海底管道檢測技術(shù)研究與應(yīng)用

劉慧勇(中海石油技術(shù)檢測有限公司，天津 300450)

0 引言

海底管道是運(yùn)輸油氣的重要方式，也是海上油氣開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，海底管道的穩(wěn)定性和可靠性對于海上油氣的生產(chǎn)具有重要的意義，如果海底管道出現(xiàn)問題，會影響油氣的運(yùn)輸和油氣的生產(chǎn)，同時也會對海面的環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，對海水的水質(zhì)造成破壞，對海中的生物造成傷害。海底的情況是復(fù)雜多樣的，隨著海底管道使用時間的增長，海底管道就會出現(xiàn)一些機(jī)械損傷、腐蝕等問題，這些問題嚴(yán)重影響了海底管道的使用效果。所以在海底管道的使用過程中，要實時的對管道進(jìn)行檢測，及時地發(fā)現(xiàn)管道的問題，并進(jìn)行解決，避免影響油氣的生產(chǎn)和運(yùn)輸。管道的檢測主要包括管道內(nèi)檢測和管道外檢測，顧名思義，管道內(nèi)檢測就是對海底管道的內(nèi)部進(jìn)行檢測，主要檢測管道內(nèi)部是否出現(xiàn)裂紋，是否有腐蝕的現(xiàn)象，如果出現(xiàn)裂紋或者腐蝕的現(xiàn)象，需要對腐蝕的長度和裂紋的長度進(jìn)行測量，并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)。管道外檢測其實就是對管道的外部進(jìn)行檢測，主要是檢測管道的位置是否發(fā)生了變化，檢查管道外部是否有破損的地方。通過管道的內(nèi)檢測和外檢測，可以及時地發(fā)現(xiàn)管道的問題，掌握管道的實時情況[1]。

1 海底管道內(nèi)檢測技術(shù)

1.1 清管技術(shù)

在管道的內(nèi)部進(jìn)行檢查之前，會對管道進(jìn)行清理，因為長時間的使用，管道內(nèi)會有大量的沉積物，這些沉積物會影響檢測器具的自行運(yùn)動。目前比較常用的清管器主要有四種，分別是整體式清管器、泡沫式清管器、機(jī)械式清管器、清管球，其中清管球的使用最為廣泛，因為它具有較強(qiáng)的適用性，它是一個球體，可以根據(jù)管道的大小而調(diào)整球體的大小，方便在管道內(nèi)進(jìn)行運(yùn)行。美國公司 Maloney 研發(fā)了一種方便的清管球，這種清管球可以膨脹，通過膨脹后就可以調(diào)解清管球的尺寸，即使管道彎曲了或者變形了，清管球也可以輕松的運(yùn)動。泡沫式清管器壓縮性能好，不易卡死，但橡膠外涂層耐磨性低，使用過程中磨損率較高。機(jī)械式清管球可根據(jù)需要配備刮刀、鋼刷等，以增強(qiáng)刮削效果。機(jī)械式清管器使用壽命長，但不適用于多彎頭、閥門和通道差、變形大的管道。整體式清管器可自由選擇清管材料，氣密性和操作可靠性高，適用于清洗油污、液體沉積物和蠟沉積物。該清管器可適用于各種復(fù)雜形狀和管道，能在高溫和不利流動條件下完成除蠟，并能實現(xiàn)批量處理、精確計量、強(qiáng)大的清洗和脫水功能。

1.2 內(nèi)檢測技術(shù)

文章選取了三種主要的檢測技術(shù)進(jìn)行介紹，并介紹了基于每一種的先進(jìn)的檢測設(shè)備。

1.2.1 漏磁內(nèi)檢測技術(shù)

漏磁檢測技術(shù)的基本原理是，如果海底管道的內(nèi)壁出現(xiàn)了變形的情況，那么這時整個的磁力線，就會與原來的路徑有一定的距離，就會產(chǎn)生漏磁的現(xiàn)象。通過檢查磁場的變化可以發(fā)現(xiàn)管道的缺陷，漏磁內(nèi)檢技術(shù)在我國使用還是比較廣泛的，且技術(shù)比較成熟，它準(zhǔn)確性比較高，但是漏磁檢測技術(shù)的要求比較高，要求檢測工具與管道的內(nèi)壁需要緊密的結(jié)合，如果不能緊密的結(jié)合，那么檢測結(jié)果將不準(zhǔn)確。所以漏磁檢測技術(shù)，它不適用于一些形狀比較復(fù)雜，內(nèi)部沉積物比較多，流動性差的管道，因為在這些管道中，檢測工具無法與管壁緊密貼合，就不能進(jìn)行充分的檢測。MagneScan 是一種比較先進(jìn)的漏磁檢測工具，其傳感器數(shù)量多，因此深度、長度和寬度的測量精度高，獲取的圖像精度高。MagneScan 適用于檢測缺陷，例如內(nèi)部/外部點蝕和均勻管道腐蝕、管壁硬部件、船體修復(fù)和異常周邊焊縫[2]。

