易偉(中海石油(中國)有限公司海南分公司，海南 ?？?570100)

0 引言

伴隨著海上石油開采行業(yè)的興起，對于淺海油氣開采裝置，如固定導(dǎo)管架平臺、FPSO、自升式鉆井平臺、半潛式鉆井平臺作業(yè)船舶等大型海洋石油設(shè)施也越來越多，但在這些裝置的樁腿或者水下部分結(jié)構(gòu)表面，各隔水套管、護(hù)管、海管立管表面等典型部位因海生物的附著與代謝、積垢對淺海導(dǎo)管架式石油平臺水下結(jié)構(gòu)造成一系列影響[1]。

(1)增加其自身的重力載荷；

(2)增加橫向載荷，受洋流影響加劇導(dǎo)管架橫向受力，并減弱平臺抗風(fēng)暴能力；

(3)對于淺海區(qū)，水深較淺導(dǎo)管架，海生物附著導(dǎo)致海底基礎(chǔ)沖刷加??；

(4)海生物分泌物一般呈酸性，加劇導(dǎo)管架鋼結(jié)構(gòu)腐蝕程度；

(5)隨著海生物附著厚度增加，難以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管架機(jī)械損傷，干擾平臺結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)；

(6)對海水提升泵等泵類吸入口造成堵塞；

(7)影響平臺陰極保護(hù)性能。

根據(jù)淺海平臺海生物清理要求不同，可分為普通清理和特殊清理。對于普通的清理工作，僅需將海生物除去即可，但此類清理范圍較大，幾乎涵蓋整個水下結(jié)構(gòu)表面。但針對淺海地區(qū)水深影響以及潛水技術(shù)與經(jīng)濟(jì)成本考慮，且隨著水深加深附著海生物以軟質(zhì)為主，并逐漸減少，故目前清理水深一般為水面至水下50 m左右。對于復(fù)雜的水下無損檢測，比如五年特檢等需要對平臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，就需要進(jìn)一步通過去除海生物，進(jìn)行打磨去掉表面的油漆附著物，直接對焊縫或者結(jié)構(gòu)本體進(jìn)行檢測。

以北部灣海域兩個井口平臺為例，不到三年時(shí)間井口平臺1海生物附著厚度平均約14 cm，井口平臺2海生物附著厚度平均約20 cm，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件上硬質(zhì)貝類海生物附著較多。查詢井口平臺導(dǎo)管架維護(hù)手冊，依據(jù)原詳細(xì)設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最大海生物厚度為5 cm，而依據(jù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)最大厚度可達(dá)17.0 cm。在平臺服務(wù)期內(nèi)，需要及時(shí)清理海生物，保證最大厚度＜5 cm，該項(xiàng)要求會顯著提高規(guī)范推薦的檢測頻率。在工程檢測中應(yīng)包括海生物厚度的檢測，在初期建議半年檢測一次，掌握海生物生長規(guī)律后，可根據(jù)海生物生長規(guī)律調(diào)整檢測頻率以減少費(fèi)用。

由于海域以及水深差別，此處僅分析海生物需要清理的必要性，不做海生物具體生長速度以及趨勢的估測。其外，依照《在役導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)指南2013》，其中也有關(guān)于海生物厚度測量與清除的要求，海生物厚度不得超過平臺設(shè)計(jì)的允許量或平臺經(jīng)安全評估確定海生物需要清除時(shí)應(yīng)進(jìn)行清除，同時(shí)在檢驗(yàn)犧牲陽極時(shí)也需要清除表面海生物。

目前海生物清理技術(shù)主要有手工清理、MGP機(jī)械摩擦式清理、高壓水清洗和空化射流清洗。文章將對后面三種清理方式進(jìn)行重點(diǎn)講述，并比較其優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)對目前現(xiàn)有海生物的防范措施進(jìn)行論述。

