海底管道延壽評估現狀及關鍵要素探討

張東衛、李慶、夏日長、孫祥杰、馬坤明

（海洋石油工程股份有限公司天津 300459）

從上個世紀八十年代開始，伴隨著國內海洋石油工業的開發進程，海底管道也開始同步建設。目前部分油田的海底管道已到達設計壽命，但是區域油藏儲量依然可觀，因此有必要對海底管道狀態進行再評估（即延壽評估），確認其是否滿足繼續服役的要求。

海底管道延壽評估是一項系統性的工作，評估受外界環境、操作參數以及管道腐蝕等多方因素的制約和影響。如何使延壽評估考慮的因素更全面、流程更合理，結論及建議更貼近油田生產實際是一項復雜的工作。在工程領域如何從評估的角度對在役管線進行科學評估是難點，特別是對于已存在諸如腐蝕等缺陷的管道仍需長期服役的情況。

近些年，智能內檢測技術開始在國內逐漸開展。從一定意義上講，有了管道的智能內檢測，才有了管道的完整性管理。但是在現實中，國內仍有一定數量的海底管道由于某些原因不能進行智能內檢測，對于這部分管道如何真實地評估管道內部腐蝕情況，仍有一定的難度。

1 國際各國對海管延壽的要求

挪威和英國北海地區的許多海上固定設施已經使用了30年以上。盡管其中一些已經退役，或將在未來退役。但是仍有相當數量的設施仍在服役，作業者表示計劃在其可預見的未來繼續服役。本節梳理了主要海上油氣生產國對海管延壽的規定和要求。

1.1 挪威

挪威規定要求海上作業公司在計劃繼續使用超過原設計壽命的設備設施時，必須征得挪威石油安全局(PSA)的同意。PSA作為技術和操作安全的監管機構，對設備設施延壽采取了積極主動的態度，重點是標準化、制定指南、改進方法論和建立該方向的專業知識。由 PSA 委托挪威科技大學（NTNU）編寫的報告SINTEF A15322[1]，旨在總結和討論與海上設施老化相關的各個方面、設施完整性風險以及如何在壽命延長過程中處理這些問題。該報告包含老化和延壽管理的一般概念，并提到需要進行延壽評估的各種類型系統/設備的細節。

挪威石油和天然氣協會發布了指南 122[2]-挪威石油和天然氣壽命延長管理推薦指南。在 2017年的最新修訂版中，該指南描述了作業者應如何執行延壽過程。

1.2 英國

英國面臨與挪威類似的挑戰：據 Stacey (2008)稱，其所有平臺中約有 50% 已接近或已超過其原始設計壽命。

健康與安全執行局 (HSE) 監管機構從2000年開始啟動KP1項目（key Program 1），每四年一個周期，到2013年執行至KP4[3]。項目旨在關注重要設備設施的完整性，減少海上油氣泄露事故發生，應對老齡化和延壽挑戰。對于生產管道，該項目確定了需要特別需要關注的領域，例如需要進一步制定針對管道的延壽政策，以及在無損檢測數據和智能通球中驗證腐蝕模型。

英國石油和天然氣公司制定的《英國大陸架海上油氣設施老齡化及延壽管理指南》主要目標是幫助作業者有效管理資產老化并對超出預期使用壽命的設備設施繼續使用的決策提供幫助。

1.3 巴西

巴西針對海底系統的法規是由ANP第41/2015號決議《海底生產系統操作安全管理系統技術法規》（最廣為人知的是 SGSS）[4]。該技術法規由巴西國家石油、天然氣和生物燃料局 (ANP) 監督，由運營安全和環境監督局監督執行。該條例第25章專門針對延長壽命，包括延長壽命評估的六個必要因素。

巴西目前還沒有像其他國家那樣制定相應的規程。通過基于績效的監管，每個作業者可以在遵循SGSS要求的前提下，建立一套自己的方法。

該法規規定，需要在到達設計壽命后繼續運行的海底系統作業者必須在壽命結束前至少一年向 ANP 報告。

2 技術規范

目前相關國際機構或組織已經形成相關標準[5,6,7]，如ISO 12747Recommend for pipeline life extension、NORSOK Y-002 Life extension for transportation systems。同時也已經形成了一些的缺陷評估規范，如DNVGL-RP-F101、DNVGLRP-F108、ASME B31G、BS7910、API 579/ASME FFS-1等[8,9,10,11,12]。

2.1 ISO

ISO 12747提供了一種通用的管道壽命延長評估方法，可供行業內作業者應用。

該標準提供了一個較為全面的流程，詳細說明了評估的所有必要項以及評估流程，從管道的數據收集開始，評估管道系統的完整性并且進行未來危害因素識別，最后進行延壽階段管道狀態評估進而形成評估報告。對于關鍵的危險因素如腐蝕、疲勞、裂紋等與時間相關的因素，給出了評估要求及推薦方法。

需要注意的是該標準適用于鋼質金屬管道，不適用于柔性管和臍帶纜等柔性部件。

2.2 NORSOK

NORSOK Y-002 規定了海底管道系統延壽評估的基本原則，其適用于井口到平臺、井口到浮式設施、平臺間以及平臺至陸地終端之間的管線。它描述了在延壽過程中的一般方法。與其他標準一樣，它也提到完整性管理系統是最重要的信息來源之一，并將構成延壽流程的基礎。

2.3 DNV

DNV-RP-F116 是海底管道系統完整性管理規范，它不是針對管道延壽但是同樣關注到這個問題。規范指出在管道系統再認證或延壽的情況下，應記錄重新評估過程相關的所有信息。有關延長壽命的更多詳細信息，該規范推薦參閱NORSOK Y-002 和 ISO 12747。

