海管測漏技術(shù)在海洋平臺的應(yīng)用

高 山 李 俊 張庚新 闞子恒

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司工程建設(shè)中心，天津 300450；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451； 3.中南林業(yè)科技大學(xué)涉外學(xué)院，長沙 410211)

海管測漏技術(shù)在海洋平臺的應(yīng)用

高 山1李 俊2張庚新2闞子恒3

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司工程建設(shè)中心，天津 300450；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451； 3.中南林業(yè)科技大學(xué)涉外學(xué)院，長沙 410211)

總結(jié)管道泄漏監(jiān)測和定位方法的工作原理及其優(yōu)缺點。給出適用于海洋平臺的測漏方法，同時列出測漏系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，并重點分析負(fù)壓波法和音波法方案比選結(jié)果及其在海洋平臺的應(yīng)用案例。

測漏系統(tǒng) 海洋石油傳輸管道 負(fù)壓波法 音波法

海底輸油管道長期受介質(zhì)腐蝕及意外事故等影響容易產(chǎn)生缺陷和損傷，嚴(yán)重時會發(fā)生爆管或油氣泄漏。目前，海底輸油測漏方法較多，因此快速選擇最佳的適用于海洋石油平臺的海管測漏方法值得重點關(guān)注，有效快速地判斷海底外輸管道泄漏并準(zhǔn)確定位泄漏點，能夠保護海洋環(huán)境，提高海洋石油平臺的生產(chǎn)效率[1～5]。在此總結(jié)多種常用管道損傷的監(jiān)測方法，分析各種方法的工作原理、優(yōu)缺點和適用范圍。從而篩選出了幾種適用于海底管道損傷監(jiān)測的方法，并對其可行性進行分析研究，首次形成了一套行業(yè)內(nèi)適合于海底輸

油管道測量的設(shè)計指南，為海洋油氣生產(chǎn)工程的決策提供科學(xué)依據(jù)[6]。

泄漏系統(tǒng)的現(xiàn)有測量手段主要分為直接法與間接法兩大類[7～9]：直接法就是人工巡線觀察和電纜/光纖檢漏法；間接法則采用分段試壓法、質(zhì)量/流量平衡法、聲學(xué)方法(應(yīng)力波法、負(fù)壓力波法、水聲換能器法)、音波法、流量或壓力突變法、實時模型法、放射物檢查法及管壁參數(shù)變化監(jiān)測法等。各方法的特點和應(yīng)用場合各不相同，現(xiàn)將適用于海洋工況的方法列于表1[10～13]。

表1 適用于海洋工況的管道測漏系統(tǒng)原理和方案比較

(續(xù)表1)

海洋石油平臺綜合比選后，適用的方法主要有：電纜/光纖檢漏法、負(fù)壓波法、音波法、質(zhì)量/流量平衡法。

海洋石油平臺新建或改造項目，當(dāng)考慮新增光纖的條件下，可考慮電纜/光纖檢漏法；若只做粗略泄漏監(jiān)測可采用質(zhì)量/流量平衡法；如要進行精準(zhǔn)測量，可采用3D圖像負(fù)壓波法或音波法。

海管泄漏系統(tǒng)監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)包括：靈敏度，當(dāng)海底管道發(fā)生泄漏時能否及時做出響應(yīng)；精確度，當(dāng)海底管道發(fā)生泄漏時能否準(zhǔn)確找到泄漏源；可用性，是否會因為系統(tǒng)自身原因出現(xiàn)誤報警，誤報頻率是多少；存儲性，通信信號中斷后測漏系統(tǒng)能否保存所采集數(shù)據(jù)。

2 應(yīng)用實例

A平臺與已建B平臺距離13km；A平臺原油計量后通過海管送往B平臺，并配置管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)；靈敏度為泄漏發(fā)生后3min內(nèi)獲取泄漏信息；精確度為反饋泄漏點位置在400m誤差；可用性為每年誤報率不能超過5次；存儲性為信號中斷后能夠保存測量信息最少5h。

由海洋平臺管道測漏方法的分析可知，應(yīng)用于平臺的主要方法為電纜/光纖檢漏法、質(zhì)量/流量平衡法、負(fù)壓波法和音波法。根據(jù)現(xiàn)有工況描述可知電纜/光纖檢漏法不適用于已建平臺，根據(jù)對精度定位的要求可排除質(zhì)量/流量平衡法，因此可采用的主要方法有負(fù)壓波法(3D圖像)和音波法。

2.1負(fù)壓波法

英國ATMOS公司的測漏配置方式如圖1所示，兩個平臺首末各安裝一臺壓力變送器、GPS時間同步軟件包和數(shù)據(jù)采集處理器；同時，兩個平臺首末各配置一臺操作站和泄漏信號處理軟件包。

