浅析浅海石油平台海生物机械物理清理方法

易伟(中海石油(中国)有限公司海南分公司，海南 海口 570100)

0 引言

伴随着海上石油开采行业的兴起，对于浅海油气开采装置，如固定导管架平台、FPSO、自升式钻井平台、半潜式钻井平台作业船舶等大型海洋石油设施也越来越多，但在这些装置的桩腿或者水下部分结构表面，各隔水套管、护管、海管立管表面等典型部位因海生物的附着与代谢、积垢对浅海导管架式石油平台水下结构造成一系列影响[1]。

(1)增加其自身的重力载荷；

(2)增加横向载荷，受洋流影响加剧导管架横向受力，并减弱平台抗风暴能力；

(3)对于浅海区，水深较浅导管架，海生物附着导致海底基础冲刷加剧；

(4)海生物分泌物一般呈酸性，加剧导管架钢结构腐蚀程度；

(5)随着海生物附着厚度增加，难以发现导管架机械损伤，干扰平台结构的检验；

(6)对海水提升泵等泵类吸入口造成堵塞；

(7)影响平台阴极保护性能。

根据浅海平台海生物清理要求不同，可分为普通清理和特殊清理。对于普通的清理工作，仅需将海生物除去即可，但此类清理范围较大，几乎涵盖整个水下结构表面。但针对浅海地区水深影响以及潜水技术与经济成本考虑，且随着水深加深附着海生物以软质为主，并逐渐减少，故目前清理水深一般为水面至水下50 m左右。对于复杂的水下无损检测，比如五年特检等需要对平台结构进行检测，就需要进一步通过去除海生物，进行打磨去掉表面的油漆附着物，直接对焊缝或者结构本体进行检测。

以北部湾海域两个井口平台为例，不到三年时间井口平台1海生物附着厚度平均约14 cm，井口平台2海生物附着厚度平均约20 cm，其结构构件上硬质贝类海生物附着较多。查询井口平台导管架维护手册，依据原详细设计要求，结构设计的最大海生物厚度为5 cm，而依据设计基础最大厚度可达17.0 cm。在平台服务期内，需要及时清理海生物，保证最大厚度＜5 cm，该项要求会显著提高规范推荐的检测频率。在工程检测中应包括海生物厚度的检测，在初期建议半年检测一次，掌握海生物生长规律后，可根据海生物生长规律调整检测频率以减少费用。

由于海域以及水深差别，此处仅分析海生物需要清理的必要性，不做海生物具体生长速度以及趋势的估测。其外，依照《在役导管架平台结构检验指南2013》，其中也有关于海生物厚度测量与清除的要求，海生物厚度不得超过平台设计的允许量或平台经安全评估确定海生物需要清除时应进行清除，同时在检验牺牲阳极时也需要清除表面海生物。

目前海生物清理技术主要有手工清理、MGP机械摩擦式清理、高压水清洗和空化射流清洗。文章将对后面三种清理方式进行重点讲述，并比较其优缺点，同时对目前现有海生物的防范措施进行论述。

1 MGP(Marine Growth Preventer)机械摩擦式清理

这是一种安装在海洋固定导管架式平台结构件、隔水套管或者海管立管上的环状防海生物装置MGP(Marine Growth Preventer，以下简称MGP)在海洋自然力的作用下连续的撞击构件，并不停沿着构件往复运动，有效清除海平面附件飞溅区海生物，通过机械作用力摩擦刮除海生物，有效的去除现有的海生物并抑制海生物在飞溅区导管架上的附着生长。

MGP是由一种耐海水与风化老化的工程塑料做成的环状结构，可以安装在导管架或者横向、竖直、斜向的结构杆件上，在潮汐、海浪拍打等自然力推动下，持续性的做摩擦往复运动对海生物进行清理[2]。

在国内海上油气田中，在其导管架上便安装了该防海生物装置，也取得了良好应用。

现场实际应用图片以及MGP实物照片如图1、图2所示。

图1 MGP现场应用

图2 MGP现场实物组装

MGP对海生物的机械清理效果比较直观，从图片可以清晰看到靠近海面的飞溅区刮除效果以及残留表面比较光洁，而且油漆表面也起到了很好的保护作用。

虽然如上述现场实际应用情况了解，该机械装置能够有效的刮除海生物和抑制表面附着缓解海生物生长，但MGP的使用寿命始终还是受自然海况、台风等恶劣天气影响，过程中可能由于台风天气引起巨浪等较大的作用力产生碰撞导致损坏，以及自身老化等原因影响使用寿命。

2 高压水射流清理

通过使用高压水射流来清洗桩腿及结构件附着海生物是近年来应用较为普遍的一种清洗技术，通过形成高压的射流形成较强的打击和剪切引起破碎应力，当超过垢面或海生物附着力后，达到清理的目的。

