海上平臺(tái)結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)對(duì)比及應(yīng)用分析

范雪麟，張浩，徐寶聚，莊重，張艷秋，孫偉，王宏偉，張軍博

（1.勝利油田技術(shù)檢測中心；2.勝利油田檢測評(píng)價(jià)研究有限公司；3.勝利油田分公司油地工作處，山東 東營 257000）

海上平臺(tái)是海上油氣資源生產(chǎn)的關(guān)鍵基礎(chǔ)性設(shè)施，其安全性能至關(guān)重要。由于其所處環(huán)境惡劣，作業(yè)工況復(fù)雜，海上平臺(tái)服役過程中不可避免地出現(xiàn)了各類損傷，如腐蝕、裂紋等，嚴(yán)重影響其結(jié)構(gòu)安全性。加上平臺(tái)大多服役時(shí)間較長，有的甚至超期服役，因此，對(duì)海上平臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全性能進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)保障平臺(tái)的持續(xù)安全生產(chǎn)具有重要的意義。目前，勝利油田有海上平臺(tái)130 余座，存在不同程度的腐蝕、老化等問題，且目前的檢測范圍限于結(jié)構(gòu)的局部探傷，檢測效率不高，容易出現(xiàn)漏檢，水下結(jié)構(gòu)檢測困難。因此，本文通過歸納總結(jié)和對(duì)比分析各類檢測技術(shù)，旨在篩序出適合勝利油田海上平臺(tái)的檢測方法，實(shí)現(xiàn)海上平臺(tái)結(jié)構(gòu)的快速、有效、經(jīng)濟(jì)的檢測。

1 海上平臺(tái)結(jié)構(gòu)檢測適用技術(shù)

1.1 磁粉檢測技術(shù)

磁粉檢測是較為成熟和常用的檢測技術(shù)，可用于探測鐵磁性材料表面缺陷和近表面缺陷。受水下作業(yè)條件限制，其他常規(guī)的無損檢測手段，如滲透檢測、射線檢測、超聲波檢測等很難適應(yīng)于水下檢測。因此，對(duì)平臺(tái)構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)進(jìn)行水下探傷，常采用磁粉檢測技術(shù)。

1.2 超聲波檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)是利用超聲波在工件中傳播時(shí)，工件內(nèi)部缺陷對(duì)超聲波傳播產(chǎn)生的影響，來了解缺陷信息的檢測技術(shù)。其檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低，能對(duì)缺陷進(jìn)行定位和定量，但對(duì)缺陷的顯示不直觀，探傷結(jié)果不便于保存，適合于厚度較大的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的檢測。

1.3 構(gòu)件充水探測（FMD）

構(gòu)件充水探測（FMD）是通過檢查密閉構(gòu)件內(nèi)是否透水，從而判斷構(gòu)件是否存在異常的檢測手段。FMD 方法主要分為超聲波檢測法和伽馬射線檢測法兩種，它由潛水員或ROV（水下機(jī)器人）操作，通過發(fā)射聲波信號(hào)或放射性信號(hào)穿透構(gòu)件進(jìn)行檢測。

FMD 方法可用于平臺(tái)導(dǎo)管架的檢測，對(duì)完全透水的構(gòu)件具有較高的檢測準(zhǔn)確度。引起構(gòu)件透水的異常通常包括落物造成的孔洞、點(diǎn)蝕孔、裂紋以及其他強(qiáng)度或疲勞敏感區(qū)域的缺陷等。但FMD 方法只能大致確定存在問題的可疑區(qū)域，對(duì)可疑區(qū)域及引起透水原因的確定，需結(jié)合其他檢測手段做進(jìn)一步的檢測。同時(shí)，對(duì)于存在裂紋但檢測期間還未發(fā)展成穿透性裂紋的構(gòu)件，F(xiàn)MD 方法會(huì)造成漏檢，因此，不能完全依賴于FMD 方法發(fā)現(xiàn)和查找平臺(tái)的所有潛在缺陷。

1.4 三維成像聲吶探測技術(shù)

三維成像聲吶探測技術(shù)（下文簡稱ES），是通過自身發(fā)射聲波，接受探測目標(biāo)的回波，來測定目標(biāo)方位、距離等參數(shù)，從而實(shí)時(shí)、高效、清晰地生成水下結(jié)構(gòu)三維圖像的技術(shù)。ES 技術(shù)克服了傳統(tǒng)水下探測設(shè)備的弊端，可全方位、實(shí)時(shí)觀察目標(biāo)，為海上平臺(tái)水下結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測提供了重要的技術(shù)手段。

1.5 交流電磁場ACFM 檢測技術(shù)

交流電磁場檢測技術(shù)（下文簡稱ACFM）是近年來發(fā)展的較為先進(jìn)的檢測技術(shù)，具有高效、準(zhǔn)確、直觀、可記錄等諸多優(yōu)點(diǎn)。ACFM 技術(shù)基于電磁場原理，當(dāng)探頭內(nèi)的交變磁場靠近工件表面時(shí)產(chǎn)生交變電流，若工件存在缺陷時(shí)電流線會(huì)在缺陷位置產(chǎn)生匯聚和偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而引起空間磁場畸變，利用檢測傳感器測量空間畸變信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的檢測和評(píng)估。

