海底管道延寿评估现状及关键要素探讨

张东卫、李庆、夏日长、孙祥杰、马坤明

（海洋石油工程股份有限公司天津 300459）

从上个世纪八十年代开始，伴随着国内海洋石油工业的开发进程，海底管道也开始同步建设。目前部分油田的海底管道已到达设计寿命，但是区域油藏储量依然可观，因此有必要对海底管道状态进行再评估（即延寿评估），确认其是否满足继续服役的要求。

海底管道延寿评估是一项系统性的工作，评估受外界环境、操作参数以及管道腐蚀等多方因素的制约和影响。如何使延寿评估考虑的因素更全面、流程更合理，结论及建议更贴近油田生产实际是一项复杂的工作。在工程领域如何从评估的角度对在役管线进行科学评估是难点，特别是对于已存在诸如腐蚀等缺陷的管道仍需长期服役的情况。

近些年，智能内检测技术开始在国内逐渐开展。从一定意义上讲，有了管道的智能内检测，才有了管道的完整性管理。但是在现实中，国内仍有一定数量的海底管道由于某些原因不能进行智能内检测，对于这部分管道如何真实地评估管道内部腐蚀情况，仍有一定的难度。

1 国际各国对海管延寿的要求

挪威和英国北海地区的许多海上固定设施已经使用了30年以上。尽管其中一些已经退役，或将在未来退役。但是仍有相当数量的设施仍在服役，作业者表示计划在其可预见的未来继续服役。本节梳理了主要海上油气生产国对海管延寿的规定和要求。

1.1 挪威

挪威规定要求海上作业公司在计划继续使用超过原设计寿命的设备设施时，必须征得挪威石油安全局(PSA)的同意。PSA作为技术和操作安全的监管机构，对设备设施延寿采取了积极主动的态度，重点是标准化、制定指南、改进方法论和建立该方向的专业知识。由 PSA 委托挪威科技大学（NTNU）编写的报告SINTEF A15322[1]，旨在总结和讨论与海上设施老化相关的各个方面、设施完整性风险以及如何在寿命延长过程中处理这些问题。该报告包含老化和延寿管理的一般概念，并提到需要进行延寿评估的各种类型系统/设备的细节。

挪威石油和天然气协会发布了指南 122[2]-挪威石油和天然气寿命延长管理推荐指南。在 2017年的最新修订版中，该指南描述了作业者应如何执行延寿过程。

1.2 英国

英国面临与挪威类似的挑战：据 Stacey (2008)称，其所有平台中约有 50% 已接近或已超过其原始设计寿命。

健康与安全执行局 (HSE) 监管机构从2000年开始启动KP1项目（key Program 1），每四年一个周期，到2013年执行至KP4[3]。项目旨在关注重要设备设施的完整性，减少海上油气泄露事故发生，应对老龄化和延寿挑战。对于生产管道，该项目确定了需要特别需要关注的领域，例如需要进一步制定针对管道的延寿政策，以及在无损检测数据和智能通球中验证腐蚀模型。

英国石油和天然气公司制定的《英国大陆架海上油气设施老龄化及延寿管理指南》主要目标是帮助作业者有效管理资产老化并对超出预期使用寿命的设备设施继续使用的决策提供帮助。

1.3 巴西

巴西针对海底系统的法规是由ANP第41/2015号决议《海底生产系统操作安全管理系统技术法规》（最广为人知的是 SGSS）[4]。该技术法规由巴西国家石油、天然气和生物燃料局 (ANP) 监督，由运营安全和环境监督局监督执行。该条例第25章专门针对延长寿命，包括延长寿命评估的六个必要因素。

巴西目前还没有像其他国家那样制定相应的规程。通过基于绩效的监管，每个作业者可以在遵循SGSS要求的前提下，建立一套自己的方法。

该法规规定，需要在到达设计寿命后继续运行的海底系统作业者必须在寿命结束前至少一年向 ANP 报告。

2 技术规范

目前相关国际机构或组织已经形成相关标准[5,6,7]，如ISO 12747Recommend for pipeline life extension、NORSOK Y-002 Life extension for transportation systems。同时也已经形成了一些的缺陷评估规范，如DNVGL-RP-F101、DNVGLRP-F108、ASME B31G、BS7910、API 579/ASME FFS-1等[8,9,10,11,12]。

2.1 ISO

ISO 12747提供了一种通用的管道寿命延长评估方法，可供行业内作业者应用。

该标准提供了一个较为全面的流程，详细说明了评估的所有必要项以及评估流程，从管道的数据收集开始，评估管道系统的完整性并且进行未来危害因素识别，最后进行延寿阶段管道状态评估进而形成评估报告。对于关键的危险因素如腐蚀、疲劳、裂纹等与时间相关的因素，给出了评估要求及推荐方法。

需要注意的是该标准适用于钢质金属管道，不适用于柔性管和脐带缆等柔性部件。

2.2 NORSOK

NORSOK Y-002 规定了海底管道系统延寿评估的基本原则，其适用于井口到平台、井口到浮式设施、平台间以及平台至陆地终端之间的管线。它描述了在延寿过程中的一般方法。与其他标准一样，它也提到完整性管理系统是最重要的信息来源之一，并将构成延寿流程的基础。

2.3 DNV

DNV-RP-F116 是海底管道系统完整性管理规范，它不是针对管道延寿但是同样关注到这个问题。规范指出在管道系统再认证或延寿的情况下，应记录重新评估过程相关的所有信息。有关延长寿命的更多详细信息，该规范推荐参阅NORSOK Y-002 和 ISO 12747。