1.2.2 超聲波內(nèi)檢測技術(shù)

超聲波內(nèi)部檢測技術(shù)通過發(fā)射和接收超聲波來實現(xiàn)缺陷確定。 如果管壁有缺陷，超聲波的傳播速度、時間、角度等參數(shù)都會發(fā)生變化。這時可以通過監(jiān)測超聲波傳播參數(shù)的變化來檢測管道。 EMATOTI主要是采用超聲波技術(shù)來對管道的材料進(jìn)行檢測，檢測管道內(nèi)壁是否有問題，這種技術(shù)可以實現(xiàn)對管道內(nèi)部的全部檢測，檢測的范圍比較廣，檢測比較全面，同時當(dāng)檢測完成后就會把檢測的數(shù)據(jù)及時的采集和上傳，這種技術(shù)有一個很大的優(yōu)點是它可以全面地進(jìn)行掃描，而且不需要定位。

1.2.3 遠(yuǎn)場渦流內(nèi)檢測技術(shù)

遠(yuǎn)場內(nèi)部渦流感應(yīng)是一種基于遠(yuǎn)場渦流效應(yīng)的技術(shù)，其中感應(yīng)線圈放置在線圈管直徑三倍的偏遠(yuǎn)區(qū)域。勵磁線圈發(fā)出的磁力線線圈兩次穿過管壁到達(dá)檢測線圈。該遠(yuǎn)場磁場包含有關(guān)管壁缺陷的信息，可以通過檢查線圈識別和檢測到這些信息。遠(yuǎn)場渦流技術(shù)勵磁擾動小，不粘附管壁即可檢測，可同時檢測管道內(nèi)外故障。“蛇形探頭”工具是一種基于遠(yuǎn)程渦流檢測技術(shù)的管道檢測工具，靈活適用，適用范圍廣，適用于管道故障的準(zhǔn)確檢測。

2 海底管道外檢測技術(shù)

外檢測技術(shù)主要是對海底管道的外部進(jìn)行檢查和測試，及時掌握海底管道外部的情況，主要是檢查管道的位置是否發(fā)生了變化，因經(jīng)常會有臺風(fēng)和地震，會對海底管道造成影響，甚至?xí)购５坠艿赖奈恢靡苿雍荛L的距離，而且同時也要檢查海底管道的外部是否有損壞的地方，尤其是地震會對海底管道的外部造成嚴(yán)重的損壞。海底管道的外部檢測主要是利用聲學(xué)原理為基礎(chǔ)的，采用側(cè)掃聲納技術(shù)和多波束測深聲納技術(shù)。側(cè)掃聲納技術(shù)可以利用聲波接收和發(fā)送信息，通過高速的掃描，得到一個聲納圖像，了解海底的情況和海底管道掩埋的深度以及破損的程度。多波束測深聲納系技術(shù)可以對整個海的深度和覆蓋程度進(jìn)行測量，目前，多波聲速測聲納技術(shù)仍在發(fā)展，未來有可能它會適應(yīng)不同的探測需求。

3 海底管道環(huán)境影響檢測技術(shù)的應(yīng)用

油田所處的海域主要是內(nèi)淺地層地質(zhì)為主，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要深度為九米，從上而下，依次可以劃分為三層，第一層為黏土和粉砂，第二層為淤泥質(zhì)黏質(zhì)或粉質(zhì)黏土，第三層為黏質(zhì)土和粉質(zhì)黏土。海底管道檢測技術(shù)的實施極易受到海底環(huán)境的影響，有一些海底管道所處的環(huán)境淤泥比較多，土層容易液化，所以說在檢測時難度比較大，而且同時有一些海底管道所處的環(huán)境容易發(fā)生海嘯、臺風(fēng)、地震等地質(zhì)災(zāi)害，這些災(zāi)害對管道本身會造成很大的影響，管道容易破壞，一旦破壞，就影響油氣的生產(chǎn)和運(yùn)輸。所以對于一些地質(zhì)環(huán)境不太好的海底管道，要進(jìn)行實時的監(jiān)測，要能夠了解海底管道運(yùn)行的實際情況。同時在建設(shè)海底管道時，選擇的地理位置一定要合理，避免因為環(huán)境對海底管道的運(yùn)行造成影響，這樣結(jié)果得不償失，還不利于油氣的生產(chǎn)和運(yùn)輸，影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3.1 所在海域水深地形測量

