fù)責(zé)供電及通訊；聲吶獲取信號(hào)后由電腦中的軟件進(jìn)行處理。同時(shí)，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(dāng)聲波遇到物體或海底會(huì)反射回波，回波信號(hào)被聲吶接收后，根據(jù)信號(hào)時(shí)延和強(qiáng)度形成圖像。然后聲吶探頭以一定的角度步進(jìn)旋轉(zhuǎn)，再次重復(fù)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(yīng)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(diǎn)位置距離平臺(tái)約1.2 km，現(xiàn)場(chǎng)兩艘船舶根據(jù)水面氣泡，對(duì)疑似泄漏點(diǎn)位置進(jìn)行了初步定位，共發(fā)現(xiàn)3處疑似泄漏點(diǎn)。

MS1000設(shè)備大大提高了潛水員水下作業(yè)效率。通過電腦成像進(jìn)行初步識(shí)別，后期通過潛水員水下探摸的情況進(jìn)行校核，基本可以鎖定注水管線的泄漏點(diǎn)范圍。在修復(fù)階段，該設(shè)備共使用了4次，每次都準(zhǔn)確地識(shí)別了水下漏點(diǎn)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(shí)間。

2.3 應(yīng)用過程

MS1000設(shè)備的投入使用主要可分為以下幾個(gè)步驟：調(diào)查船在疑似泄漏點(diǎn)拋錨就位；MS1000設(shè)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(shè)備再次使用。圖3所示為聲吶通過三腳架在海底進(jìn)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(jìn)行布放

圖4 圖像信息分析

2.4 應(yīng)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(rèn)海底管道的具體位置，之后延海底管道路由方向進(jìn)行排查，尋找泄漏點(diǎn)。由于水下水質(zhì)及潛水員視角影響，導(dǎo)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(shí)采用MS1000結(jié)合管線注氣的方式，通過電腦成像定位漏點(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)查找中的應(yīng)用大大提高了海底管道泄漏點(diǎn)檢測(cè)效率，為海底管道損傷評(píng)估提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為下一步海底管道維修決策爭取了時(shí)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(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)，可以在水下結(jié)構(gòu)物檢測(cè)中推廣應(yīng)用。