3 关键要素

总结上述标准不难发现，这些标准基本是针对钢质管道，从管道失效机理出发。因此对于软管也可以从这个角度考虑。

本文认为延寿评估是整个延寿流程的一部分。整个延寿流程包括前期的启动以及后期的相关政府的报批审核等流程，而延寿评估只是整个流程的一部分。对于这部分工作关键步骤如下：

1）确定范围

2）识别风险

3）完整性状态评估

4）再评估

5）改造/缓解措施及建议

在进行评估过程中需要重点关注：

1）评估前检测

2）估基础数据的选择，宜选用最新环境数据

3）评估应重点关注与时间相关的退化机理，如腐蚀、悬跨、外防腐等。

4 关键问题探讨

如本文开篇所说，海底管道延寿评估是一项系统性的工作。基础数据的完整情况、后期完整性策略的执行情况以及新知识、新技术的使用，都影响到管道是否可以延寿，是否可以达到预期的使用目标。在上述延寿流程的基础上，总结了以下延寿评估应额外关注的一些问题，以及对新方法新技术应用的展望。

1）延寿评估应谨慎

管道延寿在安全和风险方面面临挑战，作业者应在经济和安全中寻找平衡。

不是所有的管道都可以延寿，或者如果目前的管道数据不足以支持管道延寿。相比之下，更换管道可能是一个更好的选择。

这些管道数据包括管道设计数据、运营数据、改造数据、评估前的检测数据（内检测、外检测）。如果作业者提供的数据不全，则数据可能不足以支撑管道延寿的决定，因为工程师不能够了解管道当前的完整性状态。

2）重视延寿报告的完整性管理策略

延寿评估不仅是要给出管道是否可以延寿的结论，当然这是最重要的结论，更为实际的是给出管道后续的完整性管理策略。作业者希望达到延寿的目标，就需要根据管道现状以及后续生产需求调整完整性管理策略，完整性管理策略应作为延寿报告的一部分重要内容。

延寿结论是有条件的，评估过程中的假定和要求，都应该成为作业者后续关注和努力的目标，这样才能使管道朝预期的方向发展。

因此有学者指出，管道延寿=完整性管理。

3）最新知识的作用

面临延寿的管道是基于多年前的设计规范进行设计的。但是海洋工程是一门活生生的应用科学，因此规范伴随着经验会进行更新。

基于管道服役状态的最新相关知识，有助于提高管道的完整性管理策略和延寿评估质量。比如隆起屈曲在多年前的设计中并不被重视，但是根据最新的经验在延寿中应予以考虑。

延寿评估宜采用原始设计规范，但应识别原始设计规范与新规范之间的差别。特别是原始规范考虑不足之处在延寿评估中应予以考虑。

4）新的技术和软件在完整性管理中的作用

随着作业者对管道完整性管理及安全的重视，在科技进步的支撑下，近年来一些新的技术和软件开始应用在管道完整性管理中。这些包括检测工具、评估软件和维修缓解工具。

Tr a c e r c o 公司发明了一种立管检测方法DiscoveryTM，用于检查立管并通过收集有关完整性相关的实时数据（包括管道腐蚀、点蚀和壁厚变薄），确定立管是否可以延长原始设计寿命。

Trelleborg Offshore公司考虑增加相关监测设备、传感器，监测管道膨胀吸收、涂层变化、温度等参数。

AIE公司开发了Veracity Pipeline软件，通过使作业者能够全面评估和清楚地了解影响其管道系统的风险来协助其进行管道风险管理，以便在预算设置、规划和资源部署方面做出明智的决策。

5）关注管道的失效形式

决定不同类型的管道寿命的因素不同，失效形式也各有差异。动态软管或电缆的服役寿命一般取决于疲劳，而输送腐蚀性介质的钢管寿命一般取决于金属损失。

作为延寿的重要一步，管道延寿应进行风险评估，分析可能影响管道寿命的失效形式和破坏类型。关注与时间相关的退化因素，以及可能的意外损伤。

可能的失效类型：内腐蚀、冲蚀、外腐蚀、疲劳、屈曲、稳定性、物理损伤（凹坑/冲击）、附属件状态（阀门等）。另外关注外界环境是否有变化（海洋环境、地质土壤等）。

对世界范围内管道失效历史原因的回顾和分析表明，腐蚀特别是内腐蚀，是报道最多的海底管道失效原因，其次是海上活动(如锚或拖网破坏和船只碰撞)和自然灾害（如风暴和泥石流）。其他典型的威胁包括侵蚀、自由悬跨（造成的疲劳失效）和屈曲。

6）管道延寿中应特别重视防腐工程师的作用

在钢质海管的延寿中，防腐工程师的工作非常重要，甚至起决定性的作用。缓蚀剂、管道内涂/外涂、阴极保护或者其他技术手段可以帮助管道延长使用寿命。

5 结论

海底管道延寿评估工作，既是一个管理问题，又涉及到技术问题。从管理流程来说，需要作业公司和专业技术公司共同梳理出一套适用于作业区的流程、做法。从技术角度来说，需要进一步加强评估技术的研究和检测/维修工具开发。海管延寿评估应以海管的完整性管理为基础，通过相应的技术手段对海管后期服役的风险进行评估，并根据评估结果修正海管完整性管理策略，确保管道的安全运行。如果管道当前状态不满足延寿需求，或者管道数据不支持其继续使用，那么延寿评估应谨慎，提出对应的缓解、干预甚者更换措施。