表1 檢測技術(shù)關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比表

ACFM 技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)：一是可實(shí)現(xiàn)無接觸測量，無須清理表面油污及附著物，即可實(shí)現(xiàn)大面積的快速掃查，作業(yè)效率高；二是適用性強(qiáng)，對(duì)不同材料的性質(zhì)差異不敏感，測量時(shí)無需校準(zhǔn)，不受缺陷方向影響，對(duì)溫度環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)；三是可準(zhǔn)確計(jì)算出缺陷的長度、深度，實(shí)現(xiàn)精確定量檢測。

由于ACFM 技術(shù)表現(xiàn)出來的巨大技術(shù)優(yōu)勢，目前，已在各領(lǐng)域得到了十分廣泛及快速的應(yīng)用，也十分適用于海上平臺(tái)水下結(jié)構(gòu)的檢測。

1.6 無線傳感器系統(tǒng)技術(shù)

無線傳感器技術(shù)利用大量部署在監(jiān)測結(jié)構(gòu)上的無線傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測目標(biāo)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)其動(dòng)力參數(shù)變化來判斷所檢測結(jié)構(gòu)有無損傷，以及判斷損傷位置及程度。其優(yōu)點(diǎn)有低功耗、無須布線、可超低頻實(shí)時(shí)監(jiān)測，但傳感器容易受環(huán)境擾動(dòng)，易受物理攻擊，易被捕獲。

根據(jù)前文對(duì)各類檢測技術(shù)的闡述，對(duì)比分析各類檢測技術(shù)的性能指標(biāo)、優(yōu)缺點(diǎn)、技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)性等不同指標(biāo)，如表1 所示。

2 勝利油田海上平臺(tái)結(jié)構(gòu)檢測現(xiàn)狀分析

勝利海上油田所處海域水深較淺，因此，海上平臺(tái)基本上都是固定式平臺(tái)，主要包括以樁基導(dǎo)管架為主要結(jié)構(gòu)形式的井組衛(wèi)星平臺(tái)，導(dǎo)管架式固定采修一體化平臺(tái)以及樁基導(dǎo)管架式中心平臺(tái)等。

對(duì)即將到達(dá)服役年限的平臺(tái)，勝利油田大多是按照延壽檢測模式對(duì)平臺(tái)進(jìn)行延壽安全評(píng)估，通過結(jié)構(gòu)分析軟件，建立模型，開展靜力分析、地震分析、疲勞分析等，以確定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀能繼續(xù)滿足安全生產(chǎn)的需求。但此類評(píng)估模式依賴于軟件模擬，對(duì)具體失效構(gòu)件無法進(jìn)行直觀精確的檢測。

對(duì)其他平臺(tái)的檢測，大多以外觀檢測為主。通過外觀檢查，可發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)以及平臺(tái)組塊的較明顯的缺陷，如主要結(jié)構(gòu)件的彎曲變形、損壞、腐蝕狀況等。但外觀檢查容易受檢測人員主觀判斷和客觀環(huán)境的影響，且僅能檢查出有明顯異常的缺陷，容易造成漏檢。因此，應(yīng)篩選經(jīng)濟(jì)有效的檢測手段對(duì)勝利海上平臺(tái)進(jìn)行針對(duì)性的檢測。

根據(jù)上述對(duì)各項(xiàng)檢測技術(shù)的闡述及對(duì)比分析，同時(shí)，考慮勝利油田海上平臺(tái)多為導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)，因此，可采用構(gòu)件充水探測技術(shù)。采用FDM 方法檢測可實(shí)現(xiàn)在較短時(shí)間內(nèi)，快速檢測完成平臺(tái)導(dǎo)管架的所有主要構(gòu)件，識(shí)別出已透水的構(gòu)件。因此，通過FMD 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)粗略的、全面的、快速的識(shí)別已失效桿件，進(jìn)而可以縮小檢測范圍，僅對(duì)可疑區(qū)域以及對(duì)其他關(guān)鍵構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)作進(jìn)一步的檢測。

對(duì)于需重點(diǎn)檢查的主要受力節(jié)點(diǎn)、應(yīng)力集中部位，以及其他主要結(jié)構(gòu)及其節(jié)點(diǎn)焊縫可以采取ACFM 法進(jìn)行檢測。ACFM 方法可實(shí)現(xiàn)非接觸處測量，無須清理表面附著物及油污，可實(shí)現(xiàn)快速、大面積掃查，而且檢測結(jié)果可精確定量，適用于上述關(guān)鍵部位的檢測。

3 勝利油田海上平臺(tái)檢測方案的建議

隨著勝利海上油田勘探開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，海上平臺(tái)的數(shù)量也不斷增加，因此，應(yīng)盡快規(guī)范對(duì)海上平臺(tái)的檢測。在管理層面，應(yīng)進(jìn)一步規(guī)范檢測制度建設(shè)，規(guī)范檢測流程，開展定期檢測和年度檢測。在技術(shù)層面，應(yīng)綜合多種檢測技術(shù)，制定切實(shí)可行的檢測方案，做到科學(xué)、有效地檢測海上平臺(tái)結(jié)構(gòu)。

由于勝利海上平臺(tái)主要是導(dǎo)管架式平臺(tái)，因此，建議加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)部分的檢測，可首先采用FMD 技術(shù)進(jìn)行構(gòu)件充水探測，檢查有無穿透性缺陷的存在，再進(jìn)一步采用ACFM技術(shù)對(duì)其他關(guān)鍵部位進(jìn)行檢測。對(duì)水上結(jié)構(gòu)部分的檢測，還可以根據(jù)現(xiàn)場條件，選用上述的其他各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行檢測。