实用技术 文章编号：１６７１—８９０９（２０１７）０３—０００１—０５ 清洗世界 Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｗｏｒｌｄ 第３３卷第３期 ２０１ ７年３月 海底石油管线检漏与维修 的研究和应用 郭冀江 （中海油能源发展装备技术有限公司，天津３００４５２） 摘要：以泄漏问题为主，针对海底石油管线的检漏与维修问题进行简要的分析。为了使管线 运输正常运行，对海底管线进行分析和控制，通过管线泄漏检测技术，加强管线的质量控制。经 过多方努力，顺利完成全部施工，积累了丰富的海底管道检漏与维修的现场经验，为今后解决此 类施工问题奠定了坚实的基础。 关键词：海底管线；清管；检漏与维修；泄漏 中图分类号：ＴＥ９８５ 文献标识码：Ｂ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｏｉｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｐａｉｒ ＧＵＯ Ｊ￣ｉａｎｇ （ＣＮＯＯＣ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｖｅｌｏ ｐｍｅ ｎｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４５２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｅａｋａｇｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａ ｂｒｉｅｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅａｋ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｏｆ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｏｉｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｐｅｒａｔｅ ｎｏｒｍａｌｌｙ，ｉｔ ｉｓ ｎｅｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｉｎ ｍｏｄｅｍ ｔｉｍｅｓ，ａｎｄ ｔｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｆｔｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｅｆｆｏｒｔｓ，ａｌｌ ｃｏｎ— ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ，ａ ｗｅａｌｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｆｉｅｌｄ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｆ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｗａｓ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｉｓ ｌａｉｄ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ｆｕｔｕｒｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｐｉｇｇｉｎｇ；ｌｅａｋ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｐａｉｒ；ｌｅａｋａｇｅ １ 清管技术简介 １．