中國石油冀東油田分公司油氣集輸公司

冀東油田緊鄰渤海灣地帶，且部分采油區(qū)內穿插于濕地保護區(qū)，周邊的自然環(huán)境極其敏感。油、氣、水集輸管道多為2008年及以前建設，服役均超過10年，部分管道超過20年。

由于近年來二氧化碳吞吐、酸化措施等技術在采油過程的應用，加劇了集輸管線的內腐蝕風險，失效事件頻次快速增長。據(jù)統(tǒng)計， 2016年全油田發(fā)生管道穿孔事件612次， 2017年采取相關措施后管道穿孔事件降至454次，嚴重影響油田集輸系統(tǒng)的安全運行,全面開展管道本體腐蝕檢測迫在眉睫。

1 管道檢測技術現(xiàn)狀對比

按照GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》要求，管道檢測是管道完整性評價的基礎。管道外檢測方法較多，大多針對管道的涂層、腐蝕防護系統(tǒng)、陰極保護系統(tǒng)等進行檢測評價，無法對管道缺陷進行定量檢測和評估，通常需要結合開挖檢測，不具備普遍意義。

非接觸式磁應力檢測(PMT檢測)是一種無損外檢測方法，基本原理是利用金屬磁記憶效應來檢測部件應力集中部位，采集數(shù)據(jù)并開挖幾個校驗坑即可完成，并可得出較為豐富的缺陷數(shù)據(jù)和評估結果，達到部分漏磁檢測效果。各種檢測技術對比見表 1。

由于油田集輸管網(wǎng)管徑小，彎頭倍數(shù)低，部分老管道收發(fā)球筒的建設標準低，不能滿足內檢測器通過要求。經(jīng)多方論證，確定采取PCM+/DM結合非接觸磁應力技術進行管道檢測，實現(xiàn)外腐蝕、金屬損失、焊縫缺陷等方面的有效檢測。

2 PMT檢測技術

2.1 技術原理

當鐵磁性構件受到外部載荷作用時，受地球磁場激勵，在應力和變形集中區(qū)域會發(fā)生具有磁致伸縮性質的磁疇組織定向和不可逆的重新取向，磁疇組織的重新取向會導致構件內部產(chǎn)生新的磁狀態(tài)。金屬構件表面的這種磁狀態(tài)記憶了微觀缺陷或應力集中的位 置，即所謂的磁記憶效應（圖 1）。

在地面沿管道上方檢測和記錄這些磁場數(shù)據(jù)，對缺陷處管道的受力狀況進行分析計算和缺陷評估，得出缺陷處管道的應力水平、危險程度、最大允許操作壓力、維修等級，估算缺陷尺寸和類型等信息，給出修復建議。

2.2 檢測分級

PMT檢測結果將發(fā)現(xiàn)的異常分為三級，Ⅰ級為不允許狀態(tài)，需立刻修理；Ⅱ級為允許存在狀態(tài)，需計劃修理；Ⅲ級為良好狀態(tài)，不需修理（表 2）。

通過管道局部應力水平的變化來評價缺陷的安全性，是管道埋地狀態(tài)的真實應力反應，而不是以缺陷的幾何參數(shù)計算的應力水平。

3 PMT技術在油田集輸管道的應用

3.1 檢測步驟

（1）背景磁場收集

分別收集不同區(qū)段管道的背景磁場，為后期磁場強度的對比修正提供支持。在待檢管道附近選取50～100 m與管道方向平行的無外界磁場干擾的地面，磁力計在空間X、 Y、 Z三個方向（沿管道走向）以及離地50 cm、 100 cm、 150 cm三個高度進行地磁場數(shù)據(jù)收集。每個區(qū)段選取2～3處地面。

（2）中心線定位

使用PCM+/DM儀器復測管道中心線、埋深及高程，在地面做好臨時標記，檢測外防腐情況的同時確定磁應力檢測精確路線。

（3）管道磁場掃描

運用磁力計對管道進行磁場掃描，掃描速度0.25 m/s，以識別由管道焊縫缺陷、金屬缺陷或管道彎曲應力引起的磁場異常（圖 2）。通過縱向坐標（相對于檢測零點）和角坐標（相對于管道圓周），確定管道缺陷（群）和位置。檢測缺陷和應力變化主要包括制管缺陷、機械缺陷、焊接缺損、局部腐蝕損壞以及應力變形區(qū)域，其掃描指數(shù)≤0.25 m。

