非接觸式磁力掃描技術(shù)在渤海油田海管檢測中的應(yīng)用

趙國權(quán),王國棟，譚 呂，魏 剛

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津300457)

非接觸式磁力掃描技術(shù)在渤海油田海管檢測中的應(yīng)用

趙國權(quán),王國棟，譚 呂，魏 剛

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津300457)

針對渤海油田A至B的海管走向非常復(fù)雜，常規(guī)檢測手段存在很大風(fēng)險的問題，為確保海管設(shè)備的完整性，同時提高檢測效率，節(jié)約成本，應(yīng)用非接觸式磁力掃描技術(shù)對該條管線進(jìn)行全面檢測，經(jīng)過科學(xué)設(shè)計(jì)，精心施工，該項(xiàng)技術(shù)取得良好的應(yīng)用效果。

海管；風(fēng)險；非接觸式磁力掃描技術(shù)；檢測；效果

長輸管道在實(shí)際工程應(yīng)用中不可避免地會發(fā)生失效，對管道進(jìn)行有效檢測是避免管道事故的重要手段[1]。目前，多數(shù)管道完整性檢測是利用清管器根據(jù)管道的物理缺陷特性進(jìn)行檢測。渤海油田A至B的海管承擔(dān)著高壓油氣運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)，該管道的安全運(yùn)行關(guān)系到油田電網(wǎng)的穩(wěn)定，關(guān)系到區(qū)域民用能源保障。該條海管所處位置水深30 m左右，總長40.2 km，海底環(huán)境復(fù)雜多變，傳統(tǒng)檢測技術(shù)費(fèi)時耗力，困難重重，因檢測故障導(dǎo)致的停產(chǎn)現(xiàn)象時有發(fā)生。為此，公司海管項(xiàng)目組采用非接觸式磁力掃描新技術(shù)對該海管進(jìn)行檢測，保障安全運(yùn)行。

1 技術(shù)簡介

非接觸式磁力掃描技術(shù)是在俄羅斯學(xué)者杜波夫金屬磁力記憶金屬材料應(yīng)力檢測基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)[2]，通過檢測管道的磁場強(qiáng)度變化識別異常應(yīng)力，無需接觸管道，確定管道裂縫及內(nèi)外腐蝕等缺陷，較傳統(tǒng)檢測技術(shù)具有更強(qiáng)的管道完整性檢測能力。

1.1 原理

地球是一個巨大磁體，地表上到處都存在著可以探測和計(jì)量的磁力場。鐵磁性管道在地磁場作用下，管體上的冶金和機(jī)械缺陷在運(yùn)行壓力載荷作用下發(fā)生的應(yīng)力變化，因磁滯特性而保留了“磁致伸縮”逆效應(yīng)導(dǎo)致的磁場變化[3-5]，見圖1。

圖1 非接觸式磁力掃描結(jié)果

1.2 檢測范圍

非接觸式磁力掃描技術(shù)檢測范圍廣，類型多，大致可以檢測三種類型的缺陷[6-7]：

1)管道缺陷。因管道制造、焊接、機(jī)械及腐蝕導(dǎo)致的缺陷和變形。

2)應(yīng)力集中。因管道傳輸壓力或外部環(huán)境而引起的應(yīng)力局部增大現(xiàn)象。

3)磁漏場。其他因素導(dǎo)致的磁特性發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象。

1.3 檢測結(jié)果評估及標(biāo)準(zhǔn)

參考俄羅斯礦工業(yè)委員會批準(zhǔn)制定的《非接觸式磁力掃描方法進(jìn)行管道技術(shù)狀況診斷指南》，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，通過直接量化評估應(yīng)力變形水平?jīng)Q定缺陷的相對危險度[8-10]。

檢測缺陷危險評估根據(jù)磁異常綜合指數(shù)F確定(見圖2)，評估標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.4 檢測條件及精度

