在役海底撓性管完整性管理

趙東紅(中海油(天津)管道工程技術有限公司，天津 300450)

0 引言

隨著我國對海洋油氣田的高速開發，越來越多油氣田進入高含水階段，管道腐蝕結垢現象日益嚴重，因撓性管存在耐腐蝕、可大撓度變形、鋪設速度快等優點，國內撓性海底管道自2010年起在淺水環境開始應用，2020年已應用于深水環境[1]，目前在東海某油田采用撓性管更換鋼制管道對沉降區海底管道進行綜合治理[2]。撓性管安全狀況直接關系到開采、運輸、安全運行等生產活動。完整性管理是一套先進的管理模式和方法，中國海洋石油集團有限公司結合各設備設施特點在公司范圍內全面開展完整性管理實踐和技術應用[3]，中海石油氣電集團有限責任公司全面推廣實施陸地管道完整性管理使公司管道管理更加科學化、精細化，有效控制了管道運行風險[4]。因此，對在役海底撓性管進行完整性管理進行研究十分必要，本文重點介紹了海底撓性管適用標準、完整性管理流程及各管理環節主要內容。

1 海底撓性管適用標準

撓性管為管體和端部配件集成，管體是由多層材料復合而成的承壓管道，管結構允許大的變形，根據各層之間能否滑移分為粘結型撓性管和非粘結型撓性管。2006年12月，等同采用國際標準化組織ISO10420:1994的GB/T 20661—2006 《石油和天然氣工業 用于海底和海洋立管的撓性管系統》[5]標準發布并于2007年5月開始實施，該標準為海底和海洋立管應用中撓性管系統的設計、分析、質量保證、貯存、裝卸、運輸和安裝提供了指導，且適用于設計壓力大于1.55 MPa(225 psi)的撓性管；2008年2月，等同采用ISO 13628:2000的GB/T 21445.2—2008 《石油天然氣工業 海底生產系統的設計和操作 第2部分：用于海底和海上的撓性管系統》[6]發布并于2008年8月開始實施，該標準主要對撓性管鋪設前各階段的最低要求和建議做出了規定，該標準適用于在兩端帶有端部配件的撓性管管段組成的非粘合撓性管總成，不適用于粘合結構的撓性管及撓性管的附屬構件；2017年11月，等同采用API 17J:2014的SY/T 7399—2017 《非粘結撓性管規范》[7]發布并于2018年3月開始實施，該標準同樣規定了撓性管鋪設前各階段最低要求，適用于帶端部配件的非粘結撓性管，不適用于粘結撓性管和含非金屬抗拉、抗壓鎧裝絲的撓性管以及用作阻流和壓井管線的撓性管；2018年2月，中國船級社(CCS)《海底管道用金屬撓性管檢驗指南》[8]生效實施，為海底管道用金屬撓性管的檢驗提供依據，該指南適用于鎧裝層為金屬材料的非粘結撓性管，適用于靜態的海底管道用撓性管；GB/T 21412.11—2019《石油天然氣工業 水下生產系統的設計和操作 第11部分：撓性管系統的推薦作法》[9]于2019年3月發布，并于10月開始實施，該標準覆蓋了撓性管全生命周期完整性管理的基本要求，適用于靜態及動態的粘結和非粘結撓性管，不適用于阻流管、壓井管或臍帶纜及控制管道的撓性管。除此之外，鎧裝層為非金屬材料的非粘結撓性管具體要求可參考API RP 17B(2014)[10]中相關要求；粘結撓性管可參考API Spec 17K[11]中相關要求；2007年3月，我國機械行業標準JB/T 7339—2007《撓性管接頭》[12]修訂升級，該標準規定撓性管接頭的型式與尺寸、技術要求、耐壓試驗、檢驗規則、標志、包裝、運輸和貯存。

