管道內檢測技術在煤層氣集氣管道的應用

王景悅 丁涵 薛占新 駱裕明 屈麗彬 杜曉冬

(中國石油華北油田公司山西煤層氣勘探開發分公司，山西 048000)

華北油田山西煤層氣分公司建有集氣站11座、煤層氣處理中心1座，集氣管道共計8條，其中樊莊區塊5條，鄭莊區塊3條。管徑分別為219、273、355、457、508五種，均采用L245鋼管，三層PE防腐，外加電流陰極保護形式。

沁水盆地地勢復雜，起伏較大，局部地段較為陡峭，因管道運行壓力經常性波動，地形地貌變化和運動，沿線各地高低壓電力線路、水利、電氣化鐵路等的發展建設，形成的各種電磁和環境變化的影響、人為活動的破壞、材料的疲勞老化、管道工程建設和改造都會對管道自身及其附件造成影響，易造成管道的變形。同時由于常年雨水的沖刷，易造成管線外漏，導致管道防腐層的破損、剝離、脫落和老化等缺陷。同時，由于管線出站溫度和地下溫度溫差較大，會有大量的冷凝水析出，隨著管道的長時間運行，易造成管道的腐蝕、穿孔、泄漏，給管路的安全運行帶來巨大隱患。

為了全面了解管道現狀、評價腐蝕控制措施、及時排除事故隱患、合理利用維修費用、實現管道的科學管理，山西煤層氣分公司利用φ355管道清管設備、變形檢測設備、高清晰度漏磁檢測設備對樊4至處理中心集氣管線實施智能檢測。

1 內檢測過程

2017年7月，山西煤層氣分公司對φ355.6樊4至處理中心集氣管道進行了6次清管，并實施了變形檢測和高清晰度漏磁檢測。清管及變形、漏磁檢測設備見圖1。

圖1 管道內檢測過程所用各類型檢測儀器

1.1 清管及檢測時間表(表1)

表1 清管時間表

續表

1.2 清管過程

自2017年7月20日至2017年7月23日，分別使用φ355.6兩直四碟測徑清管器、φ355.6鋼刷清管器、φ355.6磁力清管器對該管道進行了6次清管，清管過程順利，在確認清管效果滿足檢測器運行要求后，投運變形檢測器1次。

1.3 檢測過程

在確認清管效果及管道通過能力滿足變形檢測器運行要求后，按照《變形檢測器操作規程》對檢測器進行了嚴格的調試。

φ355.6多通道變形檢測器于2017年7月24日10:50從樊4站發球筒發出，經2小時10分鐘的運行，于當日13:00順利進入處理中心站收球筒。 經檢查記錄儀運行正常， 檢測數據清晰完整。

1.4 變形檢測

1.4.1 變形檢測器運行速度曲線圖

φ355.6變形檢測器運行速度范圍是0.1～4.0m/s，本次檢測期間檢測器運行期間平均速度是1.28m/s，但檢測過程中存在停球超速現象。變形檢測器全程運行速度情況見圖2。

該圖用曲線的形式，顯示了變形檢測器在樊4至處理中心集氣管線的運行速度變化。

1.4.2 變形檢測結果總結

通過對該管道變形檢測數據的分析處理，發現在樊4至處理中心集氣管道上存在變形點26處(凹陷25處，焊縫焊接產生的斜接角1處)。大于等于管道外徑2%且小于管道外徑5%的變形點22處(其中包括1處由焊縫焊接產生的斜接角)；大于等于管道外徑5%的變形點4處(已開挖的變形點1處)。

1.4.3 變形量統計表

凹陷點變形量統計和斜接角變形量統計分別見表2和表3。

表2 凹陷變形量統計表

備注：OD為管道外徑

表3 斜接角變形量統計表

備注：OD為管道外徑

1.4.4 變形點分布平面圖

變形點分布平面圖表現了樊4至處理中心集氣管道上變形點沿管道周向的分布情況，詳見圖3。

圖3 凹陷分布平面圖

X軸——表示檢測里程；

Y軸——表示變形點周向位置；

圖形上每一個點代表一個變形點，用◆表示凹陷；用▲表示斜接角。

1.4.5 變形點統計

該表記錄了在樊4至處理中心集氣管道上存在變形點26處(凹陷25處，焊縫焊接產生的斜接角1處)。大于等于管道外徑2%且小于管道外徑5%的變形點22處(其中包括1處由焊縫焊接產生的斜接角)；大于等于管道外徑5%的變形點4處(已開挖的變形點1處)。

1.4.6 管道信息總結

為了確定特征點的準確位置，在本次檢測中，所設置的參考點，大多數為管道百米樁、陰保樁的附近及閥門中心。參考點的具體放置位置見下表4。

表4 參考點列表

1.5 漏磁檢測

φ355.6高清晰度漏磁檢測器運行速度范圍是0.2～4.0m/s，本次檢測期間檢測器平均速度是1.57m/s，但檢測過程中存在超速或停球現象，導致數據丟失或質量降低。漏磁檢測器全程運行速度情況見圖4。