1.4.1 檢測條件

探測速率：2 m/s以上。

原始數(shù)據(jù)處理：在線處理。

圖2 非接觸式磁力掃描技術(shù)檢測缺陷評估

磁異常綜合指數(shù)F異常等級管道狀況0.0～0.20I風(fēng)險較大 管道存在需要盡快消除的腐蝕或者機(jī)械金屬缺陷0.20～0.55II一般風(fēng)險 存在的金屬缺陷是在一定的允許范圍內(nèi),可在一定條件下監(jiān)控使用,并在可允許的條件下計(jì)劃維修0.55～0.99III風(fēng)險較低不影響管道的安全運(yùn)行

工作溫度范圍：-25～+45 ℃ 。

最大作業(yè)水深：5 000 m 。

管道直徑范圍：56～1 420 mm。

管道壁厚范圍：>2.8 mm。

1.4.2 檢測精度

可測缺陷開口：300 μm。

可測缺陷深度：>5%管壁厚度。

測量公差：<20%裂紋長度。 <30%表面裂紋深度。 <25%壁厚損失。

2 應(yīng)用情況

2.1 檢測過程

首先進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，包括坐標(biāo)、埋深、障礙物及穿越等路由數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行方案和航線設(shè)計(jì)；之后進(jìn)行檢測作業(yè)，把采集到的海管磁力數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理，結(jié)合人工分析，進(jìn)行缺陷定位，根據(jù)檢測分析結(jié)果，篩選缺陷點(diǎn)進(jìn)行潛水探摸驗(yàn)證；最后根據(jù)分析結(jié)果確定缺陷點(diǎn)的位置，缺陷類別和等級，殘余壽命，出具完整的檢測報告(見圖3)。

圖3 檢測實(shí)施示意過程

2.2 檢測結(jié)果

本次檢測發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)20處，以設(shè)計(jì)壓力為基準(zhǔn)，對磁力異常缺陷部分進(jìn)行評級。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和分析：沒有發(fā)現(xiàn)Ⅰ級缺陷；發(fā)現(xiàn)5處Ⅱ級風(fēng)險點(diǎn)，屬“金屬缺陷和機(jī)械應(yīng)力”類型，分析為3處受彎曲應(yīng)力影響，2處受外腐蝕影響；發(fā)現(xiàn)6處Ⅲ級風(fēng)險點(diǎn)，屬“金屬缺陷和機(jī)械應(yīng)力”類型，分析認(rèn)為全部受外腐蝕影響。

2.3 潛水探摸驗(yàn)證

根據(jù)檢測結(jié)果、缺陷類型和危險等級，篩選4處探摸點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.3.1 選取Ⅱ級風(fēng)險點(diǎn)2處

1號為彎曲應(yīng)力影響，2號為外腐蝕影響。1號風(fēng)險點(diǎn)潛水探摸后，發(fā)現(xiàn)海管懸跨(見圖4)，此處應(yīng)力測試儀器顯示數(shù)字為450。分析為海底擾流導(dǎo)致敷設(shè)環(huán)境發(fā)生變化，需要及時進(jìn)行海底環(huán)境休整，恢復(fù)敷設(shè)環(huán)境要求。

圖4 1號探摸情況

2號風(fēng)險點(diǎn)潛水探摸后，位于焊縫的位置，發(fā)現(xiàn)涂層破損導(dǎo)致外部腐蝕(見圖5)，腐蝕點(diǎn)的深度最大約為3 mm，超聲波測厚最小壁厚6.5 mm，可能是漁業(yè)活動造成的，需要及時維保。

圖5 2號探摸情況

2.3.2 選取Ⅲ級風(fēng)險點(diǎn)2處

全部為外腐蝕影響。3號和4號風(fēng)險點(diǎn)潛水探摸后，3號在焊縫處(見圖6)，4號在中間位置(見圖7)，均發(fā)現(xiàn)涂層破損，有輕微外腐蝕。腐蝕點(diǎn)深度約1 mm，超聲波測壁厚約8.5 mm，分析認(rèn)為暫時沒有內(nèi)腐蝕現(xiàn)象，但需加強(qiáng)維保。