1 MGP(Marine Growth Preventer)機(jī)械摩擦式清理

這是一種安裝在海洋固定導(dǎo)管架式平臺結(jié)構(gòu)件、隔水套管或者海管立管上的環(huán)狀防海生物裝置MGP(Marine Growth Preventer，以下簡稱MGP)在海洋自然力的作用下連續(xù)的撞擊構(gòu)件，并不停沿著構(gòu)件往復(fù)運(yùn)動，有效清除海平面附件飛濺區(qū)海生物，通過機(jī)械作用力摩擦刮除海生物，有效的去除現(xiàn)有的海生物并抑制海生物在飛濺區(qū)導(dǎo)管架上的附著生長。

MGP是由一種耐海水與風(fēng)化老化的工程塑料做成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可以安裝在導(dǎo)管架或者橫向、豎直、斜向的結(jié)構(gòu)桿件上，在潮汐、海浪拍打等自然力推動下，持續(xù)性的做摩擦往復(fù)運(yùn)動對海生物進(jìn)行清理[2]。

在國內(nèi)海上油氣田中，在其導(dǎo)管架上便安裝了該防海生物裝置，也取得了良好應(yīng)用。

現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用圖片以及MGP實(shí)物照片如圖1、圖2所示。

圖1 MGP現(xiàn)場應(yīng)用

圖2 MGP現(xiàn)場實(shí)物組裝

MGP對海生物的機(jī)械清理效果比較直觀，從圖片可以清晰看到靠近海面的飛濺區(qū)刮除效果以及殘留表面比較光潔，而且油漆表面也起到了很好的保護(hù)作用。

雖然如上述現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用情況了解，該機(jī)械裝置能夠有效的刮除海生物和抑制表面附著緩解海生物生長，但MGP的使用壽命始終還是受自然海況、臺風(fēng)等惡劣天氣影響，過程中可能由于臺風(fēng)天氣引起巨浪等較大的作用力產(chǎn)生碰撞導(dǎo)致?lián)p壞，以及自身老化等原因影響使用壽命。

2 高壓水射流清理

通過使用高壓水射流來清洗樁腿及結(jié)構(gòu)件附著海生物是近年來應(yīng)用較為普遍的一種清洗技術(shù)，通過形成高壓的射流形成較強(qiáng)的打擊和剪切引起破碎應(yīng)力，當(dāng)超過垢面或海生物附著力后，達(dá)到清理的目的。

高壓水清洗裝置一般由地面的增加泵、高壓軟管、水下高壓噴槍槍頭組成。該清洗裝置在清洗過程中產(chǎn)生的噴射壓力通常在10 000至20 000 psi之間,但是由于壓力很高不可避免的會對結(jié)構(gòu)表面的防腐涂層產(chǎn)水破壞，一旦達(dá)到20 000 psi以上壓力便可能切割鋼鐵類材料，所以高壓水清洗也不可避免的存在高風(fēng)險(xiǎn)，如果使用不當(dāng)，可能會傷害到作業(yè)人員自身，嚴(yán)重甚至致殘，所以在使用過程中需要極其小心，避免高壓導(dǎo)致的次生危險(xiǎn)。

之所以高壓水射流清理被大量的普遍性應(yīng)用于淺海海上裝置附著的海生物以及成為無損檢測表面清理的主要措施，主要還是因?yàn)槠渚哂泄?jié)能環(huán)保、效率較高的特點(diǎn)。但由于其壓力高，且為潛水作業(yè)，伴隨的危險(xiǎn)性相對較高。故在操作過程中必須具備資質(zhì)以及按照ADCI 商業(yè)潛水與水下作業(yè)國際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[5]并嚴(yán)格遵守高壓水的安全操作規(guī)程。

3 空化射流清理

目前，國際上還有一種正在大量被推廣應(yīng)用的水下清洗清理海生物的技術(shù)被稱作空化射流技術(shù)，它是將壓縮空氣與高壓水融合，通過空化作用加入到射流技術(shù)中形成新型的射流技術(shù)。通過其配套的設(shè)備對壓力、流速等參數(shù)進(jìn)行控制使水流束在經(jīng)過空化噴嘴時(shí)生成大量的空化氣泡，在需要清潔的表面小范圍內(nèi)生成高達(dá)140到170 MPa的微射流沖擊[3]，進(jìn)而清理海生物等附著物，在清洗銹跡和剝落的油漆時(shí)，不損壞底層油漆和清漆防垢防腐涂層。

