趙宏濤1  王永振1  馬云賓2

1.長慶油田第一輸油處；2.中國石油管道研究中心

2016年6月30日，中石化重慶分公司一條成品油管道被滑坡拉裂；2016年7月20日，川氣東送天然氣管道湖北恩施市崔家壩鎮管段因山體滑坡發生斷裂爆炸。這兩起管道安全事故都是由山體滑坡引起的。我國黃土地區土質結構松散，大孔隙、垂直裂隙發育和易風化等特征導致地形十分破碎，地質環境脆弱，滑坡、泥石流災害頻繁發生，對通過管道的安全運行存在很大威脅。本文針對上述情況，提出了基于三維磁力檢測技術、應力應變實時監測技術及GPS定位技術的管道和黃土滑坡聯合監測方法,介紹了在長慶油田某管道上的應用情況。

1 監測系統組成

聯合監測方法包括管道當前應力檢測、管道實時應力監測和黃土滑坡地表變形監測三個方面。根據聯合監測方法，開發了監測系統，由管體應變監測傳感器、數據采集與傳輸單元、供電單元、數據處理中心等四部分組成，如圖1所示。管道當前應力檢測和黃土滑坡地表變形監測采用人工現場采集數據的方式，監測系統主要用于監測管道實時應力。用現場監測傳感器測量采集管體應變數據，采集頻率和采集時間由數據采集和傳輸單元控制，數據采集和傳輸單元接收到數據后，將數據保存并通過GPRS網絡進行遠程傳輸，數據處理中心接收到數據后進行分析處理。數據采集和傳輸單元采用太陽能+蓄電池供電方式。

圖1 滑坡監測系統組成示意圖

2 應用案例

長慶油田某管道橫穿黃土滑坡，該黃土滑坡為淺表層土體滑坡，滑動面為土體與基巖接觸面，滑體上部為粉質粘土層，斜坡體下伏砂巖中夾雜泥巖層，抗剪強度差，遇水浸泡變軟，形成軟弱面，坡體所在的基巖發生整體滑動。從外業調查分析，滑坡處在不穩定狀態，如遇持續強降雨，滑坡局部失穩或者整體失穩的可能性較大。

2.1 現場實施

2.1.1管道監測點設置

該滑坡處管道走向270°，滑坡滑動方向160°，二者斜交。管線從滑坡體中部穿過，滑坡災害影響管道長度約130m。根據現場勘查，分別在滑坡體內、滑坡與管道交叉的邊界選取6處監測截面，具體位置如圖2所示。

圖2 管道監測點示意圖

2.1.2管道當前應力檢測實施

根據檢測設備功能，對每個管道檢測截面沿環向均勻分配了三條檢測線路，分別是內側（靠近山體面）、上側（管道上側水平面）及外側（遠離山體面）。采用三維磁力檢測儀采集這三條檢測線路上軸向、環向及徑向的磁記憶信號，如圖3所示。

圖3  管道當前應力檢測示意圖

由操作人員手持探頭進行檢測，檢測時保證探頭緊貼管壁，沿管道軸向勻速進行測量。每個坑點的檢測線路長一般為400～500mm。為保證采集數據的可靠性，采集的重復次數不低于3次。

2.1.3管道實時應力監測實施

管道實時應力監測采用振弦式應變傳感器，檢測前需要剝離管道的防腐層，采用冷焊的方式進行安裝，安裝完成后的情況如圖4所示。

圖4 應變傳感器安裝示意圖

2.1.4黃土滑坡地表變形監測實施

根據上文提到的基準點和觀測點設置原則，將滑坡的基準點選擇在滑坡體外部穩定的區域。在滑坡主滑方向和滑坡斷面設置測點，主滑方向設置2個觀測點，滑坡斷面設置2個觀測點，共計4處觀測點，如圖5所示。

圖5 滑坡地表變形監測點設置

確定基準點和監測點位置后，在監測點預制監測樁。為了保證測量精度，需要在監測樁預埋強制歸心盤。強制歸心盤的預埋需要分兩次進行，第一次將強制歸心盤放置在混凝土樁上，粗調至水平，等待混凝土硬化。第二次微調強制歸心盤，保證盤面水平，然后進行二次澆筑。制作完成后的監測樁如圖6所示。

圖6 制作完成后的監測樁

2.2 數據分析

2.2.1管道當前應力檢測數據分析

根據管道油流方向，將6個檢測截面按照順序標記，并將測點按照油流方向分為左側測點、頂部測點和右側測點，各點的應力值如表1所示。

由表1可以看出:

（1）6號測點的軸向應力最小，因其位于滑坡體外，屬于控制點，受滑坡影響較小。

（2）1號測點軸向應力最大，根據檢測截面設置該點位于滑坡體邊界，處于斜坡面的頂點，即管道受拉力最大的位置。該點的應力值已經超過200Mpa，應該每天觀察應力變化情況，一旦應力有增大趨勢，即應采取應急措施。

2.2.2管道實時應力監測數據分析

將傳感器實時采集的數據進行計算，得到6個監測點的管道實時應力變化情況，如圖7所示。

圖7管道實時應力監測數據圖

由圖7可以看出：

（1）1～6監測截面的應力最大值未發現有增大的趨勢，目前應力狀態穩定。

（2）1～6監測截面的數據趨勢十分相近，與溫度曲線對比，發現應力隨著溫度的變化而反向變化，應力的變化主要是由溫度引起的。

2.2.3黃土滑坡地表變形監測數據分析

黃土滑坡地表變形監測分別于2016年7月31日至10月30日進行了4次數據采集，其中7月31日的數據為初始值，將后期采集的GPS數據與初始數據做差，便可求出位移變化量，數據變化如表2所示。

根據表2可得到如下結論：

（1）滑坡滑動方向為160°，也就是東南方向，根據測量數據，4個觀測點均向東南方向移動，說明滑坡發生了滑動。

（2）根據測點的觀測數據，滑坡的滑動量在2cm范圍內，滑坡處于低速變形狀態。

3  結論

在本文案例中通過采用聯合監測方法監測到黃土滑坡發生了滑動，但是管道應力并未有增大趨勢，滑坡的滑動未對管道產生影響，管道處于安全狀態。管道應力會隨著管道介質溫度的變化而呈相反變化。說明該監測方法可有效監測黃土滑坡和滑坡體內管道的安全狀態，從而為管道安全監測提供有力技術支持。

作者：趙宏濤，男， 1971年生，高級工程師。 1993年本科畢業于西安石油大學工業電氣自動化專業，現任中石油長慶油田第一輸油處管道技術研究所所長，主要從事長輸管道工藝自控管理、管道完整性管理工作。

《管道保護》2017年第2期（總第33期）

作者：趙宏濤，男，1971年生，高級工程師。 1993年本科畢業于西安石油大學工業電氣自動化專業，現任中石油長慶油田第一輸油處管道技術研究所所長，主要從事長輸管道工藝自控管理、管道完整性管理工作。