淺析淺海石油平臺海生物機械物理清理方法

易偉(中海石油(中國)有限公司海南分公司，海南 海口 570100)

0 引言

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

(1)增加其自身的重力載荷；

(2)增加橫向載荷，受洋流影響加劇導管架橫向受力，并減弱平臺抗風暴能力；

(3)對于淺海區，水深較淺導管架，海生物附著導致海底基礎沖刷加劇；

(4)海生物分泌物一般呈酸性，加劇導管架鋼結構腐蝕程度；

(5)隨著海生物附著厚度增加，難以發現導管架機械損傷，干擾平臺結構的檢驗；

(6)對海水提升泵等泵類吸入口造成堵塞；

(7)影響平臺陰極保護性能。

根據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構表面。但針對淺海地區水深影響以及潛水技術與經濟成本考慮，且隨著水深加深附著海生物以軟質為主，并逐漸減少，故目前清理水深一般為水面至水下50 m左右。對于復雜的水下無損檢測，比如五年特檢等需要對平臺結構進行檢測，就需要進一步通過去除海生物，進行打磨去掉表面的油漆附著物，直接對焊縫或者結構本體進行檢測。

以北部灣海域兩個井口平臺為例，不到三年時間井口平臺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，其結構構件上硬質貝類海生物附著較多。查詢井口平臺導管架維護手冊，依據原詳細設計要求，結構設計的最大海生物厚度為5 cm，而依據設計基礎最大厚度可達17.0 cm。在平臺服務期內，需要及時清理海生物，保證最大厚度＜5 cm，該項要求會顯著提高規范推薦的檢測頻率。在工程檢測中應包括海生物厚度的檢測，在初期建議半年檢測一次，掌握海生物生長規律后，可根據海生物生長規律調整檢測頻率以減少費用。

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《在役導管架平臺結構檢驗指南2013》，其中也有關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計的允許量或平臺經安全評估確定海生物需要清除時應進行清除，同時在檢驗犧牲陽極時也需要清除表面海生物。

目前海生物清理技術主要有手工清理、MGP機械摩擦式清理、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行重點講述，并比較其優缺點，同時對目前現有海生物的防范措施進行論述。

1 MGP(Marine Growth Preventer)機械摩擦式清理

這是一種安裝在海洋固定導管架式平臺結構件、隔水套管或者海管立管上的環狀防海生物裝置MGP(Marine Growth Preventer，以下簡稱MGP)在海洋自然力的作用下連續的撞擊構件，并不停沿著構件往復運動，有效清除海平面附件飛濺區海生物，通過機械作用力摩擦刮除海生物，有效的去除現有的海生物并抑制海生物在飛濺區導管架上的附著生長。

MGP是由一種耐海水與風化老化的工程塑料做成的環狀結構，可以安裝在導管架或者橫向、豎直、斜向的結構桿件上，在潮汐、海浪拍打等自然力推動下，持續性的做摩擦往復運動對海生物進行清理[2]。

在國內海上油氣田中，在其導管架上便安裝了該防海生物裝置，也取得了良好應用。

現場實際應用圖片以及MGP實物照片如圖1、圖2所示。

圖1 MGP現場應用

圖2 MGP現場實物組裝

MGP對海生物的機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作用。

雖然如上述現場實際應用情況了解，該機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、臺風等惡劣天氣影響，過程中可能由于臺風天氣引起巨浪等較大的作用力產生碰撞導致損壞，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構件附著海生物是近年來應用較為普遍的一種清洗技術，通過形成高壓的射流形成較強的打擊和剪切引起破碎應力，當超過垢面或海生物附著力后，達到清理的目的。

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構表面的防腐涂層產水破壞，一旦達到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險，如果使用不當，可能會傷害到作業人員自身，嚴重甚至致殘，所以在使用過程中需要極其小心，避免高壓導致的次生危險。

之所以高壓水射流清理被大量的普遍性應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，主要還是因為其具有節能環保、效率較高的特點。但由于其壓力高，且為潛水作業，伴隨的危險性相對較高。故在操作過程中必須具備資質以及按照ADCI 商業潛水與水下作業國際公認標準執行[5]并嚴格遵守高壓水的安全操作規程。

3 空化射流清理

目前，國際上還有一種正在大量被推廣應用的水下清洗清理海生物的技術被稱作空化射流技術，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中形成新型的射流技術。通過其配套的設備對壓力、流速等參數進行控制使水流束在經過空化噴嘴時生成大量的空化氣泡，在需要清潔的表面小范圍內生成高達140到170 MPa的微射流沖擊[3]，進而清理海生物等附著物，在清洗銹跡和剝落的油漆時，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械作用范圍也是有限的，對清理的壁面受到氣泡潰滅時的高壓射流與沖擊波雙重作用達到清理作用，但超過一定距離范圍，則壁面的破壞主要則以沖擊為主，達到的效果也會受到減弱[3]。

在清理過程中，空化效應產生不同的頻率振動，通過空化射流傳遞至海生物或者結構件壁面時，其結構與附著物也隨著不同頻率振動，破壞被清理物的附著力。與傳統的機械摩擦式清洗、高壓水清洗、手工清洗海生物，空化射流技術具有以下優點:

(1)清洗效率高，大范圍清洗時，每小時清洗面積可超過1 500 m2。

(2)清洗的形狀全，包括船用螺旋槳、舵、海底門、平臺水下結構部分；

(3)清洗工序安全環保，清洗射流壓力小，對使用者造成危險較小；

(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)在運行清潔過程的時候無需更換工具和消耗材料，節省物料與時間；

(6)容易操作，不需要特殊操作技術上的培訓。

結合上述的MGP機械摩擦式清理、高壓水射流清洗、空化射流清洗三種方法，可以得知：

(1)MGP機械摩擦式，其優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，但也受較大風浪如臺風影響損壞導致成本增加，復雜結構難以清理，以及水下部分難以覆蓋等缺點限制。

(2)高壓水射流，節能環保、清理效率高且可靠的優勢，但要求操作人員技術嫻熟，避免過程造成人員受到高壓傷害，且可能破壞原有的結構油漆等保護性涂層；

(3)空化射流，同樣具有節能環保、清理效率高的優點，且不會破壞或者較輕度的破壞油漆等保護涂層，此外對操作人員的技術要求相對更低，不會對操作人員產生因為高壓帶來的危險，但缺點就是清理的殘余程度可能較高壓射流清理后的高。

4 結語

近年來，對淺海海上石油平臺進行海生物清理已經成為一項較為重要且常見的作業，較為常見的還是以高壓水清洗為主導，而空化射流近十年在國外得到了大量的普及應用，但在目前國內的海上裝置海生物清理中比較少見。隨著海洋石油設施由于對設施檢驗、載荷影響、設計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也在海上石油設施得到了廣泛的應用于普及。而空化射流技術雖然目前在國內尚屬于興起應用階段，但鑒于其更能保障作業人員的人身安全、有效保護設施表面的防腐層的突出特點，在海洋石油設施清理行業中有著廣闊的應用前景和發展空間。

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進行了海生物的清理，歷經1個月的施工，兩個井口平臺的作業清理面積達到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引入的空化射流方式為今后類似作業提供了良好借鑒。