但空化作用對物體表面造成的空蝕的機(jī)械作用范圍也是有限的，對清理的壁面受到氣泡潰滅時(shí)的高壓射流與沖擊波雙重作用達(dá)到清理作用，但超過一定距離范圍，則壁面的破壞主要則以沖擊為主，達(dá)到的效果也會受到減弱[3]。

在清理過程中，空化效應(yīng)產(chǎn)生不同的頻率振動，通過空化射流傳遞至海生物或者結(jié)構(gòu)件壁面時(shí)，其結(jié)構(gòu)與附著物也隨著不同頻率振動，破壞被清理物的附著力。與傳統(tǒng)的機(jī)械摩擦式清洗、高壓水清洗、手工清洗海生物，空化射流技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)清洗效率高，大范圍清洗時(shí)，每小時(shí)清洗面積可超過1 500 m2。

(2)清洗的形狀全，包括船用螺旋槳、舵、海底門、平臺水下結(jié)構(gòu)部分；

(3)清洗工序安全環(huán)保，清洗射流壓力小，對使用者造成危險(xiǎn)較??；

(4)小壓力的清洗射流能除掉污垢，且保證處理表面的清漆和油漆防污防腐涂層；

(5)在運(yùn)行清潔過程的時(shí)候無需更換工具和消耗材料，節(jié)省物料與時(shí)間；

(6)容易操作，不需要特殊操作技術(shù)上的培訓(xùn)。

結(jié)合上述的MGP機(jī)械摩擦式清理、高壓水射流清洗、空化射流清洗三種方法，可以得知：

(1)MGP機(jī)械摩擦式，其優(yōu)勢在于可以利用潮汐海浪天然能量、且選擇型號多、安裝方便、能有效抑制尤其隔水套管海生物生長，但也受較大風(fēng)浪如臺風(fēng)影響損壞導(dǎo)致成本增加，復(fù)雜結(jié)構(gòu)難以清理，以及水下部分難以覆蓋等缺點(diǎn)限制。

(2)高壓水射流，節(jié)能環(huán)保、清理效率高且可靠的優(yōu)勢，但要求操作人員技術(shù)嫻熟，避免過程造成人員受到高壓傷害，且可能破壞原有的結(jié)構(gòu)油漆等保護(hù)性涂層；

(3)空化射流，同樣具有節(jié)能環(huán)保、清理效率高的優(yōu)點(diǎn)，且不會破壞或者較輕度的破壞油漆等保護(hù)涂層，此外對操作人員的技術(shù)要求相對更低，不會對操作人員產(chǎn)生因?yàn)楦邏簬淼奈ｋU(xiǎn)，但缺點(diǎn)就是清理的殘余程度可能較高壓射流清理后的高。

4 結(jié)語

近年來，對淺海海上石油平臺進(jìn)行海生物清理已經(jīng)成為一項(xiàng)較為重要且常見的作業(yè)，較為常見的還是以高壓水清洗為主導(dǎo)，而空化射流近十年在國外得到了大量的普及應(yīng)用，但在目前國內(nèi)的海上裝置海生物清理中比較少見。隨著海洋石油設(shè)施由于對設(shè)施檢驗(yàn)、載荷影響、設(shè)計(jì)海生物附著厚度限制多方面的因素考慮，高壓水射流清洗技術(shù)也在海上石油設(shè)施得到了廣泛的應(yīng)用于普及。而空化射流技術(shù)雖然目前在國內(nèi)尚屬于興起應(yīng)用階段，但鑒于其更能保障作業(yè)人員的人身安全、有效保護(hù)設(shè)施表面的防腐層的突出特點(diǎn)，在海洋石油設(shè)施清理行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

近期在北部灣海域某兩個井口平臺就采用了該種空化射流技術(shù)進(jìn)行了海生物的清理，歷經(jīng)1個月的施工，兩個井口平臺的作業(yè)清理面積達(dá)到4 800 m2，有效減輕了平臺所受波流載荷的影響，本次海生物清理作業(yè)引入的空化射流方式為今后類似作業(yè)提供了良好借鑒。