周洪軍，丁 輝，蘭曉冬，李 震

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司 天津 300452)

海洋井口采油樹是海洋石油天然氣開采過(guò)程中的核心設(shè)備之一，是用于油氣井的流體控制，為油氣井產(chǎn)出流體及洗井液等提供出入口的采油裝置。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中海油渤海油田井口采油樹已突破2,100套，其中投入使用20年以上(含20年)的采油樹占 7%,，10～20年(含 10年)的采油樹占 50%,，5～10年(含 5年)的采油樹占 35%,。隨著海洋井口采油樹投入使用年限的不斷增長(zhǎng)，同時(shí)長(zhǎng)期處于惡劣的海洋環(huán)境和復(fù)雜的工況條件下，井口采油樹不可避免會(huì)出現(xiàn)本體的銹蝕、腐蝕、沖蝕等缺陷及其引起的局部應(yīng)力集中和泄漏等現(xiàn)象。一旦海洋井口采油樹失效而引發(fā)事故，將釀成海上平臺(tái)的重大災(zāi)難，造成巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

目前，海洋井口采油樹運(yùn)維技術(shù)仍處于返場(chǎng)拆檢、換件維修、靜態(tài)無(wú)損檢測(cè)、功能試驗(yàn)及靜水壓強(qiáng)度試驗(yàn)等階段，無(wú)法從本質(zhì)安全角度進(jìn)行全面檢測(cè)和評(píng)估。國(guó)內(nèi)外在海洋井口采油樹拆解、檢修方面僅能依據(jù)API Spec 6A-2010(井口裝置和采油樹設(shè)備規(guī)范)和GB/T 22513—2008(井口裝置和采油樹規(guī)范)等產(chǎn)品制造規(guī)范，而對(duì)于井口采油樹的檢測(cè)及評(píng)估方面尚未有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范可以參考。本文從海洋井口采油樹檢測(cè)分析、檢測(cè)試驗(yàn)研究及評(píng)估方法研究等幾個(gè)方面進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。

1 檢測(cè)現(xiàn)狀分析

海洋井口采油樹裝置作為油氣開采的主要承壓設(shè)備之一，在返場(chǎng)拆檢維修過(guò)程中，一般依據(jù) JB/T 4730—2005(承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè))和相關(guān)產(chǎn)品制造規(guī)范，僅對(duì)相關(guān)部位或零部件進(jìn)行靜態(tài)無(wú)損檢測(cè)，并采用超聲波測(cè)厚檢測(cè)設(shè)備對(duì)井口采油樹裝置本體關(guān)鍵部位進(jìn)行厚度檢測(cè)。

由于海洋井口采油樹屬于高壓、厚壁裝置，裝置本體或零部件的內(nèi)部裂紋、應(yīng)力集中危險(xiǎn)區(qū)及腐蝕等缺陷在常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)手段(磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、超聲檢測(cè))下不容易被發(fā)現(xiàn)，而且常規(guī)的檢測(cè)手段也無(wú)法在裝置承壓狀態(tài)下進(jìn)行相關(guān)部位的檢測(cè)或評(píng)價(jià)，因而無(wú)法檢測(cè)出裝置在線使用狀態(tài)下存在的缺陷或缺陷隱患。因此，常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)方法在海洋井口采油樹裝置的評(píng)估中僅具有一定的輔助作用。

2 檢測(cè)方法研究

為了保證海洋井口采油樹裝置評(píng)估的科學(xué)性、可靠性，為海洋井口采油樹裝置評(píng)估理論分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，根據(jù)海洋井口采油樹裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用工況及評(píng)估要求，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)手段和技術(shù)的綜合性分析，將先進(jìn)的檢測(cè)方法科學(xué)、合理地移植到海洋井口采油樹裝置評(píng)估中。

2.1 聲發(fā)射檢測(cè)方法研究

從海洋井口采油樹裝置的本質(zhì)安全角度分析，為了準(zhǔn)確檢測(cè)和評(píng)估裝置在承壓狀態(tài)下，本體內(nèi)部裂紋缺陷的產(chǎn)生和擴(kuò)展情況，在海洋井口采油樹本體裂紋檢測(cè)上引入聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)。海洋井口采油樹裝置聲發(fā)射檢測(cè)如圖1所示。

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)是將高靈敏度的聲發(fā)射傳感器置于材料或零部件表面，接收材料或零部件在受力作用時(shí)產(chǎn)生的變形、斷裂或內(nèi)部應(yīng)力超過(guò)屈服極限而以瞬態(tài)彈性波形式釋放的應(yīng)變能，實(shí)時(shí)接收和采集來(lái)自于材料或零部件缺陷的聲發(fā)射信號(hào)，通過(guò)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的識(shí)別、判斷和分析推斷出材料或零部件內(nèi)部缺陷位置、狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)。[1]

圖1 海洋井口采油樹裝置聲發(fā)射檢測(cè)Fig.1 Acoustic emission testing on offshore wellhead Christmas tree equipment