（4）磁場數(shù)據(jù)保存

不同區(qū)段管道掃描數(shù)據(jù)單獨保存，同一區(qū)段每100 m保存一次。對于重點區(qū)域，如變徑、位置偏移、地貌差異、敷設方式改變、干擾環(huán)境、陰極保護模式、埋深差異和土壤性質差異等區(qū)域，按照差異區(qū)段分類記錄，確保分區(qū)段檢測的準確性和后期數(shù)據(jù)修正的可靠性。

（5）數(shù)據(jù)解析及評估

管道磁應力檢測方法通過直接量化評估應力變化水平?jīng)Q定缺陷的相對危險度，而不通過缺陷的幾何參數(shù)（長，寬，高）進行計算。在磁異常區(qū)域沿管道軸線方向及背景“靜區(qū)”中磁場強度分布的密度，由曲線部分的長度確定。通過相應的異常長度和背景部分相結合，對DQ進行積分計算而得。

（6）開挖修正

檢測完成后，選擇部分異常點進行開挖，對磁應力檢測結果進行修正。如果開挖評價結果比磁檢測結果評價輕，應按開挖評價結果適當提高該管段的磁異 常綜合指數(shù)F值；如果開挖結果比磁檢測結果嚴重，應適當降低F值；如果開挖結果比磁檢測結果嚴重很多，應降低F值，重新排列開挖點，并對這種情況的磁異常段進行優(yōu)先開挖。

（7）開挖驗證

根據(jù)報告中GPS數(shù)據(jù)，定位埋地管道的腐蝕點，取腐蝕點軸向±0.5 m作為測試管段開挖驗證。以管道截面30°為1個壁厚測試點，進行環(huán)向標記，測試環(huán)線間距10 cm（圖 3）。每處腐蝕位置共計檢測120個壁厚數(shù)據(jù)并記錄。取壁厚最薄的數(shù)據(jù)對比磁應力檢測結果，驗證其準確性。

3.2 檢測結果

2018年，冀東油田全面開展環(huán)境敏感區(qū)域油、氣、水管道的磁應力檢測，共計檢測管道19條，總長度達213.25 km。

檢測出一級腐蝕點18處，二級腐蝕點544處，三級腐蝕點2 857處，對部分腐蝕點開挖驗證，數(shù)據(jù)對比見表 3。

經(jīng)對比，共計24個開挖點，僅第7、 9點驗證數(shù)據(jù)不吻合，其他測試數(shù)據(jù)均符合磁應力判定結果，準確率達到91.6%。已根據(jù)現(xiàn)場管道所處環(huán)境和磁場數(shù)據(jù)制定維修方案和防范措施。

4 結論及應用建議

非接觸式磁應力檢測技術在管道無法實現(xiàn)內檢測的條件下，能較為準確的檢測出管道本體的腐蝕情況，得出管道本體缺陷大小，是一種半定量管道本體腐蝕檢測方法。同時，該檢測方法不影響管道正常運行，不需要停輸，且對管道收發(fā)球裝置、管輸壓力等無要求。建議：增加不同環(huán)境、不同材質下管道開挖修正數(shù)據(jù)的數(shù)量，以大量的人為對比結果為磁應力數(shù)據(jù)分析提供后臺大數(shù)據(jù)資源，提高磁應力檢測的準確率；通過大數(shù)據(jù)存儲、篩選和分析，細化磁應力檢測腐蝕等級區(qū)間，增加腐蝕等級的劃分層級，為管道運營單位提供更好、更直接的決策依據(jù)。

 

參考文獻：

【1】SY/T6597-2014《油氣管道內檢測技術規(guī)范》 [S].

【2】王富祥,馮慶善,張海亮,等.基于三軸漏磁內檢測技術的管道特性識別[J].無損檢測,2011,33（1） :78-84 .

【3】劉剛,陳雷,張國忠,等.管道清管器技術發(fā)展現(xiàn)狀[J].油氣儲運,2011,30（9） :646-653

【4】GB 32167-2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》[S]. 44-45

 

作者：楊振東， 1978年生，大學本科，工程師，冀東油田公司油氣集輸公司工程維護中心主任，主要從事油氣集輸檢測與維護工作。