海底管道完整性管理方法概述

＊周大可

（中国石油天然气管道工程有限公司 河北 065000）

1.海底管道完整性管理的概念

海底管道完整性是指海底管道系统在其生命周期内，能够在承受各种荷载的情况下正常操作，始终保持安全有效地输送介质。海底管道完整性的具体含义包括以下三个方面：管道的自身状态和使用功能安全可靠；运营商能够全面获取管道全生命周期内的运行情况；持续采取措施控制风险，避免各类事故的发生。

海底管道完整性管理的定义是：管道运营企业为了保持海底管道的完整性，采取一系列经济高效的管理活动保证安全运行，将海底管道的风险水平控制在合理可控的范围内。

海底管道完整性管理的目的是：识别和评价海底管道全生命周期内的风险因素，制定相应对策进行调整；做好典型事故应急预案并加强演练，避免出现突发事件时处理不当，造成经济损失和人员伤害；确保海底管道系统安全运行，以保障公共设施、环境和财产安全。

2.海底管道完整性管理发展现状

(1)海底管道完整性管理工程背景

由于海上复杂多变的环境条件影响，海底管道经常出现失效、损伤和破坏等一系列风险因素，导致其安全性和经济性面临严峻挑战。

国外方面，根据英国石油管理局（OGA）的统计数据，截至2000年，北海在役的钢制管道、柔性管道和管道附件的事故共计396起，其中钢制管道事故209起。美国矿产管理局（MMS）的统计数据显示，在1967年至1987年，墨西哥湾海底管线失效事故共计690起，平均每年失效事故35起。

国内方面，在1986年至2016年，中海油在国内海域共铺设315条海底管道，在投入运营的30年间共发生51起事故，原因主要为腐蚀、工程质量、第三方破坏和自然灾害等四个方面。

(2)海底管道完整性管理产业和技术现状

目前，国际上大部分油气管道运营商通过自主研究、合作开发和兼并购买等方式建立了自己的海底管道完整性管理系统，在实际工程应用中不断积累作业信息和数据，同时从技术服务公司引入先进技术，持续进行改进和优化。

国内海底管道完整性管理技术还处于起步阶段。中海油蓬莱19-3油田的海底管道是国内海上油田首个采用资产运营完整性管理的海底管道。中海油自2008年启动海底管道完整性管理研究项目，初步建立了海底管道的数据管理系统。目前正在研发包括数据管理、风险评价、管道内外检测、稳定性分析、悬跨分析和位移分析等功能的海底管道完整性管理系统。近年来，中石油累计投入超过1亿元进行管道完整性管理软件的研发，目前软件系统已经在陆上长输管道中成功应用[1]。2020年7月，中石油香港支线海底管道完整性管理系统上线，实现了基础数据管理、风险管理、二维和三维地图管理、作业管理、应急管理、HSE管理及计量管理等主要功能。

我国目前拥有海底管道6000多公里。其中，超过5000km的海底管道自投产以来未进行过任何清管和通球等基本的维护作业。超过1000km的海底管道无法实现内检测作业。随着在役年限的增加，海底管道的安全风险持续升高，运营成本逐步增加，因此完整性管理逐渐开始引起相关企业的重视。

(3)海底管道完整性管理相关标准和规范

目前，国外相关公司和机构针对陆上管道的完整性管理建立了比较完备的标准和规范。API 1160-2201《危险液体管道完整性管理系统》、ASME B31.8S《输气管道的完整性管理系统》以及相关的法律法规，都给出了陆上管道完整性管理的任务范围、工作流程和具体的实施方法[2]。

针对海底管道完整性管理的相关标准和规范较少，DNVOS-F101《海底管道系统》最先建立了海底管道完整性管理体系，提出在概念开发、设计和建造阶段建立完整性体系的过程中需要考虑的主要影响因素。DNVGL-RP-F116《海底管道系统完整性管理推荐做法》主要描述海底管道在操作阶段的综合流程，包括风险识别、计划、监测、检测和维护工作，并针对钢制海底管道和附属构件，提出了海底管道完整性管理的推荐做法[3]。但规范中没有考虑上部控制、化学药剂系统和影响管道系统完整性的阀门等部分的维护活动。2015年，国家能源局发布了等同采用DNV-RP-F116的标准SY/T 7342-2016[4]作为国内石油天然气行业的推荐标准，为海底管道系统全生命周期的完整性管理提供技术要求。2017年，ISO（国际标准化组织）批准正式发布了ISO 19345-2 《管道完整性管理规范—第2部分：海洋管道全生命周期完整性管理》，针对海洋管道提出了完整性管理的具体要求和推荐建议，涵盖了管道设计、施工、投产、运行、维护和废弃等全生命周期的各个阶段。

3.海底管道完整性管理体系

海底管道完整性管理体系是对海底管道完整性管理工作的组织、管理、控制和支持的总则，是运营商资产管理的一部分，并在实际生产过程中不断总结、更新和改进。体系文件应覆盖文件和数据管理、前期研究、工程建设、运营维护、废弃管理、绩效考核与改进等不同阶段。根据建立完整性管理体系的基本原则和要求，结合海底管道施工和运营过程的特点，提出海底管道完整性管理体系。具体内容如图1所示。

图1 完整性管理体系

海底管道完整性管理体系包括组织管理、文件和数据、核心过程和价值提升四个方面的内容。其中，管理体系规定了完整性管理工作的总体方针，并指导整体工作的计划和开展；文件和数据包含了完整性管理工作全过程中遵循的技术标准以及汇总的相关文件和数据库；核心技术明确了海底管道全生命周期内不同阶段的技术方案，包含详细的工作计划和方法；价值提升是对各阶段和整体的完整性管理工作进行评估，总结相关经验并持续改进和提升。