１清管技术概念 尾端的全程清洗，以达到清理管线内部杂质的目的， 一般不受管道长度限制。 １．２清管技术的目的和重要性 清管技术也称清管器管道清洗，是以输送介质 为动力，推动清管器在管道中行进，实现管道首端到 清理管道主要是为了进行在线检查、防腐和提 高流动效率。由于清洁原因的不同。清洁标准、清洁 收稿日期：２０１６—０９—１０。 作者简介：郭冀江（１９８２一），男，工程师，主要从事海底石油管线检漏与维修的研究。 清洗世界 第３期 目的、清洁级别和清洁方式也会随之变化。清理管 ２．１海底石油管线泄漏原因 道不仅仅是为了增加流量，也是为了降低操作成本 和生产成本，提高收益。因此，清管技术对于管道使 用方来说绝对是重要的和必要的。如果管道未经清 海底石油管线内运输的液体流动状况大致可以 分为稳定状况和不稳定状况两大类。稳定状况指的 是管线内的液体基本状态，不稳定状况指的就是稳 定状况受到威胁和破坏。比如开阀和关阀、启泵和 洁并且没有得到良好养护的话，其结果必然会造成 更大经济损失。反之，管道越清洁，流经系统的气、 液量就越大。通过清除管道内的积存物，增大管道 的直径，还可以使管道内表面变得平滑．从而减少阻 力或减小摩擦因数 管线清洁技术的重要性主要体现在：增加流量， 停泵等所引起的管线内运输的液体受到压力而发生 波动，同时这种波动会沿着管线向其他方向传播，进 而引起整个管线网络的不稳定。在施工过程中的不 稳定流也可能会引起管道超压、噪声和振动等影响， 而这时所引起的后果则会更加严重。 提高生产效率，减少内部腐蚀，安全生产，降低维护 费用，延长管道使用寿命，获得精确的管道腐蚀检查 结果。据行业发布会资料介绍，一家大型输气管道 公司曾花费８０万美元清洁了一段直径为３０ ｉｎ的管 道，清洁后其流动效率从５８％提高到９６％。在接下 来的７个月时间里．这家公司节约了１２０万美元的 突发性的泄漏是管线流动的瞬变现象。当发生 石油泄漏时，会使水压产生由下向上的水击波，而且 在管线系统的泵出口和阀门等处会发生泄漏或反射 等。由于沿程摩阻和管线充装作用，水击波在传播 过程中会不断衰减。管道从发生瞬变过渡到新稳态 的过程就是水击波传播、反射、叠加和衰减的过程。 所以，从理论上深入研究不同情况下水击波的传播 过程及给管线压力、流量所带来的变化。有助于理解 负压波的规律，对于泄漏的判别也有指导意义＿２］。 ２．２绥中３６—１油田海管预调试项目背景 ＳＺ３６一Ｉ／ＬＤ５—２油田坐落在渤海辽东湾南部， 在绥中县东部５０ ｋｍ，ＬＤ４—２ＷＨＰ平台东北部 ８ ｋｍ，ＬＤ１０—１ＷＨＰ平台２０ ｋｍ，ＪＺ２５—１Ｓ油气田西 南部３７．３ ｋｍ，平均水深３０～３２ ｍ。油田计划安装３ 个源头平台和１个中央平台，铺设６条海底管线和２ 条海底电缆Ｉ５ （表１；图１）。 压缩机燃料费。还有个例子，有项工程总成本为 ６４万美元，在清管器发送筒和接收筒上的花费为 １０万美元，在管道清洁的具体操作方面用了５４万美 元．总重量达１．５６３ ６４ Ｘ １０ ｋｇ的残渣分１２次被清 走，管道效率从７１％提高到８０％。之后的８个月．节 约压缩机燃料费达３．７７万美元。管线清洁技术的重 要性由此可见ｌ】］ ２ 海底石油管线的泄漏 海底石油管线泄漏要具体分析其原因。 表１ 新建海底管线技术参数 第３３卷 郭冀汀．海底石油管线检漏与维修的研究和 川 ・３・ 图１ 新建６条海底管线示意图 ２．３绥中３６—１油田海管预调试项目１２ｉｎ注水海 此根海管进行试压作业。此根海管实验压力为 ｌ６．７ ＭＰａ，升压过程发现，升压速度非常慢，到达指 定试压值的时间比原先其他管线的时间都要长，并 底管线泄漏 在绥中３６一ｌ油田海管预调试项目施１二过程当 中，碰到了前所未有的技术难题。新铺设的ＳＺ３６一 且一保压，压力下降非常迅速。根据试压情况判断， 此根海底管线有泄漏的地方，而且泄漏情况比较 严重 ｌ ＣＥＰＫ至ＳＺ３６一ｌ Ｌ平台１２ ｉｎ注水管线，全长 ２ ｋｍ，海底管线是单层管，外径１２ ｉｎ，壁厚ｌ２．