郭建東 任躍龍 徐永杰

（1. 中海石油（中國(guó)）有限公司秦皇島32-6作業(yè)公司，天津 300452；2. 中海油深圳海洋工程技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300452；3. 中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司，天津 300452）

0 引言

某8寸海管2022年漏磁內(nèi)檢測(cè)共檢測(cè)到深度≥10%壁厚的金屬損失點(diǎn)31661處，包含腐蝕缺陷31649處，制造缺陷12處。其中，內(nèi)部金屬損失點(diǎn)最大深度為54%，位于管道2048,61m。結(jié)合海管路由勘察數(shù)據(jù)和內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)，推算出54%的內(nèi)部金屬損失點(diǎn)大概坐標(biāo)位置，利用水下無接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)以推算坐標(biāo)為參考點(diǎn)對(duì)海管進(jìn)行內(nèi)部金屬損失點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，開展海管機(jī)械管卡維修工作。

1 水下無接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)

水下無接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)采用水下機(jī)器人搭載無接觸式掃描力計(jì)進(jìn)行水下作業(yè)。通過定位系統(tǒng)對(duì)海底管道進(jìn)行測(cè)量，對(duì)海底管道內(nèi)外金屬損失、幾何變形劃傷等情況進(jìn)行檢測(cè)定位[1]。

該技術(shù)利用金屬磁記憶效應(yīng)來檢測(cè)管道應(yīng)力集中部位的快速無損檢測(cè)方法。能夠?qū)饘贀p失、凹陷變形等進(jìn)行診斷，是無損檢測(cè)領(lǐng)域的一種新的檢測(cè)手段。圖1為水下無接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)原理圖。

圖1 水下無接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)原理圖

2 水下無接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)

（1）對(duì)管道能夠?qū)崿F(xiàn)全部檢測(cè)；

（2）不影響管道正常輸送介質(zhì)；

（3）對(duì)管道直徑?jīng)]有要求，不需要關(guān)注介質(zhì)流速；

（4）不需要清管球收、發(fā)裝置；

（5）不需要對(duì)管道內(nèi)外表面進(jìn)行處理。

3 水下無接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)施工方法

海管外檢測(cè)，確定海管走向、裸露、懸空等情況，并對(duì)其進(jìn)行匯總，為磁力檢測(cè)檢測(cè)提供準(zhǔn)確的海管數(shù)據(jù)，圖2為水下機(jī)器人檢測(cè)模擬圖。

圖2 水下機(jī)器人檢測(cè)

磁力檢測(cè)作業(yè)時(shí)，水下機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)間要與磁力計(jì)時(shí)間保持一致。

（1）采用水下機(jī)器人搭載無接觸式掃描磁力計(jì)進(jìn)行水下作業(yè)。檢測(cè)時(shí)對(duì)搭載和通訊系統(tǒng)要求：

1）采用的水下機(jī)器人能夠搭載MNS系統(tǒng)和水密設(shè)備，且有足夠的動(dòng)力保持姿態(tài)和前進(jìn)速度，圖3為水下機(jī)器人搭載MNS系統(tǒng)；

圖3 水下機(jī)器人搭載MNS系統(tǒng)

2）電子艙存放MNS系統(tǒng)記錄磁力計(jì)探頭掃描的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，在轉(zhuǎn)換成ROV支持傳送的485或者232信號(hào)。通訊方面至少能提供2個(gè)485信號(hào)通道，通過臍帶纜傳輸檢測(cè)數(shù)據(jù)以控制及觀測(cè)數(shù)據(jù)保證其有效性和系統(tǒng)工作正常。圖4為MNS系統(tǒng)通訊系統(tǒng)；

圖4 MNS系統(tǒng)通訊系統(tǒng)

（2）攜帶定位系統(tǒng)對(duì)海底管道進(jìn)行測(cè)量，查明海底管道內(nèi)部金屬損失點(diǎn)具體位置。

4 水下無接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)施工程序

4.1 前期資料收集

需要提供和收集的資料主要包括：

（1）管道走向、管道設(shè)計(jì)報(bào)告；

（2）管道工況基本參數(shù)、管道內(nèi)外檢測(cè)數(shù)據(jù)。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

