冀东油田海洋钢桩海生物附着危害分析及应对措施

李祥银，代兆立，张彦军，张传隆，刘进鹏

1.中国石油冀东油田南堡作业区，河北唐山 063200

2.中国石油集团工程技术研究有限公司，天津 300451

冀东油田位于渤海湾北部沿海，沿渤海湾滩海地区建有5个人工岛，其中建有海上生产导管架平台1座。人工岛码头不同于大型港口的码头，规模相对较小，本文将这种人工岛的小型码头等称为登陆点。

人工岛登陆点引桥码头下有各种钢桩700多根，从投用至今约有10年的时间。为了保证安全生产，2018年对油田的各种海洋钢结构钢桩（包括登陆点钢桩及海洋平台钢桩）进行了检测和维护，检测内容包括：外观检查、钢桩壁厚检查、阴极保护效果检测等。检测中发现，海洋钢桩表面海生物附着严重，最严重处海生物附着厚度达50 cm。为此，本文对海生物附着问题进行了分析、研究，并提出了相应的应对措施。

1 冀东油田登陆点钢桩海生物生长机理及规律

1.1 登陆点钢桩海生物生长机理

登陆点钢桩海生物群落形成的机理如下：首先是有机碎屑黏附在钢桩表面上，形成一层生物薄膜，这层薄膜为微生物细菌的附着提供了可能，成为污损物附着的温床；微生物附着在这层薄膜上之后又形成一层微生物膜，这就为细菌提供了附着的基础，随后细菌可以在很短的时间之内生长繁衍形成菌落；随后单细胞真核生物附着；再接着是多细胞真核生物的附着。这就形成了一个复杂的微型生态系统，在浸水物体表面形成由细菌和硅藻为主的生物膜。生物膜形成以后，在海洋中漂浮的其他附着生物的幼虫和孢子，当其随机到达带有这些生物膜的浸海钢桩基体表面时，就附着在钢桩表面上逐渐形成海洋污损物。附着的过程主要是与表面发生接触滑动，在适当位置分泌黏液，而后强有力地附着在基体表面，然后开始生长，最终形成海洋生物群落[1]。

1.2 登陆点钢桩海生物生长规律

登陆点海洋钢桩（包括阳极）海生物多为硬质海生物，覆盖率约70%～80%，以海蛎子为主，最大厚度约50 cm，平均厚度约15 cm。4个人工岛中，1～3号人工岛海生物附着数量多，覆盖面积较大，4号人工岛相对较少。

硬质海生物上面长有软质海生物，硬质海生物主要是藤壶、牡蛎等，软质海生物以海葵与海草为主，覆盖率20%～30%，最大厚度5 cm，平均约2～3 cm，在钢结构表面附着牢固，极难清理。

海生物生长无明显规律，钢结构复杂处，如KTY结构处，海生物易于附着，数量较多，厚度较大；在钢结构洋流的背浪面海生物附着较多，迎浪面受到冲击附着较少。海洋钢桩海生物附着情况如图1所示。

图1 海洋钢桩海生物附着情况

2 海生物附着对海洋油气生产的危害

海洋附着生物对海洋结构物的影响很大，主要危害有：

（1）增大平台桩腿的体积和表面粗糙度。海上固定平台依靠桩腿来支撑整个平台的自重并承受外荷载，由于海洋附着生物在平台桩腿上的附着，增大了桩腿直径、体积和表面粗糙度，加大了波浪和海流的阻力。

（2）增加海洋石油平台的自重。由于海洋附着生物在平台水下构件上的大量附着，使平台重量加大。

（3）对海洋石油平台结构造成腐蚀。附着在海洋石油平台上的海生物死亡之后，在微生物的作用下发生分解、腐烂，产生大量的硫化氢，造成酸化的水环境，若钢桩表面的防腐层出现破损，则极易造成钢桩的腐蚀。

（4）影响潜水员的水下作业。在海洋石油生产作业过程中，需要对海洋石油平台等水中工程设施定期进行安全检测，附着生物必然影响潜水作业。

3 海洋钢桩海生物清除方法

现在海洋钢桩上抑制和清除海生物生长的方法主要有：涂装防污涂料、电解防污、超声波防腐及机械防污等。

3.1 涂装防污涂料

防污涂料是防止海生物附着、蛀蚀、污损，保持浸水结构如舰船、码头、声纳等上光洁无物所用的涂料。由漆料、毒料、颜料、溶剂及助剂等组成。涂于防锈底漆之上，利用涂料中毒剂的缓慢渗出，在涂膜表面形成有毒表面层，将附着于涂膜的海洋生物，如藤壶等杀死。防污涂料可分为：接触型、增剂型、扩散型、自抛光型等多种。

3.2 电解防污

所谓电解防污就是采用电化学的方法，通过所产生的离子来杀死海生物。目前常用的电解防污方法有：电解海水制氯法、电解铜-铝阳极法、电解氯-铜联合法等。在海上石油平台上，电解防污技术目前主要应用于海水处理系统、消防系统以及电力系统中的海水冷却系统、电缆防护管道等[2]。

3.3 超声波防污

使用电子振荡器驱动声发射装置，造成海生物难以生存的环境，从而起到防污的作用[3]。

3.4 机械清除防污

机械清除就是人员采用扁铲等工具，清除钢结构表面的海生物。该方法简便有效，但在清除过程中容易对钢结构表面原有的防腐层造成破坏，若不及时进行防腐层修复，钢结构的腐蚀速率将加快。

对于冀东油田的现场情况而言，涂装防污涂料只能在建设时期采用，在后期在役期间，难以使用；电解法和超声波法耗能较高，成本大，不经济。所以只能采用机械清除的方法清除钢结构上附着的海生物，同时清除后及时对钢结构采用包覆技术进行防腐修复。

在本项目中清除海生物采用了机械清除的方法，机械清除采用了两种方式，分别为高压水冲洗和月牙形扁铲清除的方式。

从两种方式的清除效果看，两种方法都能达到表面处理标准的要求。但是从效率看，高压水清除效率稍高一些，但当前期海生物附着厚度较大时，采用高压水冲洗清除前还应用扁铲先进行清除，然后再用高压水清除效果较好。

4 后期运行维护建议

（1）在油田管理单位建立海洋钢结构（登陆点、平台钢桩）的管理制度，并配备相应的管理人员（可兼职）。

（2）加强对海洋钢桩管理方和使用方的海生物防护方面技术讲解和培训，让其理解海洋钢桩日常维护要点，能够对钢桩海生物状况进行定期检测。

（3）建议采用三层包覆技术对海洋钢桩进行防腐处理，为减少对包覆层的破坏，建议采用高压水射流的方式清除在包覆层表面附着的海生物。

（4）定期对海洋钢桩及其他钢结构进行检测，特别是对海生物附着情况的检测，并定期对海生物进行清除处理，建议2～3年进行一次检测和清除。