７ ｍｍ。 在对此根海管进行清管作业时，ｌ叶Ｊ现卡球现象．清管 器未能通过海管。根据清管时间和流量计统计．预 计‘卡球位置在ＳＺ３６一ｌＬ平台附近．此后使用反推 法，把卡在海管内的清管器反推出来（冈２）。 ３ 海底石油管线泄漏检测和定位技术 目前。常用的海底石油管线泄漏的检测技术主 要有３种 ３．１基于模型的检测方法 陔检测方法的建立是为了使泄漏检测和定位的 准确性得以提高．建立准确、实时的管道模型，使模 型在对管线的压力和流量进行详细的计算的基础 上，对管线的压力和流量与实际检测值相互比较，从 而对泄漏的故障进行检测 这也就是模型检测方法 的基本思想，应用的方法是状态估计和Ｋａｌｍａｎ滤波 器等。 ３．２基于知识的检测方法 图２ 反推出来的清管器 这里所讲的知识主要指的是人＿Ｔ神经元网络以及 相应的统计学和模式识别。由于人＿Ｔ神经元网络对于 任何一种模型都能够进行连续非线性函数的模拟能力。 以及从各种模型和样本中学习的能力。因此这种方法在 根据卡球的情况，项目组初步分析是南于管线 变形导致。为了验证此根１２ ｉｎ海底管线是否南于 管线变形造成破裂泄漏，我方在反推｝ｆＪ清管器后，对 清洗世界 第３期 管线故障检测中受到了广泛的重视和应用。 ＳＺ３６～１ＣＥＰＫ至ＳＺ３６—１ Ｌ平台的ｌ２ ｉｎ注水海管 进行试压，发现压力持续下降，判断此根海管有泄 漏。综合前期做的清管作业卡球现象．并整体进行 分析，初步认为卡球地方可能存在着泄漏。我方通 过使用荧光剂，注满整根海管进行加压。与此同时， 潜水员潜到卡球位置附近进行检查。通过多次试验 ３．３基于信号处理的检测方法 在我同的输油管线中，大多没有安装流量计，由 于其成本较高且维护比较难，很多实时模型都无法 进行正常运行。因此，基于信号处理的检测方法以 其无需建立管线数学模型的特点而受到重视。这种 方法基于信号处理，而且大多都只需要压力信号，因 此在我国这种检测方法被大规模使用。基于信号处 理的检测方法具体包括负压波法和压力梯度法。 １）负压波法 负压波法是国际上应用较为广泛的一种用来检 和潜水探摸，克服海上恶劣天气和浮冰的影响，最终 发现了漏点地方在ＳＺ３６一ｎ 平台下膨胀弯和海管 直管连接的法兰处２ ｎｌ外海管直管段上，为下一步 修复海管提供了有力的保障（ ３）。 测管线泄漏和确定漏点位置的方法。当石油运输管 线的某一处发生泄漏时．泄漏处会产生物质的损失 而引起局部液体的密度减小．这时就会产生瞬时压 力差，而这个压力差在上、下压力的双重介质作用 下，就会通过管线和液体介质的流动发生传播。 ２）压力梯度法 压力梯度法是在针对管道压力线性变化的基础 上进行定位和检测的。当管线发生泄漏时，泄漏点 前端的液体流量较大，坡降变陡；泄漏点后端则液体 图３ 海管变形泄漏情况 流量变小，坡降变平。因此，管线沿线的压力梯度就 根据液体流量以及陡度形成折线形，交叉点处则为 泄漏点。管线前端和后端压力梯度在泄漏点的边界 处有着相似的边界条件．因此可以通过此形态对泄 ４ 海底石油管线的维修 海底石油管线的破坏大致可以分为以下３种。 第一类：局部的小型破坏，比如小孔或者小裂缝 造成的泄漏。这类破坏通常都是由于管线局部受到 腐蚀或者焊接不稳造成的。 第二类：局部破坏。这种破坏为大面积地出现 裂纹，是较为常见的破坏类型，比如船锚钩挂造成的 破坏，往往需要在管线外部加保护套或者更换破坏 的局部。 漏点的实际位置进行计算。使用压力梯度法进行定 位和检测．方法简单直观，不仅能够检测出泄漏，还 能找到准确的泄漏地点。然而．也不排除实际中管 线压力梯度存在非线性变化的现象，这时使用压力 梯度法进行检测．则不能保证检测结果的精确性。 同时，大气环境、气温和仪表等因素对检’坝０结果也有 着很大的影响。因此，压力梯度法通常可作为一个 第三类：在大段距离的管线上出现大范围的破 坏。