非接觸磁應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)在油田集輸管道缺陷檢測(cè)的探索和實(shí)踐

李金武 趙曉云 汪 羅 張智德 王曉強(qiáng)

（北京西管安通檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100107）

0 引言

油田單井管線、集油管線、轉(zhuǎn)油管線在是油田開發(fā)生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施，是油田正常生產(chǎn)的動(dòng)脈。然而，由于環(huán)境、輸送物質(zhì)的腐蝕性，埋地鋼質(zhì)管線會(huì)出現(xiàn)不同程度的腐蝕，腐蝕是管道系統(tǒng)性能降低的重要原因。掌握管線腐蝕程度隨服役時(shí)間的變化規(guī)律，對(duì)現(xiàn)役埋地管線運(yùn)行安全和壽命預(yù)測(cè)具有重要意義，也是油田管道完整性管理的要求。

油田集輸管道中的輸送介質(zhì)有些直接是井口采出液，由于沒(méi)有采用脫鹽、脫水、凈化分離的處理，其輸送介質(zhì)的成分復(fù)雜，極易造成管道的內(nèi)壁腐蝕。又由于原油的凝點(diǎn)高，需要加熱以保障輸送，在管道的外壁常常又包覆了保溫層。油田集輸管道通常沒(méi)有施加陰極保護(hù)，一旦管道外壁的保溫層發(fā)生破損，就會(huì)因水分的接觸，造成管體外壁的腐蝕加速。在內(nèi)外腐蝕的作用下，可能會(huì)造成管壁穿孔，造成輸送介質(zhì)的泄漏，由于壓力和流量低、在泄漏的初期，由于泄漏量小，通常不易被發(fā)現(xiàn)；而一旦擴(kuò)大，則影響的區(qū)域已經(jīng)超過(guò)了初始的泄漏點(diǎn)，造成了較大面積的環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失，更加引起了社會(huì)、公眾的廣泛關(guān)注[1,2]。

油田集輸管道普遍存在管徑小、壓力低、輸量小、距離短的特點(diǎn)，較難像長(zhǎng)距離輸送管道那樣，是無(wú)法采用內(nèi)檢測(cè)的方法對(duì)管道的腐蝕狀況進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。而非接觸式磁應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)是一種非侵入、非接觸式的檢測(cè)方法[3]，無(wú)需對(duì)管線進(jìn)行開挖，沿著埋地管道的正上方收集自然磁場(chǎng)信號(hào)的變化并進(jìn)行分析，即可發(fā)現(xiàn)管道中可能存在的缺陷。為此，我們采用了非接觸磁應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)對(duì)某條廢棄油田集輸管道腐蝕缺陷的檢測(cè)方法進(jìn)行了探討和實(shí)踐。

1 被檢管道的基本情況

被檢管線于2002年投入使用，輸送介質(zhì)為脫水處理后的原油，管線全長(zhǎng)13km，材質(zhì)為20#鋼，直徑133mm，壁厚5mm，外壁為黃夾克保溫層，無(wú)內(nèi)防腐層，設(shè)計(jì)壓力4.0MPa。管線從計(jì)量接轉(zhuǎn)站出站后約20m處，為了避讓民用建筑的占?jí)海档惋L(fēng)險(xiǎn)，對(duì)約700m長(zhǎng)管線做了更換，而原700m長(zhǎng)的管線廢棄，管線的路由如圖1中的橙色和綠色線段。在實(shí)際檢測(cè)中，由于現(xiàn)場(chǎng)道路上停放車輛及民房占?jí)旱挠绊?，?shí)際檢測(cè)長(zhǎng)度480m，如圖1中綠色線段。

圖1 某廢棄管線路由及磁應(yīng)力檢測(cè)圖

2 非接觸磁應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)和步驟

圖2 非接觸磁應(yīng)力檢測(cè)原理圖

該技術(shù)原理是基于金屬管體的自然磁場(chǎng)產(chǎn)生的應(yīng)力變化，檢測(cè)過(guò)程中，無(wú)需對(duì)管體進(jìn)行磁化，當(dāng)金屬管體不存在任何缺陷時(shí)，管體不存在應(yīng)力集中，其自然磁場(chǎng)是平直無(wú)變化的；當(dāng)缺陷存在時(shí)，缺陷處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致自然磁場(chǎng)發(fā)生畸變，非接觸磁應(yīng)力技術(shù)正是通過(guò)這種自然磁場(chǎng)信號(hào)來(lái)確定（缺陷引起的）管體應(yīng)力集中的程度[4]。通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)采集管道的磁場(chǎng)信號(hào)，分析磁場(chǎng)信號(hào)所對(duì)應(yīng)管道應(yīng)力變化程度，利用數(shù)據(jù)庫(kù)及軟件分析，預(yù)判缺陷可能的類型和風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，之后對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的管段開挖詳細(xì)檢查，進(jìn)一步評(píng)價(jià)在役管道缺陷狀況，從而了解管道的安全狀況[4-7]。