2 在役海底撓性管完整性管理

GB/T 21412.11—2019標準在完整性管理部分，闡述了非粘結撓性管完整性管理，包括潛在的管道失效機理、缺陷和檢測/狀態監測測量的指南和推薦做法。

參考SY/T 7342—2016 《海底管道系統完整性管理推薦作法》[13]中鋼制海底管道完整性管理流程，結合GB/T 21412.11—2019中對非粘結撓性管典型的完整性管理策略流程和CCS 《海底管道用金屬撓性管檢驗指南》要求，確定在役階段海底撓性管完整性管理流程，即在數據收集與整合基礎上，進行風險評估，辨識每種可能發生的失效模式，再針對性地進行監/檢測，然后進行全面檢查，隨后進行合于使用評價，根據評價結論采取相應的維護與維修等減緩措施，最后進行效能評估，如圖1所示。

圖1 在役海底撓性管完整性管理流程

2.1 數據收集與整合

在役海底撓性管數據收集、整合和分析的內容包括管道靜態數據和運行維護階段動態數據，靜態數據包括但不限于撓性管管體圖紙等屬性數據、地質地貌數據和環境條件數據。動態數據包括輸送介質性質數據、工藝參數、環空工藝參數、藥劑添加數據，腐蝕老化、在位狀態、運行工況等監(檢)測數據、清管數據、打壓數據、陽極電位、陰極保護系統故障記錄、海流和海底撓性管振動、管道修理或改造記錄、事故或失效記錄、各類保護措施使用記錄和評價數據等。

2.2 風險評估

撓性管抗沖擊能力顯著低于鋼制管道，對在役海底撓性管進行風險評估，重點考慮外部干涉/事件偶然荷載，SY/T 7063—2016《 海底管道風險評估推薦做法》[14]中基于管道安裝、立管和模塊等安裝、拋錨作業、吊裝、水下作業、拖網作業和油船、供給船及商船交通七個方面的區域內活動，識別可能造成管道損壞的潛在外部危險及造成的可能后果，通過確定最終評估的事故發生頻率和最終評估的事故產生后果計算風險等級，并列明10項風險降低的方法，適于在役撓性管降低事件發生頻率的方法具體包括限制區域、地區、范圍的吊裝，限制特定區域內的重物吊裝類型，引入安全距離，引入安全區域，引入守護拖輪或錨鏈浮筒等。降低事件產生后果的方法包括增加保護和活動時停止管道生產兩種。在進行風險評估時，一般情況下，撓性管對于拖拽、鉤掛情況分析時與鋼制管道類似，但撓性管能承受更大的側向位移和更小的彎曲半徑。因撓性管在設計中即使只有細微差別，相類似的管道實際抗沖擊能力會有所差異，故針對每條特定的撓性管宜單獨確定其抗沖擊能力。

2.3 監/檢測

GB/T 21412.11—2019標準中不僅給出了靜態應用和動態應用中撓性管道每層潛在的缺陷/失效機理，同時也列明了動態及靜態應用中管道系統部件(如：彎曲限幅器、彎曲限制器、浮力塊、中水浮筒等)潛在的缺陷/失效機理，并指明缺陷的可能原因和后果。基于識別出的失效模式，以及撓性管設計標準和在類似操作條件下的使用經驗，確定檢測/監測方法。該標準中列明了用于在役撓性管監測的現行方法，其中外觀檢測和管內壓力、溫度、流體取樣及環空壓力測試是目前在役狀態監測中最普遍的形式。按照《海底管道用金屬撓性管檢驗指南》要求，需對在役海底撓性管進行外部檢查，對管道內部(包括環空)進行腐蝕與老化監測，并對撓性管安全保護裝置系統進行功能模擬試驗或查看相關記錄。在該指南中詳細明確了外部檢查的內容、內部腐蝕與老化監測要求以及環空監測的方法，其中內部監測要求具體包括對管內流體進行分析，對端部配件前端壁厚進行測量和使用腐蝕掛片、老化掛片或其他可回收探針對撓性管接觸管內腔體與環空材料進行在線或定期檢測，目前撓性管環空狀態檢測已在南海某油氣田現場進行了初步測試[15]。

