冀東油田海洋鋼樁海生物附著危害分析及應(yīng)對(duì)措施

李祥銀，代兆立，張彥軍，張傳隆，劉進(jìn)鵬

1.中國(guó)石油冀東油田南堡作業(yè)區(qū)，河北唐山 063200

2.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究有限公司，天津 300451

冀東油田位于渤海灣北部沿海，沿渤海灣灘海地區(qū)建有5個(gè)人工島，其中建有海上生產(chǎn)導(dǎo)管架平臺(tái)1座。人工島碼頭不同于大型港口的碼頭，規(guī)模相對(duì)較小，本文將這種人工島的小型碼頭等稱為登陸點(diǎn)。

人工島登陸點(diǎn)引橋碼頭下有各種鋼樁700多根，從投用至今約有10年的時(shí)間。為了保證安全生產(chǎn)，2018年對(duì)油田的各種海洋鋼結(jié)構(gòu)鋼樁（包括登陸點(diǎn)鋼樁及海洋平臺(tái)鋼樁）進(jìn)行了檢測(cè)和維護(hù)，檢測(cè)內(nèi)容包括：外觀檢查、鋼樁壁厚檢查、陰極保護(hù)效果檢測(cè)等。檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，海洋鋼樁表面海生物附著嚴(yán)重，最嚴(yán)重處海生物附著厚度達(dá)50 cm。為此，本文對(duì)海生物附著問題進(jìn)行了分析、研究，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

1 冀東油田登陸點(diǎn)鋼樁海生物生長(zhǎng)機(jī)理及規(guī)律

1.1 登陸點(diǎn)鋼樁海生物生長(zhǎng)機(jī)理

登陸點(diǎn)鋼樁海生物群落形成的機(jī)理如下：首先是有機(jī)碎屑黏附在鋼樁表面上，形成一層生物薄膜，這層薄膜為微生物細(xì)菌的附著提供了可能，成為污損物附著的溫床；微生物附著在這層薄膜上之后又形成一層微生物膜，這就為細(xì)菌提供了附著的基礎(chǔ)，隨后細(xì)菌可以在很短的時(shí)間之內(nèi)生長(zhǎng)繁衍形成菌落；隨后單細(xì)胞真核生物附著；再接著是多細(xì)胞真核生物的附著。這就形成了一個(gè)復(fù)雜的微型生態(tài)系統(tǒng)，在浸水物體表面形成由細(xì)菌和硅藻為主的生物膜。生物膜形成以后，在海洋中漂浮的其他附著生物的幼蟲和孢子，當(dāng)其隨機(jī)到達(dá)帶有這些生物膜的浸海鋼樁基體表面時(shí)，就附著在鋼樁表面上逐漸形成海洋污損物。附著的過程主要是與表面發(fā)生接觸滑動(dòng)，在適當(dāng)位置分泌黏液，而后強(qiáng)有力地附著在基體表面，然后開始生長(zhǎng)，最終形成海洋生物群落[1]。

1.2 登陸點(diǎn)鋼樁海生物生長(zhǎng)規(guī)律

登陸點(diǎn)海洋鋼樁（包括陽(yáng)極）海生物多為硬質(zhì)海生物，覆蓋率約70%～80%，以海蠣子為主，最大厚度約50 cm，平均厚度約15 cm。4個(gè)人工島中，1～3號(hào)人工島海生物附著數(shù)量多，覆蓋面積較大，4號(hào)人工島相對(duì)較少。

硬質(zhì)海生物上面長(zhǎng)有軟質(zhì)海生物，硬質(zhì)海生物主要是藤壺、牡蠣等，軟質(zhì)海生物以海葵與海草為主，覆蓋率20%～30%，最大厚度5 cm，平均約2～3 cm，在鋼結(jié)構(gòu)表面附著牢固，極難清理。

海生物生長(zhǎng)無明顯規(guī)律，鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜處，如KTY結(jié)構(gòu)處，海生物易于附著，數(shù)量較多，厚度較大；在鋼結(jié)構(gòu)洋流的背浪面海生物附著較多，迎浪面受到?jīng)_擊附著較少。海洋鋼樁海生物附著情況如圖1所示。

圖1 海洋鋼樁海生物附著情況

2 海生物附著對(duì)海洋油氣生產(chǎn)的危害

海洋附著生物對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物的影響很大，主要危害有：

（1）增大平臺(tái)樁腿的體積和表面粗糙度。海上固定平臺(tái)依靠樁腿來支撐整個(gè)平臺(tái)的自重并承受外荷載，由于海洋附著生物在平臺(tái)樁腿上的附著，增大了樁腿直徑、體積和表面粗糙度，加大了波浪和海流的阻力。