將內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)與路由勘察數(shù)據(jù)比對(duì)，深度54%內(nèi)部金屬損失點(diǎn)位置大概位于管線1.972km，坐標(biāo)概位為：（442731.3211，4333391.7147）

用適合海水深度的ROV搭載無接觸式磁力計(jì)，以理論推算坐標(biāo)點(diǎn)為中心延海底管道的軸向方向各掃測(cè)500m，來自動(dòng)記錄海底管道磁場(chǎng)參數(shù)，使用USBL水下定位系統(tǒng)對(duì)管道磁異常段進(jìn)行定位[2]，不需任何接觸或磁化或改變管道運(yùn)行狀態(tài)。

5 水下無接觸式磁力檢測(cè)技術(shù)結(jié)果

某8寸海管腐蝕隱患段前后500m，共計(jì)1km，KP1.5-KP2.5段進(jìn)行掃測(cè)未發(fā)現(xiàn)磁異常點(diǎn)，在重點(diǎn)區(qū)域KP1.9-KP2.1共200m段進(jìn)行有效檢測(cè)四次。四次檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 重點(diǎn)區(qū)域四次檢測(cè)對(duì)比表

6 海管機(jī)械管卡修復(fù)

海管該處深度為54%的內(nèi)腐蝕缺陷點(diǎn)經(jīng)過內(nèi)檢測(cè)分析位于海管節(jié)點(diǎn)焊縫附近，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，結(jié)合海管兩端平臺(tái)后續(xù)生產(chǎn)改造需求，最終決定采用機(jī)械管卡進(jìn)行修復(fù)。

6.1 海管保溫失效及防腐評(píng)估

海管內(nèi)腐蝕缺陷點(diǎn)使用機(jī)械管卡修復(fù)，需要破壞海管節(jié)點(diǎn)保溫涂層，會(huì)導(dǎo)致海管保溫層進(jìn)水，局部保溫失效，并可能會(huì)加速海管腐蝕，需要評(píng)估海管局部保溫失效對(duì)整條管線運(yùn)行的影響。

6.1.1 海管保溫失效評(píng)估

設(shè)計(jì)單位根據(jù)海管運(yùn)行環(huán)境條件、輸送介質(zhì)流體特性及運(yùn)行輸量、管道長(zhǎng)度及規(guī)格等基礎(chǔ)參數(shù)，建立管道局部保溫失效穩(wěn)態(tài)水力熱力計(jì)算模型，并結(jié)合管道的典型年配產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)管道正常保溫和局部保溫失效兩種狀態(tài)進(jìn)行水力熱力計(jì)算，如表2和表3所示。發(fā)現(xiàn)因機(jī)械管卡維修造成的局部保溫失效對(duì)管道的水力熱力操作參數(shù)影響并不明顯，不存在因管線局部保溫失效所造成的管道起輸壓力明顯上升和出口溫度明顯下降，即對(duì)管道的安全輸送不會(huì)造成影響。

表2 混輸管道正常保溫的水力熱力計(jì)算結(jié)果

從表2、表3對(duì)比結(jié)果可以看出，使用機(jī)械管卡修復(fù)時(shí)，混輸管道發(fā)生局部保溫失效時(shí)的管道出口溫度較正常保溫時(shí)的出口溫度沒有發(fā)生明顯變化。

6.1.2 海管防腐評(píng)估

對(duì)于保溫層下腐蝕（CUI）的發(fā)生機(jī)理，通常認(rèn)為水分的出現(xiàn)是最根本原因。保溫層與管道基體表面的溫差是CUI速率的決定因素[3]，當(dāng)保溫層損壞時(shí)會(huì)引起水氣侵入而引起保溫層下腐蝕（CUI）。帶有保溫層的管道的使用壽命與CUI有很大的關(guān)系，CUI的隱蔽性、高危害性已經(jīng)給油田的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)帶來了嚴(yán)重的安全問題和經(jīng)濟(jì)問題。

