海洋井口采油树装置检测及风险评估方法研究

周洪军，丁 辉，兰晓冬，李 震

(中海油能源发展装备技术有限公司 天津 300452)

海洋井口采油树是海洋石油天然气开采过程中的核心设备之一，是用于油气井的流体控制，为油气井产出流体及洗井液等提供出入口的采油装置。据统计，中海油渤海油田井口采油树已突破2,100套，其中投入使用20年以上(含20年)的采油树占 7%,，10～20年(含 10年)的采油树占 50%,，5～10年(含 5年)的采油树占 35%,。随着海洋井口采油树投入使用年限的不断增长，同时长期处于恶劣的海洋环境和复杂的工况条件下，井口采油树不可避免会出现本体的锈蚀、腐蚀、冲蚀等缺陷及其引起的局部应力集中和泄漏等现象。一旦海洋井口采油树失效而引发事故，将酿成海上平台的重大灾难，造成巨大的经济财产损失。

目前，海洋井口采油树运维技术仍处于返场拆检、换件维修、静态无损检测、功能试验及静水压强度试验等阶段，无法从本质安全角度进行全面检测和评估。国内外在海洋井口采油树拆解、检修方面仅能依据API Spec 6A-2010(井口装置和采油树设备规范)和GB/T 22513—2008(井口装置和采油树规范)等产品制造规范，而对于井口采油树的检测及评估方面尚未有相关标准、规范可以参考。本文从海洋井口采油树检测分析、检测试验研究及评估方法研究等几个方面进行了重点介绍。

1 检测现状分析

海洋井口采油树装置作为油气开采的主要承压设备之一，在返场拆检维修过程中，一般依据 JB/T 4730—2005(承压设备无损检测)和相关产品制造规范，仅对相关部位或零部件进行静态无损检测，并采用超声波测厚检测设备对井口采油树装置本体关键部位进行厚度检测。

由于海洋井口采油树属于高压、厚壁装置，装置本体或零部件的内部裂纹、应力集中危险区及腐蚀等缺陷在常规的无损检测手段(磁粉检测、渗透检测、超声检测)下不容易被发现，而且常规的检测手段也无法在装置承压状态下进行相关部位的检测或评价，因而无法检测出装置在线使用状态下存在的缺陷或缺陷隐患。因此，常规的无损检测方法在海洋井口采油树装置的评估中仅具有一定的辅助作用。

2 检测方法研究

为了保证海洋井口采油树装置评估的科学性、可靠性，为海洋井口采油树装置评估理论分析提供准确的数据支持，根据海洋井口采油树装置的结构特点、使用工况及评估要求，通过对现有检测手段和技术的综合性分析，将先进的检测方法科学、合理地移植到海洋井口采油树装置评估中。

2.1 声发射检测方法研究

从海洋井口采油树装置的本质安全角度分析，为了准确检测和评估装置在承压状态下，本体内部裂纹缺陷的产生和扩展情况，在海洋井口采油树本体裂纹检测上引入声发射检测技术。海洋井口采油树装置声发射检测如图1所示。

声发射检测技术是将高灵敏度的声发射传感器置于材料或零部件表面，接收材料或零部件在受力作用时产生的变形、断裂或内部应力超过屈服极限而以瞬态弹性波形式释放的应变能，实时接收和采集来自于材料或零部件缺陷的声发射信号，通过对声发射信号的识别、判断和分析推断出材料或零部件内部缺陷位置、状态和发展趋势。[1]

图1 海洋井口采油树装置声发射检测Fig.1 Acoustic emission testing on offshore wellhead Christmas tree equipment

2.2 超声相控阵检测方法

目前在承压装置或承压管线的本体壁厚检测中，仍采用超声波测厚仪定点检测，既无法精准、可靠地检测出装置本体最大腐蚀点或壁厚情况，也无法全面、直观地检测出装置本体的腐蚀、锈蚀部位。[2]