油田主要采用多波束測深系統(tǒng)對海底管線所在海域的水深進(jìn)行綜合測量，可以測量海域的深度。管道和海底地形的變化，多波束測深為卷尺測量，測量寬度為水深的7～8倍，多波束測線平行于海底管線路徑軸線放置。為實現(xiàn)全覆蓋，現(xiàn)場勘測線的數(shù)量和間距應(yīng)根據(jù)海底管道的深度確定，相鄰勘測線之間的重疊應(yīng)控制在間距的1/3左右。相鄰輻照線區(qū)域重疊過多，影響輻照效率。

3.2 海底管道位置探測

油田主要使用側(cè)掃聲納設(shè)備來檢測海底管道在海床上的位置，通常在海底管道路線中軸線的左右兩側(cè)放置兩條測線。使用側(cè)掃聲納探測水下管道時，通過側(cè)拖進(jìn)行測量工作，在測量船的側(cè)面安裝固定裝置，將探測器置于水下，以減少安裝和水之間的測量位置誤差。探測器通過電纜連接到控制器，測量船在水下管道路線上航行。檢測器檢測到的信號被處理并傳輸?shù)接嬎銠C(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集軟件用于執(zhí)行數(shù)據(jù)采集。

4 檢測技術(shù)在海底管道完整性管理方面的應(yīng)用

海底管道完整性管理對于油氣的生產(chǎn)和運(yùn)輸具有重要意義，海底管道完整性管理主要是對海底管道運(yùn)行過程中所存在的一些問題和潛在風(fēng)險進(jìn)行識別和評估，并采取一定的措施來解決這些風(fēng)險和問題，提高海底管道的運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，避免海底管道出現(xiàn)問題或者斷節(jié)，而對油氣的生產(chǎn)和運(yùn)輸產(chǎn)生巨大的影響。海底管道完整性管理的核心內(nèi)容就是將海底管道運(yùn)行的風(fēng)險控制在合理且接受的范圍之內(nèi)，對海底管道的運(yùn)行進(jìn)行預(yù)防和監(jiān)測，主要體現(xiàn)在兩個方面，第一在海底管道還沒有投入使用之前，一定要對海底管道進(jìn)行檢測，并設(shè)置一定檢測計劃，優(yōu)化記錄檢測的數(shù)據(jù)和結(jié)果，對檢測的數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行評價和分析，并且要制定長期的檢測計劃。在海底管道運(yùn)行的過程中，需要對海底管道所出現(xiàn)的問題進(jìn)行記錄，而同時也要對所采取的措施進(jìn)行記錄，這樣在后期檢測的過程，如果出現(xiàn)同樣的問題，就可以及時解決，降低了解決的難度。第二就是在海底管道的運(yùn)行階段，對海底管道進(jìn)行檢測，檢測海底管道的位置是否發(fā)生變化，掩埋的深度，是否出現(xiàn)腐蝕的情況等，并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)同時要對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，整理完以后，與原始最初所檢測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，進(jìn)而去分析海底管道運(yùn)行的變化趨勢，以便于延長海底管道的使用壽命。

5 結(jié)語

近來，油田將各種檢測技術(shù)應(yīng)用于海底管道的日常維護(hù)管理，但在應(yīng)用過程中存在一些問題，如海上平臺空間受限，單條管道檢測條件不足。并且傳感器的不穩(wěn)定運(yùn)行速度使得操作和控制變得困難，這是一個很大的問題。這些問題對海底管道檢測數(shù)據(jù)在日常管理中的應(yīng)用產(chǎn)生了一定的影響。目前，中國海底管道的內(nèi)檢測技術(shù)和外檢測技術(shù)仍然存在著一定的問題，與國外差距較大。這些問題不利于油氣生產(chǎn)和運(yùn)輸，同時也會阻礙了中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，所以相關(guān)人員需要加強(qiáng)對海底管道內(nèi)檢測技術(shù)和外檢測技術(shù)的重視，政府要加大投資的力度，加強(qiáng)對海底管道的研究，提高海底管道的發(fā)展水平，不斷地優(yōu)化海底管道的設(shè)備。