董曉煥1,2

1.低滲透油氣田勘探開發(fā)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(fā)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(nèi)腐蝕嚴(yán)重，迫切需要開發(fā)出判斷內(nèi)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(shù)研制出適合φ 89 mm管徑集輸管道內(nèi)腐蝕檢測器，并在油田集輸管線內(nèi)腐蝕檢測中得到應(yīng)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(huán)氧煤瀝青或環(huán)氧粉末涂層，可保障管道正常運行，內(nèi)防腐基本未實施，導(dǎo)致管道內(nèi)腐蝕嚴(yán)重，穿孔頻繁。從穿孔次數(shù)看，出油管道腐蝕穿孔次數(shù)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(nèi)腐蝕狀況，技術(shù)人員在調(diào)研漏磁通型、超聲波型、渦流型、電磁聲波型管道檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，著手開發(fā)出φ89 mm以下管徑的內(nèi)腐蝕檢測器，并取得了一定的應(yīng)用效果。

1 內(nèi)腐蝕檢測器的研制

管道內(nèi)腐蝕檢測器包括裝置定位器、萬向節(jié)、定位電池組、探頭電池組、電磁發(fā)射與渦流檢測裝置、速度控制板、電路控制和數(shù)據(jù)存儲裝置、裝置位置接收器、里程計數(shù)輪和驅(qū)動皮碗幾個功能組件，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

為適應(yīng)油田管道敷設(shè)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(jié)構(gòu)。

（5）密封和耐壓設(shè)計。

1.1 內(nèi)腐蝕檢測方法的選擇

調(diào)研國內(nèi)外成熟的幾種無損檢測技術(shù)，從檢測原理、檢測方式、適用環(huán)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(shù)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(nèi)環(huán)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(dá)到40 mm管徑。確定以渦流檢測技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時優(yōu)化檢測探頭設(shè)計，保證檢測的準(zhǔn)確度和靈敏度。

1.2 檢測器整機(jī)設(shè)計

考慮到檢測儀器使用的環(huán)境：高壓水、管道內(nèi)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(guī)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(jìn)行優(yōu)選。

通過調(diào)整整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計，對檢測器整機(jī)進(jìn)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(shè)計

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

1.4 防水、密封和耐壓型設(shè)計

檢測器的工作環(huán)境是油田在役管線，內(nèi)有水、原油等介質(zhì)，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(dá)到更好的防水和密封效果，對每個單節(jié)均用專用的電路絕緣和灌封材料進(jìn)行了灌封處理。

1.5 檢測器定位設(shè)計

目前市場上有成熟的管道檢測器定位系統(tǒng)，但是探頭體積都比較大，經(jīng)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(nèi)的管道，定位范圍2 m左右。

1.6 里程計設(shè)計

考慮到檢測器輪子可能打滑，所以采用三個里程輪進(jìn)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(shè)計

優(yōu)選采用不銹鋼彈簧連接方式，確保檢測器實現(xiàn)柔性連接，能夠自由順暢的通過1.5 D的彎頭，保證整機(jī)強(qiáng)度，以應(yīng)對高壓水流推動。見圖 3。

1.8 阻力皮碗設(shè)計

阻力皮碗既要保證有一定的強(qiáng)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(jìn)。經(jīng)過大量試驗反復(fù)修改皮碗幾何尺寸等參數(shù)，最終優(yōu)化確定最合理的尺寸參數(shù)，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(shè)計

檢測器電路設(shè)計流程見圖 5。

1.10 檢測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(fā)專用的數(shù)據(jù)分析和處理軟件，數(shù)據(jù)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(shè)置一段模擬缺陷樣管段進(jìn)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(shù)：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(fù)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(shù)參數(shù)

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(xiàn)場檢測試驗

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

        

4 結(jié)論及認(rèn)識

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

（2）經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后的檢測器結(jié)構(gòu)基本能夠滿足管道內(nèi)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(xiàn)場試驗，摸索管道內(nèi)腐蝕的典型特征曲線，為后續(xù)檢測數(shù)據(jù)計算機(jī)自動分析和解釋打下基礎(chǔ)。

 

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