2.4 全面檢查

按照中國船級社《海底管道用金屬撓性管檢驗指南》要求，對輸送油氣的在役撓性管需制定并實施全面檢查計劃，對需延壽的海底撓性管應進行全面檢查。對照船級社2022年發布的《在役海底管道系統檢驗指南》[16]要求，撓性管全面檢查的方法與鋼制海底管道全面檢查方法基本一致，具體包括內檢測、耐壓(壓力)試驗和直接評價三種，在實施過程中根據實際情況選擇其中一種或任何組合方式均可。對具備內檢測條件的撓性管可對內部骨架層與內壓密封層損傷、變形及鎧裝層的斷裂情況進行檢測，但截至目前筆者未查閱到對撓性管進行內檢測的實際工程應用案例。在《海底管道用金屬撓性管檢驗指南》中，明確對不具備內檢測條件的海底撓性管可采用耐壓(壓力)試驗方法進行內檢測，并給出推薦的試驗壓力；明確對不具備采用內檢測、耐壓試驗等方法的非新建撓性管或富含CO2、H2S等介質且可能成為主要失效原因的撓性管，可接受直接評價的方法進行全面檢查，直接評價的內容至少要包括評價腐蝕與老化速度、判定腐蝕位置、評價腐蝕與老化控制措施、制定腐蝕與老化監控措施以及再次評價計劃。

2.5 合于使用評價

在進行全面檢查后，按照《海底管道用金屬撓性管檢驗指南》要求，應進行合于使用評價。評價內容包括對海底撓性管進行應力計算、對危害結構完整性的缺陷進行剩余強度評估與超標缺陷安全評定、撓性管剩余壽命預測以及因材質發生劣化或輸送介質發生重大變化或添加未經過內壓密封層兼容性評估藥劑的撓性管需開展材料適用性評價，其中剩余壽命預測方法包括腐蝕壽命、裂紋擴展壽命和損傷壽命等。

2.6 風險消減與維修維護

考慮油氣田統一運營管理，海底撓性管與鋼制海底管道在制定風險消減措施方面基本一致，需根據合于使用評價要求，對評估結果為不可接受的缺陷應進行修復或采取降壓運行的措施。在應急支持方面，宜根據風險評估和合于使用評價結論確定重點管控對象，準備應急資源，編制專項應急預案或現場處置方案。

2.7 效能評估

通過定期開展效能評估來確定海底撓性管完整性管理的有效性，評估方法可采用管理審核、指標評價或對標等。管理審核可采用內審核或外部審核的方式，指標評價應考慮包括工作計劃完成率、風險評估率、風險消減率等，也可通過對標查找與行業先進水平之間的差距。

3 結語

海底撓性管目前在國內應用越來越廣泛，考慮撓性管結構的特殊性，在鋼制海底管道完整性管理的基礎上進行撓性管完整性管理研究十分必要，在管理過程中還應重點關注以下幾點：

(1)加強在役撓性管全生命周期數據管理，明確采集要求，不斷提升數據采集質量，為管道風險評估、合于使用評價等準確診斷提供數據支持。

(2)在詳細掌握撓性管性能知識的基礎上，識別撓性管潛在缺陷及失效模式和機理，分析缺陷/失效的可能原因和后果，便于更好地進行風險管理。

(3)在合于使用評價環節，需對撓性管監檢測或全面檢查出的骨架層、內壓密封層、抗壓/抗拉鎧裝層、中間包覆層、外包覆層、端部配件部件可能存在的缺陷采用適當的方法進行評估，同時應注意撓性管自由懸跨、隆起或屈曲、埋設部分裸漏或偏離原路由、過度彎曲或打結等存在的問題，并根據實際情況進行評估評價。

(4)加快建立海底撓性管完整性管理相關標準，并編制完整性審核/評價管理工具，提升海底撓性管完整性管理水平，進而從全生命周期角度降低成本。