圖4 漏磁檢測器運行速度曲線

速度圖用曲線的形式，顯示了檢測器在樊4至處理中心集氣管道的運行速度變化。

2 開挖驗證

2017年10月山西煤層氣勘探開發分公司對初始報告中6處缺陷點進行現場定位，依據地勢情況，選擇其中三處缺陷點(兩處金屬損失、一處變形點)進行了開挖確認。

通過對樊4至處理中心集氣管道的兩處金屬損失點、一處變形點的開挖驗證表明：一處金屬損失點的里程定位、周向位置、缺陷內外部、缺陷長度和深度均與數據報告結果相符，滿足合同精度指標要求，受臨近直焊縫影響，寬度存在偏差；另一處金屬損失點的里程定位、缺陷內外部、缺陷深度與數據報告結果相符，缺陷長寬和周向存在偏差；一處變形點的里程定位、周向位置與檢測報告結果相符，滿足合同精度指標。

2.1 開挖點檢測結果與現場開挖實際結果對比

管道檢測結果與現場開挖實際測量結果對比見下表：φ355.6樊4至處理中心集氣管道內檢測技術服務項目檢測結果與現場測量結果對比表5。

表5 檢測結果與現場測量結果測量結果對比表

備注：“內/外部”指示中的“外部”代表金屬損失位于管道外表面或者壁中。

2.2 管道開挖點附圖(見圖5，6，7)

圖5 開挖點1映像圖

圖6 開挖點2映像圖

圖7 開挖點3映像圖

2.3 金屬損失總結

通過對樊4至處理中心集氣管道漏磁檢測數據的分析處理，該管道上共存在金屬損失37處(表6，7)，最嚴重的金屬損失為外部缺陷，深度為管道正常壁厚的15%，位于該管道檢測里程的2225.674m處，該金屬損失點已開挖。

表6 金屬損失點統計表

注：wt—表示管道正常壁厚

表7 金屬損失點內/外部統計表

需要注意的是，這些金屬損失可能為腐蝕或管材本身存在的缺陷或在管道制造、防腐、運輸和敷設過程中產生的缺陷。

3 管道將來完整性評價

3.1 金屬損失生長情況分析

由于漏磁檢測技術的局限性，數據分析時不能準確地區分金屬損失的類型，檢測數據報告中的金屬損失可能為與時間相關的腐蝕缺陷，腐蝕會隨著時間的增長而繼續生長，影響管道將來的完整性。為了保證管道安全，本次剩余壽命預測假設檢測發現的所有金屬損失全部為腐蝕缺陷。

目前金屬損失生長速率確定普遍使用的方法是對比兩次(或多次)檢測數據，依據數據對比結果確定缺陷生長速率。對于只進行過一次內檢測的管道，經驗做法是假設管道投產的起始時間為腐蝕開始生長的初始時間，并使用全壽命或半壽命的方法來計算金屬損失的生長速率。

樊4至處理中心集氣管道于2008年7月投產運營，截止到本次檢測2017年7月26日止，兩次檢測的時間間隔約為9.03年。依據剩余壽命預測保守的原則，金屬損失生長速率使用半壽命的計算方法。

半壽命金屬損失生長速率計算公式如下：

式中：RML：金屬損失的生長速率，mm/yr；Depth1：第一次內檢測金屬損失深度，mm；Depth2：第二次內檢測金屬損失深度，mm；InspDate1：管道第一次內檢測日期，yr；InspDate2：管道第二次內檢測日期，yr。

依據金屬損失生長速率估算保守的原則，根據內外部金屬損失類別的不同，對檢測發現的金屬損失進行了生長速率計算，并選用內外部金屬損失的生長最快的速率對所有缺陷進行了壽命預測。金屬損失生長速度采用半壽命法進行計算。

金屬損失的生長速率計算結果見表8。

表8 金屬損失生長速率計算結果

3.2 管道剩余壽命預測

金屬損失生長速率的計算是管道剩余壽命預測的基礎。管道剩余壽命預測是管道將來完整性評價的主要依據。

根據金屬損失缺陷的生長速率及金屬損失缺陷處的承壓強度，對樊4至處理中心集氣管道上的37處金屬損失進行了剩余壽命預測。依據Modified B31G方法的評價結果，在最大允許操作壓力1.5MPa下，沒有金屬損失需要在5年內計劃維修。

4 再檢測周期

通過剩余強度評價，樊4至處理中心集氣管道所有金屬損失均滿足最大運行壓力1.5MPa的運行要求。通過剩余壽命預測，在最大允許操作壓力1.5MPa下，沒有金屬損失需要在5年內計劃維修。

通過實施內檢測，能夠了解管道缺陷的存在情況以及缺陷對管道當前完整性的影響。但由于管道運營環境的不斷變化，腐蝕速率的發展存在著不確定性。通過實施管道再檢測，依據兩次檢測數據信息的對比結果，對管道進行綜合地完整性評價，全面有效地分析缺陷產生的原因、生長情況，暴露管道存在問題，排除完整性評價中的不確定因素，有重點地制定合理有效的腐蝕控制措施，使管道缺陷處于可控狀態。兩次或多次檢測數據的對比結果對管道完整性評價具有科學的指導意義。