董曉煥1,2

1.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室； 2.長慶油田分公司油氣工藝研究院

摘 要：長慶油田管道失效破漏主要發生在φ 89 mm以下的出油管道和集油管道，主要破壞形式為腐蝕穿孔，內腐蝕嚴重，迫切需要開發出判斷內腐蝕缺陷狀況并使之量化的管道完整性檢測工具。基于電磁渦流技術研制出適合φ 89 mm管徑集輸管道內腐蝕檢測器，并在油田集輸管線內腐蝕檢測中得到應用。

 

長 慶 油 田 擁 有 各 類 管 道 5 萬 余 公 里 ， 其 中φ 114 mm以下集輸管道約3.2萬公里。原油集輸管道主要采用20 #無縫鋼管，隨管徑不同管壁厚度3.5～4.5 mm變化。管道外防腐采用環氧煤瀝青或環氧粉末涂層，可保障管道正常運行，內防腐基本未實施，導致管道內腐蝕嚴重，穿孔頻繁。從穿孔次數看，出油管道腐蝕穿孔次數最多；從穿孔頻次看，采出水管道頻次最高，其次是清水管道和出油管道。為掌握管道內腐蝕狀況，技術人員在調研漏磁通型、超聲波型、渦流型、電磁聲波型管道檢測技術的基礎上，著手開發出φ89 mm以下管徑的內腐蝕檢測器，并取得了一定的應用效果。

1 內腐蝕檢測器的研制

管道內腐蝕檢測器包括裝置定位器、萬向節、定位電池組、探頭電池組、電磁發射與渦流檢測裝置、速度控制板、電路控制和數據存儲裝置、裝置位置接收器、里程計數輪和驅動皮碗幾個功能組件，整機結構如圖 1所示。

為適應油田管道敷設起伏較大的特殊性，需要解決以下幾個方面的難題。

（1）檢測探頭尺寸和直徑。

（2）定位探頭。

（3）檢測電路板。

（4）里程輪結構。

（5）密封和耐壓設計。

1.1 內腐蝕檢測方法的選擇

調研國內外成熟的幾種無損檢測技術，從檢測原理、檢測方式、適用環境、可集成性等多方面綜合考慮，比較分析見表 1。其中電磁渦流檢測技術適用于檢測零件表面的裂紋和坑型缺陷，不需要耦合，對管道內環境要求較低；渦流不受傳感器尺寸限制，可以小型化，最小可達到40 mm管徑。確定以渦流檢測技術為基礎進行整機結構設計，同時優化檢測探頭設計，保證檢測的準確度和靈敏度。

1.2 檢測器整機設計

考慮到檢測儀器使用的環境：高壓水、管道內部臟污等，所有金屬部件均采用不銹鋼材料，對一些特殊部件采用更輕的鈦合金材料。

檢測器所采用的皮碗尺寸和規格、以及材料的柔韌度都不同于大口徑的，均需要特殊定制加工，要通過一系列試驗進行優選。

通過調整整機結構設計，對檢測器整機進行三維模擬試驗，證實可以通過1.5 D的彎頭。

1.3 檢測探頭的設計

渦流探頭采用近場電磁檢測原理制作而成，在電路的設計上充分考慮和探頭的良好電氣匹配。探頭結構原理見圖 2。

1.4 防水、密封和耐壓型設計

檢測器的工作環境是油田在役管線，內有水、原油等介質，同時檢測器是依靠水或者原油作為推動動力，因此檢測器必須防水和耐壓。檢測器的耐壓要求是10 MPa。為達到更好的防水和密封效果，對每個單節均用專用的電路絕緣和灌封材料進行了灌封處理。

1.5 檢測器定位設計

目前市場上有成熟的管道檢測器定位系統，但是探頭體積都比較大，經過研究試制出了可以滿足要求的定位探頭，可檢測埋深2 m內的管道，定位范圍2 m左右。

1.6 里程計設計

考慮到檢測器輪子可能打滑，所以采用三個里程輪進行同步計量，通過一定的算法可以大大提高定位精度，能夠滿足定位要求。

1.7 柔性連接設計

優選采用不銹鋼彈簧連接方式，確保檢測器實現柔性連接，能夠自由順暢的通過1.5 D的彎頭，保證整機強度，以應對高壓水流推動。見圖 3。

1.8 阻力皮碗設計

阻力皮碗既要保證有一定的強度和密封性，又要防止阻力太大造成推動不均勻、不順暢，影響檢測器在管道中的勻速行進。經過大量試驗反復修改皮碗幾何尺寸等參數，最終優化確定最合理的尺寸參數，確保檢測器在管道中的通過性。皮碗安裝示意見圖 4。

        

1.9 檢測電路設計

檢測器電路設計流程見圖 5。

1.10 檢測數據的分析和處理軟件

檢測器在工作中，存在干擾和本身的電磁干擾，實際檢測出來的數據存在大量的噪聲，這些噪聲如果不被剔除，就有可能將有用信號淹沒而無法顯示判斷 缺陷的波形，需要開發專用的數據分析和處理軟件，數據圖形界面見圖 6。

2 全尺寸模擬試驗管道檢測

室外建立了1條全尺寸模擬試驗管道，增加4個1.5 D的彎管，設置一段模擬缺陷樣管段進行檢測試驗。

模擬試驗管道直徑φ89×4.5 mm；長度20 m；彎頭曲率1.5 D。

檢測器參數：激勵電壓5 V；激勵電流400 mA；激勵頻率50 kHZ；采樣率300次/s；行走速度0.5 m/s。

2.1 缺陷特征曲線圖譜建立

通過反復試驗，建立不同缺陷類型（外刻槽、通孔、盲孔等）的特征曲線圖譜。部分缺陷特征曲線圖譜見圖 7。

2.2 主要技術參數

檢測管直徑： φ114 ～89 mm；

工作速度： ≤30 m/min；

管壁厚度界限： 3～7 mm；

管壁厚度檢測精度： ≤0.4 mm；耐壓： ≥10 MPa 。

3 油田現場檢測試驗

選擇采油十一廠鎮4增至鎮三轉集油管道800 m管段進行檢測試驗，管道基本情況和高程見表 2和 圖 8。檢測結果在123.7 m處，壁厚信號振幅達486，疑似缺陷，見圖 9。

        

4 結論及認識

（1）設計的電磁渦流法檢測器，可用于油田φ89 mm以下管道的內腐蝕檢測，為小直徑管道內腐蝕檢測提供了有益的探索和借鑒。

（2）經過優化設計后的檢測器結構基本能夠滿足管道內部通過性要求，可順暢和自如的通過1.5 D的彎頭，不會存在卡阻異常。

（3）需要大量現場試驗，摸索管道內腐蝕的典型特征曲線，為后續檢測數據計算機自動分析和解釋打下基礎。

 

作者：董曉煥， 女， 1971年生， 2004年7月畢業于西安石油大學，碩士，高級工程師，主要從事油氣田防腐研究工作。