（2）增加海洋石油平臺(tái)的自重。由于海洋附著生物在平臺(tái)水下構(gòu)件上的大量附著，使平臺(tái)重量加大。

（3）對(duì)海洋石油平臺(tái)結(jié)構(gòu)造成腐蝕。附著在海洋石油平臺(tái)上的海生物死亡之后，在微生物的作用下發(fā)生分解、腐爛，產(chǎn)生大量的硫化氫，造成酸化的水環(huán)境，若鋼樁表面的防腐層出現(xiàn)破損，則極易造成鋼樁的腐蝕。

（4）影響潛水員的水下作業(yè)。在海洋石油生產(chǎn)作業(yè)過程中，需要對(duì)海洋石油平臺(tái)等水中工程設(shè)施定期進(jìn)行安全檢測(cè)，附著生物必然影響潛水作業(yè)。

3 海洋鋼樁海生物清除方法

現(xiàn)在海洋鋼樁上抑制和清除海生物生長(zhǎng)的方法主要有：涂裝防污涂料、電解防污、超聲波防腐及機(jī)械防污等。

3.1 涂裝防污涂料

防污涂料是防止海生物附著、蛀蝕、污損，保持浸水結(jié)構(gòu)如艦船、碼頭、聲納等上光潔無物所用的涂料。由漆料、毒料、顏料、溶劑及助劑等組成。涂于防銹底漆之上，利用涂料中毒劑的緩慢滲出，在涂膜表面形成有毒表面層，將附著于涂膜的海洋生物，如藤壺等殺死。防污涂料可分為：接觸型、增劑型、擴(kuò)散型、自拋光型等多種。

3.2 電解防污

所謂電解防污就是采用電化學(xué)的方法，通過所產(chǎn)生的離子來殺死海生物。目前常用的電解防污方法有：電解海水制氯法、電解銅-鋁陽(yáng)極法、電解氯-銅聯(lián)合法等。在海上石油平臺(tái)上，電解防污技術(shù)目前主要應(yīng)用于海水處理系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)中的海水冷卻系統(tǒng)、電纜防護(hù)管道等[2]。

3.3 超聲波防污

使用電子振蕩器驅(qū)動(dòng)聲發(fā)射裝置，造成海生物難以生存的環(huán)境，從而起到防污的作用[3]。

3.4 機(jī)械清除防污

機(jī)械清除就是人員采用扁鏟等工具，清除鋼結(jié)構(gòu)表面的海生物。該方法簡(jiǎn)便有效，但在清除過程中容易對(duì)鋼結(jié)構(gòu)表面原有的防腐層造成破壞，若不及時(shí)進(jìn)行防腐層修復(fù)，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速率將加快。

對(duì)于冀東油田的現(xiàn)場(chǎng)情況而言，涂裝防污涂料只能在建設(shè)時(shí)期采用，在后期在役期間，難以使用；電解法和超聲波法耗能較高，成本大，不經(jīng)濟(jì)。所以只能采用機(jī)械清除的方法清除鋼結(jié)構(gòu)上附著的海生物，同時(shí)清除后及時(shí)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)采用包覆技術(shù)進(jìn)行防腐修復(fù)。

在本項(xiàng)目中清除海生物采用了機(jī)械清除的方法，機(jī)械清除采用了兩種方式，分別為高壓水沖洗和月牙形扁鏟清除的方式。

從兩種方式的清除效果看，兩種方法都能達(dá)到表面處理標(biāo)準(zhǔn)的要求。但是從效率看，高壓水清除效率稍高一些，但當(dāng)前期海生物附著厚度較大時(shí)，采用高壓水沖洗清除前還應(yīng)用扁鏟先進(jìn)行清除，然后再用高壓水清除效果較好。

4 后期運(yùn)行維護(hù)建議

（1）在油田管理單位建立海洋鋼結(jié)構(gòu)（登陸點(diǎn)、平臺(tái)鋼樁）的管理制度，并配備相應(yīng)的管理人員（可兼職）。

（2）加強(qiáng)對(duì)海洋鋼樁管理方和使用方的海生物防護(hù)方面技術(shù)講解和培訓(xùn)，讓其理解海洋鋼樁日常維護(hù)要點(diǎn)，能夠?qū)︿摌逗Ｉ餇顩r進(jìn)行定期檢測(cè)。

（3）建議采用三層包覆技術(shù)對(duì)海洋鋼樁進(jìn)行防腐處理，為減少對(duì)包覆層的破壞，建議采用高壓水射流的方式清除在包覆層表面附著的海生物。

（4）定期對(duì)海洋鋼樁及其他鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，特別是對(duì)海生物附著情況的檢測(cè)，并定期對(duì)海生物進(jìn)行清除處理，建議2～3年進(jìn)行一次檢測(cè)和清除。