根據(jù)DNVGL-RP-F103，陽(yáng)極布置可以達(dá)到一個(gè)最大的極限，其計(jì)算公式為：

其中L為：

計(jì)算出的長(zhǎng)度為導(dǎo)管架陽(yáng)極能保護(hù)的最大長(zhǎng)度。即當(dāng)海管的長(zhǎng)度低于該L值使，海管可以利用導(dǎo)管架上的陽(yáng)極進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)海管與平臺(tái)之間不設(shè)置絕緣墊片，海管的陰極保護(hù)獲得導(dǎo)管架上的保護(hù)電流。

經(jīng)計(jì)算L=1429m小于海管金屬損失點(diǎn)到導(dǎo)管架陽(yáng)極的距離（1974m）。導(dǎo)管架陽(yáng)極不能對(duì)海管金屬損失點(diǎn)進(jìn)行有效的防腐保護(hù)。根據(jù)評(píng)估情況額外增加陽(yáng)極，在修復(fù)使用的機(jī)械管卡上可以放置陽(yáng)極，也可以在海管上增加犧牲陽(yáng)極，增加陽(yáng)極量大于等于10Kg。確保陽(yáng)極與海管保持電連接，利用陽(yáng)極對(duì)剝離的海管進(jìn)行陰極保護(hù)。

6.2 機(jī)械管卡的適應(yīng)性改造

經(jīng)過海管保溫失效及防腐評(píng)估分析，海管保溫層進(jìn)水會(huì)加速海管的CUI腐蝕。按照機(jī)械管卡原始廠家設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行安裝，將會(huì)破壞管端防水帽，導(dǎo)致海管進(jìn)水，加速海管外腐蝕。

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)經(jīng)過測(cè)量，兩側(cè)防水帽端頭間距960mm，機(jī)械管卡原設(shè)計(jì)長(zhǎng)度884mm，金屬損失點(diǎn)距離焊縫185mm，為了將金屬損失點(diǎn)包覆在機(jī)械管卡內(nèi)腔內(nèi)，需要將機(jī)械管卡偏右側(cè)安裝，將會(huì)破壞海管右側(cè)的防水帽，導(dǎo)致海管進(jìn)水。圖5為海管節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)尺寸圖。

圖5 海管節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)尺寸

機(jī)械管卡頂緊法蘭螺栓更換為長(zhǎng)度140mm。綜合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)過施工現(xiàn)場(chǎng)研判及機(jī)械管卡配件的調(diào)整，海管節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度滿足機(jī)械管卡安裝要求，無需清理海管保溫層及配重層，減少了涂層清理時(shí)間和海管防腐時(shí)間，同時(shí)提高了海上施工的連續(xù)性，提高了功效。圖6為機(jī)械管卡頂緊法蘭螺栓長(zhǎng)度調(diào)整前后對(duì)比圖。圖7為機(jī)械管卡修復(fù)安裝示意圖。

圖6 機(jī)械管卡頂緊法蘭螺栓長(zhǎng)度調(diào)整前后

圖7 機(jī)械管卡修復(fù)安裝示意圖

7 結(jié)語

近年來，隨著海管內(nèi)檢測(cè)規(guī)范開展，對(duì)海管進(jìn)行定期“體檢”，制定作業(yè)者能夠?qū)９軆?nèi)腐蝕進(jìn)行有效干預(yù)，降低海管腐蝕速率，增長(zhǎng)海管運(yùn)行壽命。同時(shí)，針對(duì)腐蝕較為嚴(yán)重，腐蝕速率較快的點(diǎn)狀位置多采用機(jī)械管卡修復(fù)，針對(duì)腐蝕點(diǎn)較為集中的管段多采用局部海管更換的方式進(jìn)行修復(fù)[4]。機(jī)械管卡修復(fù)已成為一種常態(tài)化的修復(fù)方式，本文以實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，使用新型腐蝕點(diǎn)查找工藝，結(jié)合海管防腐需要對(duì)機(jī)械管卡結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使得機(jī)械管卡修復(fù)工藝更精確、更高效。