3 關鍵要素

總結上述標準不難發現，這些標準基本是針對鋼質管道，從管道失效機理出發。因此對于軟管也可以從這個角度考慮。

本文認為延壽評估是整個延壽流程的一部分。整個延壽流程包括前期的啟動以及后期的相關政府的報批審核等流程，而延壽評估只是整個流程的一部分。對于這部分工作關鍵步驟如下：

1）確定范圍

2）識別風險

3）完整性狀態評估

4）再評估

5）改造/緩解措施及建議

在進行評估過程中需要重點關注：

1）評估前檢測

2）估基礎數據的選擇，宜選用最新環境數據

3）評估應重點關注與時間相關的退化機理，如腐蝕、懸跨、外防腐等。

4 關鍵問題探討

如本文開篇所說，海底管道延壽評估是一項系統性的工作?；A數據的完整情況、后期完整性策略的執行情況以及新知識、新技術的使用，都影響到管道是否可以延壽，是否可以達到預期的使用目標。在上述延壽流程的基礎上，總結了以下延壽評估應額外關注的一些問題，以及對新方法新技術應用的展望。

1）延壽評估應謹慎

管道延壽在安全和風險方面面臨挑戰，作業者應在經濟和安全中尋找平衡。

不是所有的管道都可以延壽，或者如果目前的管道數據不足以支持管道延壽。相比之下，更換管道可能是一個更好的選擇。

這些管道數據包括管道設計數據、運營數據、改造數據、評估前的檢測數據（內檢測、外檢測）。如果作業者提供的數據不全，則數據可能不足以支撐管道延壽的決定，因為工程師不能夠了解管道當前的完整性狀態。

2）重視延壽報告的完整性管理策略

延壽評估不僅是要給出管道是否可以延壽的結論，當然這是最重要的結論，更為實際的是給出管道后續的完整性管理策略。作業者希望達到延壽的目標，就需要根據管道現狀以及后續生產需求調整完整性管理策略，完整性管理策略應作為延壽報告的一部分重要內容。

延壽結論是有條件的，評估過程中的假定和要求，都應該成為作業者后續關注和努力的目標，這樣才能使管道朝預期的方向發展。

因此有學者指出，管道延壽=完整性管理。

3）最新知識的作用

面臨延壽的管道是基于多年前的設計規范進行設計的。但是海洋工程是一門活生生的應用科學，因此規范伴隨著經驗會進行更新。

基于管道服役狀態的最新相關知識，有助于提高管道的完整性管理策略和延壽評估質量。比如隆起屈曲在多年前的設計中并不被重視，但是根據最新的經驗在延壽中應予以考慮。

延壽評估宜采用原始設計規范，但應識別原始設計規范與新規范之間的差別。特別是原始規范考慮不足之處在延壽評估中應予以考慮。

4）新的技術和軟件在完整性管理中的作用

隨著作業者對管道完整性管理及安全的重視，在科技進步的支撐下，近年來一些新的技術和軟件開始應用在管道完整性管理中。這些包括檢測工具、評估軟件和維修緩解工具。

Tr a c e r c o 公司發明了一種立管檢測方法DiscoveryTM，用于檢查立管并通過收集有關完整性相關的實時數據（包括管道腐蝕、點蝕和壁厚變?。?，確定立管是否可以延長原始設計壽命。

Trelleborg Offshore公司考慮增加相關監測設備、傳感器，監測管道膨脹吸收、涂層變化、溫度等參數。

AIE公司開發了Veracity Pipeline軟件，通過使作業者能夠全面評估和清楚地了解影響其管道系統的風險來協助其進行管道風險管理，以便在預算設置、規劃和資源部署方面做出明智的決策。

5）關注管道的失效形式

決定不同類型的管道壽命的因素不同，失效形式也各有差異。動態軟管或電纜的服役壽命一般取決于疲勞，而輸送腐蝕性介質的鋼管壽命一般取決于金屬損失。

作為延壽的重要一步，管道延壽應進行風險評估，分析可能影響管道壽命的失效形式和破壞類型。關注與時間相關的退化因素，以及可能的意外損傷。

可能的失效類型：內腐蝕、沖蝕、外腐蝕、疲勞、屈曲、穩定性、物理損傷（凹坑/沖擊）、附屬件狀態（閥門等）。另外關注外界環境是否有變化（海洋環境、地質土壤等）。

對世界范圍內管道失效歷史原因的回顧和分析表明，腐蝕特別是內腐蝕，是報道最多的海底管道失效原因，其次是海上活動(如錨或拖網破壞和船只碰撞)和自然災害（如風暴和泥石流）。其他典型的威脅包括侵蝕、自由懸跨（造成的疲勞失效）和屈曲。

6）管道延壽中應特別重視防腐工程師的作用

在鋼質海管的延壽中，防腐工程師的工作非常重要，甚至起決定性的作用。緩蝕劑、管道內涂/外涂、陰極保護或者其他技術手段可以幫助管道延長使用壽命。

5 結論

海底管道延壽評估工作，既是一個管理問題，又涉及到技術問題。從管理流程來說，需要作業公司和專業技術公司共同梳理出一套適用于作業區的流程、做法。從技術角度來說，需要進一步加強評估技術的研究和檢測/維修工具開發。海管延壽評估應以海管的完整性管理為基礎，通過相應的技術手段對海管后期服役的風險進行評估，并根據評估結果修正海管完整性管理策略，確保管道的安全運行。如果管道當前狀態不滿足延壽需求，或者管道數據不支持其繼續使用，那么延壽評估應謹慎，提出對應的緩解、干預甚者更換措施。