高压水清洗装置一般由地面的增加泵、高压软管、水下高压喷枪枪头组成。该清洗装置在清洗过程中产生的喷射压力通常在10 000至20 000 psi之间,但是由于压力很高不可避免的会对结构表面的防腐涂层产水破坏，一旦达到20 000 psi以上压力便可能切割钢铁类材料，所以高压水清洗也不可避免的存在高风险，如果使用不当，可能会伤害到作业人员自身，严重甚至致残，所以在使用过程中需要极其小心，避免高压导致的次生危险。

之所以高压水射流清理被大量的普遍性应用于浅海海上装置附着的海生物以及成为无损检测表面清理的主要措施，主要还是因为其具有节能环保、效率较高的特点。但由于其压力高，且为潜水作业，伴随的危险性相对较高。故在操作过程中必须具备资质以及按照ADCI 商业潜水与水下作业国际公认标准执行[5]并严格遵守高压水的安全操作规程。

3 空化射流清理

目前，国际上还有一种正在大量被推广应用的水下清洗清理海生物的技术被称作空化射流技术，它是将压缩空气与高压水融合，通过空化作用加入到射流技术中形成新型的射流技术。通过其配套的设备对压力、流速等参数进行控制使水流束在经过空化喷嘴时生成大量的空化气泡，在需要清洁的表面小范围内生成高达140到170 MPa的微射流冲击[3]，进而清理海生物等附着物，在清洗锈迹和剥落的油漆时，不损坏底层油漆和清漆防垢防腐涂层。

但空化作用对物体表面造成的空蚀的机械作用范围也是有限的，对清理的壁面受到气泡溃灭时的高压射流与冲击波双重作用达到清理作用，但超过一定距离范围，则壁面的破坏主要则以冲击为主，达到的效果也会受到减弱[3]。

在清理过程中，空化效应产生不同的频率振动，通过空化射流传递至海生物或者结构件壁面时，其结构与附着物也随着不同频率振动，破坏被清理物的附着力。与传统的机械摩擦式清洗、高压水清洗、手工清洗海生物，空化射流技术具有以下优点:

(1)清洗效率高，大范围清洗时，每小时清洗面积可超过1 500 m2。

(2)清洗的形状全，包括船用螺旋桨、舵、海底门、平台水下结构部分；

(3)清洗工序安全环保，清洗射流压力小，对使用者造成危险较小；

(4)小压力的清洗射流能除掉污垢，且保证处理表面的清漆和油漆防污防腐涂层；

(5)在运行清洁过程的时候无需更换工具和消耗材料，节省物料与时间；

(6)容易操作，不需要特殊操作技术上的培训。

结合上述的MGP机械摩擦式清理、高压水射流清洗、空化射流清洗三种方法，可以得知：

(1)MGP机械摩擦式，其优势在于可以利用潮汐海浪天然能量、且选择型号多、安装方便、能有效抑制尤其隔水套管海生物生长，但也受较大风浪如台风影响损坏导致成本增加，复杂结构难以清理，以及水下部分难以覆盖等缺点限制。

(2)高压水射流，节能环保、清理效率高且可靠的优势，但要求操作人员技术娴熟，避免过程造成人员受到高压伤害，且可能破坏原有的结构油漆等保护性涂层；

(3)空化射流，同样具有节能环保、清理效率高的优点，且不会破坏或者较轻度的破坏油漆等保护涂层，此外对操作人员的技术要求相对更低，不会对操作人员产生因为高压带来的危险，但缺点就是清理的残余程度可能较高压射流清理后的高。

4 结语

近年来，对浅海海上石油平台进行海生物清理已经成为一项较为重要且常见的作业，较为常见的还是以高压水清洗为主导，而空化射流近十年在国外得到了大量的普及应用，但在目前国内的海上装置海生物清理中比较少见。随着海洋石油设施由于对设施检验、载荷影响、设计海生物附着厚度限制多方面的因素考虑，高压水射流清洗技术也在海上石油设施得到了广泛的应用于普及。而空化射流技术虽然目前在国内尚属于兴起应用阶段，但鉴于其更能保障作业人员的人身安全、有效保护设施表面的防腐层的突出特点，在海洋石油设施清理行业中有着广阔的应用前景和发展空间。

近期在北部湾海域某两个井口平台就采用了该种空化射流技术进行了海生物的清理，历经1个月的施工，两个井口平台的作业清理面积达到4 800 m2，有效减轻了平台所受波流载荷的影响，本次海生物清理作业引入的空化射流方式为今后类似作业提供了良好借鉴。