圖1 英國ATMOS公司的測漏配置方式

泄漏信號的接入方式為：監(jiān)測元件(壓力變送器)→數(shù)據(jù)采集處理器→泄漏信號處理軟件操作站。

2.2音波法

美國ASI公司的測漏配置方式如圖2所示，兩個平臺首末各安裝兩臺音波變送器，GPS時間同步軟件包、數(shù)據(jù)采集處理器、操作站和泄漏信號處理軟件包。

圖2 美國ASI公司的測漏配置方式

泄漏信號的接入方式為：監(jiān)測元件(音波變送器)→數(shù)據(jù)采集處理器→泄漏信號處理軟件的操作站。

3D圖像負(fù)壓波法管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)所測得的現(xiàn)場數(shù)據(jù)在現(xiàn)場預(yù)處理并保存后傳至中控PC處理；先進的數(shù)字處理技術(shù)對所有現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行分析，并通過3種復(fù)雜算法進行泄漏判斷；3D泄漏空間圖由現(xiàn)場數(shù)據(jù)生成并用于排除誤報警。而音波泄漏監(jiān)測系統(tǒng)則是依據(jù)歷史泄漏特性進行泄漏判斷，如果管線中發(fā)生的泄漏并不典型有可能產(chǎn)生誤報警甚至錯過真正的報警。兩者主要參數(shù)的比較分析見表2。

表2 兩種泄漏監(jiān)測方法的主要性能參數(shù)的比較

根據(jù)上述工況需求以及對測漏方法的分析比選，綜合選取英國ATMOS公司已在使用的3D圖像技術(shù)測漏配置方式在我國海洋某項目中進行實際應(yīng)用，高效滿足了實際需求。

3 結(jié)束語

筆者列出了海底管道測漏系統(tǒng)在不同設(shè)計階段、不同設(shè)計工況和不同設(shè)計需求下的方案推薦與應(yīng)用可行性分析，通過案例分析明確了不同項目工況和需求下，應(yīng)采取的海底管線泄漏監(jiān)測方法，快速有效地判斷海底外輸管道的泄漏并準(zhǔn)確定位泄漏點，實現(xiàn)了海洋環(huán)境的保護并減少了因泄漏導(dǎo)致的經(jīng)濟損失，該技術(shù)方案具有積極的推廣應(yīng)用價值。

[1] 周詩崠,吳志敏,趙玲.輸油管道泄漏檢測實驗研究[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報,2004,24(4):39～42.

[2] 胡躍華，蔣誠航，閆懷磊，等.流固耦合作用下固支輸液管道有限元分析[J].化工機械，2012，39(2)：190～193.

[3] 冉小俊,張建昌,趙生祥.基于負(fù)壓波的原油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的失效及預(yù)防[J].石油化工應(yīng)用,2012,31(7):99～101.

[4] 石純芳.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高溫壓力管道渦流檢測信號的溫度補償研究[J].化工機械,2012,39(2):174～176.

[5] 史有剛.長輸油管線泄漏實時監(jiān)測系統(tǒng)的研制與開發(fā)[J].承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報,2002,4(4):22～26.

[6] 張東領(lǐng).海底管道損傷檢測及泄漏定位檢測技術(shù)的研究[D].青島:中國海洋大學(xué),2006.

[7] 王立坤.原油管道泄漏檢測若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].天津:天津大學(xué),2003.

[8] 崔謙.油氣管道泄漏檢測方法的研究及應(yīng)用[D].天津:天津大學(xué),2005.

[9] 張宇.輸油管道泄漏檢測新方法與關(guān)鍵技術(shù)研究[D].天津:天津大學(xué),2009.

[10] 趙福丹,劉鳳歌,李育峰.苯長輸管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].化工自動化及儀表,2015,42(4),381～382.

[11] 高炳坤,賈瑩.基于聲波的天然氣管道泄漏檢測與定位[J].化工自動化及儀表,2013,40(3):305～308.

[12] 彭柯,王立坤,李健,等.基于SCADA系統(tǒng)的泄漏檢測與定位[J].化工自動化及儀表,2004,31(1):50～52.

[13] 沈繼忱,王春雨,王慧麗.管道泄漏診斷方法研究[J].化工自動化及儀表,2012,39(3):309～312.

ApplicationofSeaPipelineLeakDetectionTechnologyinOffshorePlatform

GAO Shan1, LI Jun2, ZHANG Geng-xin2, KAN Zi-heng3

(1.EngineeringConstructionCenter,CNOOCTianjinCorporation,Tianjin300450,China; 2.OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300451,China; 3.SwanCollege,CentralSouthUniversityofForestryandTechnology,Changsha410211,China)

Both working principle and relative merits of pipeline leakage detection technology were discussed and appropriate leak-detecting method was presented, including key parameters of the leak detection system and comparison of negative pressure wave method and acoustic method and their application in offshore platform.

leak detection system, offshore oil transmission pipeline, negative pressure wave method, acoustic method

TQ547.8+1

B

1000-3932(2016)02-0147-04

2015-11-28(修改稿)