这种破坏造成管线轴强度降低，需要用长管代 替被破坏的部分。 在实际工作中，需要根据破坏的类型采取不同 系统的辅助性手段，结合其他检测方法，共同对管线 的泄漏进行检测和定位 ］。 ３．４绥中３６—１油田海管预调试海管检漏 的维修方法。经常使用的维修方法有：钢维修套修 复技术、法兰连接器修复技术或水下焊接修复技术。 在清管作业遇到卡球情况后，经项目组协商，对 第３３卷 郭冀江．海底石油管线检漏与维修的研究和应用 通常情况下需要在水下进行修复，最好是将管线的 高度提升到工作船上进行修复更加容易。 １）钢维修套修复法。通常情况下，钢维修套都 进行切割，把损坏部分和前部的法兰切割下来，更换 新的海管加法兰，进行焊接，重新进行拍片，然后放 置到海底，把法兰连接好，整段海管修复完毕，可进 做成两个部分，在使用时．用焊接法或者螺栓连接法 将其与管线进行固定。钢维修套法的特点是与管线 的连接紧密而且可靠，能修补长达２０ ｍ的管线以及 大半径的弯头。但是这种方法也存在着一定的弊 端，如果在水下进行作业，则焊接质量无法保证。因 此，在使用该方法时应当将待修的管道吊到维修船 上再进行维修。 ２）法兰连接器修复法。该方法是将受到破坏的 或者存在缺陷的管线部分切掉，在切口的两端分别 安装一个内表面带凹槽的法兰连接器，压接工具从 管端插入，压接工具上的滚轮旋转能能够使管壁形 成塑性状态，并可使管壁嵌入法兰连接器的凹槽内， 形成整体的金属对金属的密封。这种维修方法一般 适用于上述第三类破坏。法兰连接器修复法的特点 在于使用旋转法兰连接器或者球形法兰连接器能够 使法兰连接器与管线轴垂直度的要求大大降低，同 时也降低了维修费用。该方法的弊端在于切除被破 坏或者存在缺陷的管道十分浪费时间和精力。同时 需要的设备也比较多。 ３）水下焊接修复法。这种方法是采用一个水下 作业舱，将其放到需要维修的管线上，通过压缩空气 的方法将作业舱中的水排出，使修复工作在无水的 状态下进行。其操作程序为：将受到破坏需要更换 的管线部分切除，使替换管线与需要替换的管线完 成对口，实现二者的替换和焊接。如果需要替换的 部分太长，应当事先完成替换管一端的焊接．然后再 移到另一端进行焊接。这种方法在修复上述第三类 破坏中较为常见＿３］。 ＳＺ３６—１油田海管预调试项目ＳＺ３６—１ＣＥＰＫ至 ＳＺ３６—１Ｌ平台１２ ｉｎ海管修复是海洋工程公司负责 施工维修，采用的方法是将膨胀弯和海管直管段的 法兰拆卸掉，浮吊把直管段的海管吊起来．在浮吊上 行下一步作业。 ５ 海底管线检测与维修的前景展望 世界油气管道系统的总计价值为２万亿美元， 是种极其贵重的资产。与其他输送方式相比，因管 道输送效率较高而成为当今世界上五大运输行业 之一。自从管道被“造”出来的第一天起，人们就 没有停止思考怎样清洗并使之能更“好”地输送流 体。随着石油管线运输的发展，对海底管线的检测 和维修技术也在逐渐更新和完善．在实际工作中不 断地进行探索和实践，总结出更加适合于海底管线 的检测与维修技术，以促进我国海底运输业的不断 发展ｌ４］ 渤海湾有将近上百个平台，平台和平台之间．平 台和陆地之间。ＦＰＳＯ和各个平台之间的注水、原油、 天然气管线非常之多。并且在中海油大力提倡的渤 海上产３ ０００×１０ ｍ。的大背景下．海底管线是必不 可少的重要组成部分。在ＳＺ３６—１海底管线预调试 中，检测和维修的成功应用，为今后新铺海底管线施 工和老管线维护以及解决类此海底管线的问题．积 累了大量的实践经验，必然在以后海油发展中。得到 越来越广泛的应用。 参考文献 ［１］在线清管技术与清管工艺［Ｊ］．油气储运，２００６，（６）： ３４—３５． ［２］常贵宁．油气集输工艺技术［Ｍ］．北京：中国石化出版 社．２００１． ［３］蔡正敏．管道泄漏监测系统中新技术的研究［Ｄ］．西安： 西安交通大学，２００１． ［４］茹慧灵．国内外油气管道技术现状与发展趋势［Ｒ］．河 北石油职业技术学院．２００６．