圖6 3號探摸情況

圖7 4號探摸情況

2.4 檢查結(jié)論及建議

本次檢測的海管整體狀況較好，在 40.2 km的管線上共發(fā)現(xiàn)11處磁異常缺陷段，其中3處為彎曲應(yīng)力導(dǎo)致，8處為外腐蝕影響導(dǎo)致。管道受彎曲應(yīng)力影響的危害程度大于受外腐蝕的危害程度，要優(yōu)先考慮整改，消除管道彎曲應(yīng)力影響的危害；同時加強(qiáng)漁業(yè)活動頻繁和水下擾流劇烈區(qū)域的水下管道監(jiān)測并定期進(jìn)行海管全面檢測，保障海管安全運(yùn)行。

3 結(jié)論

非接觸式磁力掃描技術(shù)是一種檢測長輸管道完整性的有效手段，通過理論研究及實(shí)際應(yīng)用效果分析，該技術(shù)有如下特點(diǎn)。

1)可以實(shí)現(xiàn)潛在微觀危險部位的早期診斷與評價。非接觸式磁力掃描技術(shù)是利用地磁環(huán)境中應(yīng)力導(dǎo)致的磁場畸變對鐵磁性材料進(jìn)行檢測，與傳統(tǒng)檢測手段相比可以得到更加全面的診斷信息，進(jìn)而早期確定缺陷危險區(qū)域及潛在缺陷危險區(qū)域。

2)有效提高檢測效率。非接觸式磁力掃描技術(shù)的檢測原理，減少了檢測信號的分析處理及幾何形貌應(yīng)力分析時間；不必整段檢測，理論上可以定期監(jiān)控缺陷部位的發(fā)展變化情況；不需要開挖被檢測體，能夠準(zhǔn)確定位，從而減少開挖工程量；對缺陷部位的危險程度評價較為準(zhǔn)確，基本可以滿足運(yùn)行維護(hù)的需要。

3)實(shí)際操作中有一定的局限性：受自然環(huán)境影響較大，尤其是容易受外部鐵磁性材料磁力信號的干擾；對檢測的溫度、埋深(水深)、直徑、壁厚等均有一定的范圍要求；原始參數(shù)的設(shè)定等人為因素對該技術(shù)的檢測評估結(jié)果影響也很大。

綜上所述，非接觸式磁力掃描技術(shù)能夠在不開挖(或水下作業(yè))的情況下直接檢測本體上的缺陷，是一種有效的本體直接檢測技術(shù)，甚至可以作為本體內(nèi)檢測的有效補(bǔ)充手段，共同實(shí)現(xiàn)本體的檢測。在渤海油田A至B的海管檢測作業(yè)中，非接觸式磁力掃描技術(shù)取得了良好的應(yīng)用效果，為海管下一步運(yùn)維管理策略提供了有效的數(shù)據(jù)支持，值得推廣和借鑒。同時，對該技術(shù)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)磁記憶技術(shù)宏觀規(guī)律和微觀機(jī)制理論體系的研究工作，進(jìn)一步發(fā)展和完善多通道、多參量的診斷系統(tǒng)，從而形成更加完善的檢測技術(shù)體系。

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Application of the Non-contact Magnetic Scanning Technology in Detection of Sea Tube in Bohai Oilfield

ZHAO Guo-quan，WANG Guo-dong，TAN Lv, WEI Gang

(Tianjin Branch of CNOOC (China) Co. Ltd., Tianjin 300457, China)

The route of sea tube from A oilfield to B oilfield in Bohai sea is very complex, and there is a great risk of conventional detection method. In order to protect the security of energy transport to ensure sea pipe equipment integrity, and improve the detection efficiency, cost savings, the non contact magnetic scanning technology is applied to detect the pipeline. Through scientific design and careful construction, this technology is verified to have good application effect.

sea tube; risk; non-contact magnetic scanning technology; detection; effect

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.06.033

2015-05-24

趙國權(quán)(1981-)，男，學(xué)士，工程師

U664.84；P756.2

A

1671-7953(2015)06-0141-04

修回日期：2015-07-02

研究方向:石油開發(fā)工程技術(shù)

E-mail: zhaogq@cnooc.com.cn