在進(jìn)行非接觸磁應(yīng)力檢測(cè)的過(guò)程中，我們借鑒管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)技術(shù)（ICDA）[8]中的四步法，即：（1）預(yù)評(píng)價(jià)（基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集及磁應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)可行性的評(píng)價(jià)；（2）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析過(guò)程，通過(guò)收集管道的磁應(yīng)力數(shù)據(jù)并進(jìn)行校核分析，計(jì)算管道應(yīng)力異常點(diǎn)的位置和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；（3）對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)異常點(diǎn)進(jìn)行開挖詳細(xì)檢測(cè)，對(duì)異常點(diǎn)的管道部位進(jìn)行詳細(xì)的檢查；（4）后評(píng)價(jià)，對(duì)本次完整性評(píng)價(jià)工作進(jìn)行總結(jié)。

3 磁應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果與詳細(xì)檢測(cè)

3.1 磁應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行過(guò)程中，首先對(duì)管線進(jìn)行定位（如圖3所示），然后使用非接觸式磁應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備收集金屬管體的自然磁場(chǎng)的信號(hào)，通過(guò)對(duì)所收集到的金屬管體自然磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的詳細(xì)計(jì)算和分析，可以得到被檢測(cè)管道的缺陷狀況，結(jié)果顯示本次所檢測(cè)的目標(biāo)管道有四處高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

3.2 開挖點(diǎn)的選擇

圖3 被檢測(cè)管道路由及定位工作

根據(jù)磁應(yīng)力檢測(cè)中高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，如表1所示，異常點(diǎn)25#和26#實(shí)際上緊鄰的兩處，該位置在花園區(qū)域，埋深不足半米，因此選擇對(duì)這兩個(gè)點(diǎn)位合并為25#點(diǎn)進(jìn)行開挖和詳細(xì)檢測(cè)。

3.3 詳細(xì)檢測(cè)

3.3.1 風(fēng)險(xiǎn)管段取樣

確定了開挖點(diǎn)之后，我們對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)管段進(jìn)行了開挖，并切割取樣，開展目視檢查和超聲測(cè)厚?，F(xiàn)場(chǎng)取樣管段總長(zhǎng)約2.2m，分別切割為三段以便運(yùn)輸和后續(xù)剖切，按照流體方向分別記為25-1#、25-2#、25-3#。管段軸向的剖切是為了更好地對(duì)管道內(nèi)壁腐蝕情況進(jìn)行檢查。對(duì)于剖切點(diǎn)的選擇，根據(jù)以往油田集輸管道腐蝕點(diǎn)主要在六點(diǎn)鐘方位附近區(qū)域，因此，剖切點(diǎn)選擇了三點(diǎn)鐘和九點(diǎn)鐘進(jìn)行軸向剖切，部分截取后的剖開管段內(nèi)外壁狀況及超聲測(cè)厚情況如圖4所示。

3.3.2 目視檢查

對(duì)于管體表面存在腐蝕情況的位置如圖5（a）所示，要進(jìn)行目視檢查，進(jìn)行記錄和拍照，然后對(duì)管體表面的銹層進(jìn)行清除，使表面無(wú)雜物，且使表面呈現(xiàn)金屬本色[9]，如圖5（b）所示。發(fā)現(xiàn)該處管體外表面存在大量的點(diǎn)蝕缺陷，分析應(yīng)是因保溫層的破損后環(huán)境造成的腐蝕。

表1 開挖及詳細(xì)檢測(cè)的高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)數(shù)據(jù)表

圖4 （a） 部分截取管段剖開后的內(nèi)外壁狀況

圖4 （b） 超聲波測(cè)厚工作圖

對(duì)取樣管段進(jìn)行目視檢查，發(fā)現(xiàn)了環(huán)焊縫根部的焊接裂紋，如圖6所示；表面的凹坑現(xiàn)象，直徑約50mm，深度約3.2mm，如圖7所示。

3.3.3 測(cè)量剩余壁厚

對(duì)目視發(fā)現(xiàn)的腐蝕嚴(yán)重的部位，按照管段現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)鐘點(diǎn)位，進(jìn)行超聲測(cè)厚，測(cè)量管壁的剩余壁厚，如圖8所示。

圖5 （a） 管體外表面的腐蝕情況

圖5 （b） 清除銹層，管體外表面成片的腐蝕坑

圖6 目視發(fā)現(xiàn)環(huán)焊縫根部的焊接問(wèn)題

圖7 管段外壁的凹坑，直徑約50mm，深度約3.2mm

表2 管體腐蝕程度評(píng)價(jià)表

圖8 使用超聲測(cè)厚儀對(duì)管段的剩余壁厚進(jìn)行測(cè)量，該處剩余壁厚為3.45mm（設(shè)計(jì)壁厚5mm）

測(cè)量得到的剩余壁厚，按照腐蝕程度評(píng)價(jià)的要求開展[10]，結(jié)果如表2所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

使用非接觸磁應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合開挖和詳細(xì)檢測(cè)的步驟，在一條廢棄油田集輸管道開展的時(shí)間探索表明，該檢測(cè)技術(shù)能夠找到管體存在的腐蝕缺陷并通過(guò)詳細(xì)檢測(cè)過(guò)程得到了驗(yàn)證。對(duì)于難以開展管道內(nèi)檢測(cè)的油田集輸管道而言，該方法可以作為試壓檢測(cè)技術(shù)、管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)技術(shù)、管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)技術(shù)的輔助檢測(cè)技術(shù)之一。