为了准确检测出装置本体的最大腐蚀部位和最大腐蚀坑情况，保证海洋井口采油树装置壁厚评估的可靠性，在海洋井口采油树本体壁厚腐蚀、锈蚀检测上引入超声相控阵检测技术。海洋井口采油树装置超声相控阵检测如图2所示。超声相控阵检测原理是超声波以特定的声速和预知的方向在介质中传播，当遭遇到不同介质的边界时，产生反射或透射，从而将检测成像结果直观地显示出来。

图2 超声相控阵检测Fig.2 Ultrasonic phased array testing

2.3 磁记忆检测方法

海洋井口采油树装置由于受内部腐蚀、流体冲蚀等因素影响造成本体缺陷，产生应力集中区。应力集中区易产生裂纹、疲劳损伤等缺陷，对本体的安全危害极大，因此在检测评估中需检测出由于外部因素产生的应力集中区和其危险程度，因而引入金属磁记忆检测。海洋井口采油树装置金属磁记忆检测如图3所示。

金属磁记忆检测技术是一种利用金属磁记忆效应检测部件应力集中部位的快速无损检测方法，能够对铁磁性金属微观缺陷、早期失效和损伤等进行诊断，防止突发性疲劳损伤。[3]

2.4 检测方法的试验研究

2014年4月，通过对声发射检测、超声相控阵检测及磁记忆检测等技术的研究，同时采用常规的无损检测(磁粉检测、渗透检测、超声检测)、材质分析仪等作为辅助检测手段，成功对中海油渤海石油管理局绥中某平台的A23井海洋井口采油树装置进行了全面的检测。

图3 海洋井口采油树装置金属磁记忆检测Fig.3 Metal magnetic memory testing on offshore wellhead Christmas tree equipment

3 风险评估方法研究

为了确保在役海洋井口采油树装置安全可靠，保障海洋油气开采的正常进行，计划从安全评价、风险分级及风险管控等方面进行海洋井口采油树装置的风险研究，并通过建立模拟分析、力学分析及软件数据处理等手段开展风险评估方法的研究。目前，国内外在海洋井口采油树装置的风险评估方面尚未有相关标准、规范，也未有相关风险评估经验可循。通过科学实践和合理移植，现已掌握了一些先进的检测技术，并经过多年海洋井口采油树装置的运维实践，为其风险评估方法的研究提供了技术积累。

3.1 风险评估方法研究

为了研究、探索适用于海洋井口采油树装置安全风险识别标准模式、辨识方法、辨识要素等，对风险评估过程系统化、规范化、标准化问题进行探索，从海洋井口采油树装置运维资料收集、检测数据分析、安全风险识别、风险评价及风险分级管控等几方面建立其风险评估标准体系。

3.2 风险评估流程设计

海洋井口采油树装置的风险评估主要是通过数据收集分析，依据建立的风险评估标准，通过风险评估软件，实现评估报告的智能输出。其风险评估流程如图4所示。

图4 海洋井口采油树装置风险评估流程图Fig.4 Flowchart of risk assessment on offshore wellhead Christmas tree equipment

4 结 论

通过合理的移植与实践，成功将几种先进的检测技术引入到海洋井口采油树装置的检测中，为开展该装置的风险评估奠定了技术基础。同时，通过对海洋井口采油树装置风险评估方法进行研究，确定了其风险评估标准体系建立的必要性，探讨研究了其风险评估流程。海洋井口采油树装置检测及风险评估方法的研究工作尚处于探索和完善阶段，但检测及风险评估的意义重大，仍需广大技术同行共同努力。■

［1］唐枨浩，邓勇刚，刘念念.声发射检测技术在井控装置安全测评中的应用[J].钻采工艺，2008(2)：135-136.

［2］单宝华，喻言，欧进萍.超声相控阵检测技术及其应用[J].无损检测，2004(5)：235-238.

［3］任吉林，林俊明，任文坚，等.金属磁记忆检测技术研究现状与发展前景[J].无损检测，2012(4)：3-11.