2.2 超聲相控陣檢測(cè)方法

目前在承壓裝置或承壓管線的本體壁厚檢測(cè)中，仍采用超聲波測(cè)厚儀定點(diǎn)檢測(cè)，既無(wú)法精準(zhǔn)、可靠地檢測(cè)出裝置本體最大腐蝕點(diǎn)或壁厚情況，也無(wú)法全面、直觀地檢測(cè)出裝置本體的腐蝕、銹蝕部位。[2]

為了準(zhǔn)確檢測(cè)出裝置本體的最大腐蝕部位和最大腐蝕坑情況，保證海洋井口采油樹裝置壁厚評(píng)估的可靠性，在海洋井口采油樹本體壁厚腐蝕、銹蝕檢測(cè)上引入超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)。海洋井口采油樹裝置超聲相控陣檢測(cè)如圖2所示。超聲相控陣檢測(cè)原理是超聲波以特定的聲速和預(yù)知的方向在介質(zhì)中傳播，當(dāng)遭遇到不同介質(zhì)的邊界時(shí)，產(chǎn)生反射或透射，從而將檢測(cè)成像結(jié)果直觀地顯示出來(lái)。

圖2 超聲相控陣檢測(cè)Fig.2 Ultrasonic phased array testing

2.3 磁記憶檢測(cè)方法

海洋井口采油樹裝置由于受內(nèi)部腐蝕、流體沖蝕等因素影響造成本體缺陷，產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)。應(yīng)力集中區(qū)易產(chǎn)生裂紋、疲勞損傷等缺陷，對(duì)本體的安全危害極大，因此在檢測(cè)評(píng)估中需檢測(cè)出由于外部因素產(chǎn)生的應(yīng)力集中區(qū)和其危險(xiǎn)程度，因而引入金屬磁記憶檢測(cè)。海洋井口采油樹裝置金屬磁記憶檢測(cè)如圖3所示。

金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)是一種利用金屬磁記憶效應(yīng)檢測(cè)部件應(yīng)力集中部位的快速無(wú)損檢測(cè)方法，能夠?qū)﹁F磁性金屬微觀缺陷、早期失效和損傷等進(jìn)行診斷，防止突發(fā)性疲勞損傷。[3]

2.4 檢測(cè)方法的試驗(yàn)研究

2014年4月，通過(guò)對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)、超聲相控陣檢測(cè)及磁記憶檢測(cè)等技術(shù)的研究，同時(shí)采用常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)(磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、超聲檢測(cè))、材質(zhì)分析儀等作為輔助檢測(cè)手段，成功對(duì)中海油渤海石油管理局綏中某平臺(tái)的A23井海洋井口采油樹裝置進(jìn)行了全面的檢測(cè)。

圖3 海洋井口采油樹裝置金屬磁記憶檢測(cè)Fig.3 Metal magnetic memory testing on offshore wellhead Christmas tree equipment

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究

為了確保在役海洋井口采油樹裝置安全可靠，保障海洋油氣開采的正常進(jìn)行，計(jì)劃從安全評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)及風(fēng)險(xiǎn)管控等方面進(jìn)行海洋井口采油樹裝置的風(fēng)險(xiǎn)研究，并通過(guò)建立模擬分析、力學(xué)分析及軟件數(shù)據(jù)處理等手段開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的研究。目前，國(guó)內(nèi)外在海洋井口采油樹裝置的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面尚未有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，也未有相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估經(jīng)驗(yàn)可循。通過(guò)科學(xué)實(shí)踐和合理移植，現(xiàn)已掌握了一些先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，并經(jīng)過(guò)多年海洋井口采油樹裝置的運(yùn)維實(shí)踐，為其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的研究提供了技術(shù)積累。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究

為了研究、探索適用于海洋井口采油樹裝置安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)模式、辨識(shí)方法、辨識(shí)要素等，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程系統(tǒng)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題進(jìn)行探索，從海洋井口采油樹裝置運(yùn)維資料收集、檢測(cè)數(shù)據(jù)分析、安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控等幾方面建立其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程設(shè)計(jì)

海洋井口采油樹裝置的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要是通過(guò)數(shù)據(jù)收集分析，依據(jù)建立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件，實(shí)現(xiàn)評(píng)估報(bào)告的智能輸出。其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程如圖4所示。

圖4 海洋井口采油樹裝置風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程圖Fig.4 Flowchart of risk assessment on offshore wellhead Christmas tree equipment

4 結(jié) 論

通過(guò)合理的移植與實(shí)踐，成功將幾種先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)引入到海洋井口采油樹裝置的檢測(cè)中，為開展該裝置的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)海洋井口采油樹裝置風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法進(jìn)行研究，確定了其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)體系建立的必要性，探討研究了其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程。海洋井口采油樹裝置檢測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的研究工作尚處于探索和完善階段，但檢測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的意義重大，仍需廣大技術(shù)同行共同努力?！?/p>

［1］唐棖浩，鄧勇剛，劉念念.聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在井控裝置安全測(cè)評(píng)中的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2008(2)：135-136.

［2］單寶華，喻言，歐進(jìn)萍.超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[J].無(wú)損檢測(cè)，2004(5)：235-238.

［3］任吉林，林俊明，任文堅(jiān)，等.金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].無(wú)損檢測(cè)，2012(4)：3-11.