MS1000声呐在海底管道泄漏点检测中的应用
2021-06-29成二辉于银海
成二辉* 于银海 薛 方 赵 刚 张 宇
（海洋石油工程股份有限公司）
0 引言
海底油气管道长期受到海水腐蚀、海洋生物破坏、近海养殖和捕捞以及其他机械外力等因素的作用，不可避免会产生局部泄漏。据统计，海底管道泄漏事件时有发生，后果也较为严重。由于缺乏相应的泄漏检测技术，不能及时确认泄漏的具体位置，使修复工作不能在第一时间完成，造成污染越发严重，经济损失进一步增大。
近10多年来，国内外学者不断加大对海底石油管道油气泄漏检测技术的研究，提出了各种检测方案。目前已经有专业公司研制了各种设备，如手持式或者加载在ROV上等设备，这些设备在许多泄漏检测应用中取得了很好的效果。
将MS1000声呐应用在海底管道泄漏点查找中大大提高了泄漏点的定位速度和准确度，为海底管道后期维修争取了宝贵的时间。
1 海底管道泄漏点检测技术原理及适用范围
海底管道泄漏点检测方式的可分为两种：内部检测和外部检测。
1.1 内部检测技术
目前，基于内检测技术的海底管道漏点检测方法主要包括质量平衡或者体积平衡法、改变率方法、压力点分析法、波动预警系统法、压力或流量偏差法、声学辐射系统、基于化学方法的系统、温度轮廓线、光纤传感技术、无线电跟踪技术以及漏磁检测法等。表1所示为内检测技术原理及适用范围。
表1 内检测技术原理及适用范围
1.2 外部检测技术
采用外检测技术的海底管道漏点检测查找方法包括基于光学的检测方法和基于声学的检测方法两种。表2所示为外检测技术原理及适用范围。
表2 外检测技术原理及适用范围
受到多种因素的影响，海底管道发生泄漏后操作性较好的检测手段受到较多限制。由于大部分海底管道处于掩埋状态，再加上海水浑浊等不利因素，海底管道的小泄漏点很难被发现或者精确定位。
2017年12月，渤海某注水管线发生泄漏，该项目首次使用了MS1000声呐设备对泄漏点进行了定位，取得了良好的应用效果。
2 MS1000声呐在海底管道泄漏点查找中的应用
2.1 MS1000声呐的原理
采用MS1000扫描声呐检测是外检测技术中的声学检测方法，该声呐是一种主动声呐[1]。这种技术通过360°旋转声呐探头，得到较清晰的水下图像，再将多个图像镶嵌拼合，形成较大范围的图像，还可以测量物体大小、距离和方位。通过这种探摸方式，获取直观、清晰的水下图像，克服水质影响及潜水员视角狭窄等不良条件，对目标物体形成数字化的图像。
采用支架将探头布放在水下，通过电缆与水上甲板单元相连接，甲板单元负责供电及通讯；声呐获取信号后由电脑中的MS1000软件进行处理。同时，系统还可以与DGPS相连，在声呐图像中增加位置信息。声呐连接系统如图1所示。
图1 声呐连接图
MS1000探头布放在水下，通过电缆与水下甲板单元连接，甲板单元负责供电及通讯；声呐获取信号后由电脑中的软件进行处理。同时，系统还可以与DGPS相连，在声呐图像中增加位置信息。换能器以一定的波束角度发射声脉冲，当声波遇到物体或海底会反射回波，回波信号被声呐接收后，根据信号时延和强度形成图像。然后声呐探头以一定的角度步进旋转，再次重复发射和接收过程。最后旋转360°形成一幅完整的海底图像。
2.2 应用背景
2017年11月，某油田DN400 mm注水海底管线发生泄漏，泄漏点位置距离平台约1.2 km，现场两艘船舶根据水面气泡，对疑似泄漏点位置进行了初步定位，共发现3处疑似泄漏点。
MS1000设备大大提高了潜水员水下作业效率。通过电脑成像进行初步识别，后期通过潜水员水下探摸的情况进行校核，基本可以锁定注水管线的泄漏点范围。在修复阶段，该设备共使用了4次，每次都准确地识别了水下漏点周边地貌情况，为潜水员水下作业提供了依据，大大缩短了潜水员水下探摸的时间。
2.3 应用过程
MS1000设备的投入使用主要可分为以下几个步骤：调查船在疑似泄漏点抛锚就位；MS1000设备水上单元布置；通过三角架将声呐下放至海底；打开声呐获取扫描影像；图像信息分析；完工调查，设备再次使用。图3所示为声呐通过三脚架在海底进行布放，图4所示为图像信息分析情况。
图3 声呐通过三脚架在海底进行布放
图4 图像信息分析
2.4 应用效果
长期以来，海底管道的泄漏探摸调查一般首先由潜水员绕圈探摸来确认海底管道的具体位置，之后延海底管道路由方向进行排查，寻找泄漏点。由于水下水质及潜水员视角影响，导致水下可见度较低，且视线范围较小，难以将探摸情况形成整体的直观图像。
在前期探摸调查时采用MS1000结合管线注气的方式，通过电脑成像定位漏点位置，潜水员入水后可依据成像指示，仅用8 min就找到了30 m以外的泄漏点，大大提高了潜水员的水下作业效率。
3 结论
MS1000声呐在海底管道泄漏点查找中的应用大大提高了海底管道泄漏点检测效率，为海底管道损伤评估提供了基础数据，为下一步海底管道维修决策争取了时间。这种新的探摸调查方式具有操作方便，操作简单，作业效率高，受天气及周围施工影响小，并且成图直观，准确性高等优点，可以在水下结构物检测中推广应用。