4.海底管道完整性管理方法

(1)海底管道完整性管理工作范围和流程

海底管道完整性管理工作是涉及规划、执行、评估和记录等方面长期的不断循环的过程，其范围主要包括建立完整性和维护完整性两方面内容。建立完整性是指在海底管道前期研究阶段和工程建设阶段进行设计审查和风险评估，从而制定完整性管理计划。维护完整性是指在海底管道从试生产到运营维护再到废弃阶段，通过检测和试验进行数据的采集与整合，并根据完整性评估结果对管道进行干预和维修。

海底管道完整性管理工作的具体流程如图2所示。

图2 全生命周期内完整性管理工作范围

(2)海底管道完整性管理关键技术

海底管道完整性管理过程主要包括四项关键技术：风险评估、检测监测、完整性评价和维修维护。如图3所示，在具体工作实施过程中，上述技术需要在海底管道全生命周期的各个阶段循环执行，各项技术之间具有较强的关联性。

图3 海底管道完整性管理关键技术

①风险评价技术

风险评估是指，通过了解管道系统在生命周期受到的威胁和风险，从而允许操作人员关注完整性管理活动，防止和减缓失效。其主要目的是确保管道系统服役期内设计阶段的安全水平。风险评估的具体过程为，首先建立设备范围，包括可能危及系统完整性的所有管道设备和相关部件。收集并整合数据信息，用于识别可能发生的危险情况。最常见的海底管道风险主要包括腐蚀/侵蚀、第三方风险、结构风险、自然灾害的风险以及操作不当的风险。完成对管道系统的风险识别和数据收集之后，便可进行风险评估工作，根据获取的数据和资料，按照文档化流程实施风险评估。最后根据风险评估结果建立和执行完整性管理流程。

②检测监测技术

检测和监测是为收集作业数据以及表明部件状态的其他类型信息所采取的状态监测活动。检验和监测的具体过程为，在工作开始前应根据工程情况制定详细的检测计划，包括规格书、作业流程、设备采办和人员安排等要素。然后进行检测作业并编制初步的检测报告，最后对报告和文件中收集数据进行质量评估。

检测和监测技术水平决定了海底管道完整性评价的准确性，检测和监测技术的关键是提高测量数据的精度，获取有效的分析结果。目前，采用高精度的在线检测技术、缺陷实时监控技术、网络化数据采集并结合卫星通信技术、红外遥感技术、GIS等现代先进信息技术等，可以实现快速准确地获取数据。同时，操作人员应建立可靠的信息处理系统，对数据进行分析和控制，提高其动态性和完整性[5]。

检测和监测方案需要结合风险评价结果确定，对于高风险的位置或区域，适当提高检测范围和次数，能够尽早发现问题并及时上报。对于低风险的位置或区域，可以考虑减小检测次数和范围，在保证安全生产的前提下降低成本。

③完整性评估技术

完整性评估是指以历史数据为基础，结合腐蚀速率、侵蚀速率、裂纹扩展和拖网频率等预测模型，对已经发生的损坏和异常或事故的潜在风险进行评估。完整性评估的具体过程为，针对评价的对象以及相关数据资料，结合危险因素确定相应的评估方法和计划，最终按照计划的时间节点进行评估。

完整性评估技术的关键在于，针对不同的损坏和异常情况，选择合理方法进行评估。表1中给出了海底管道常见的不同类型损伤的完整性评估方法。

表1 海底管道不同类型损伤完整性评估方法

在海底管道完整性评估过程中，每种损坏和异常情况都具有不同的特点。作业人员应该融入具体的知识理论和技术方案，完善各种损伤类型的评价方法体系，提高完整性评估结果的科学性和有效性。

④维修维护技术

维修维护是指通过加强或替换管道受损部位，使受损管道系统功能和结构的完整性重新符合相关要求。维修维护的主要过程为，首先根据管道受损情况制定详细操作计划，由具备相关经验和资质的人员按照批准的程序执行相关工作，最后针对完成修复的管道部分进行完整性和功能性的认证，包括无损检测程序、通过试验点进行的局部泄露试验以及记录的关键参数等。DNVGL-RP-F113《海底管道维修》中给出了管道修复部分完整性和功能性的认证程序。

维修和维护应按照完整性评估结果实施，根据管道发生风险的可能性和受损程度判断是否需要采取相应措施。同时，维修和维护作业方案也将影响下一阶段风险评估和检测监测计划。对于重建或大修的管道，考虑延长风险评估周期和检测频次，降低运营成本。对于不实施维修或进行简单维修的管道，需要提前进行风险评估和检测以降低出现风险的可能性。

5.结语

海底管道完整性管理工作有助于降低管道全生命周期内的风险，提高管道设备设施管理水平。针对海底管道完整性管理工作的开展提出以下几点建议：

（1）完整性管理工作涉及大量海底管道工程领域相关的理论和技术，在具体实施过程中应根据工程实际情况，不断引入新技术和新方法，提高海底管道完整性管理的技术质量。

（2）开发全面系统的完整性管理工具，实现全生命周期内工作内容的集成及信息化管理，提升海底管道完整性管理水平。

（3）进一步完善相关法律法规和标准规范体系，更加全面和系统地对海底管道完整性管理工作进行约束和指导，优化工作方法和流程，保证海底管道的完整性和安全性。