元壩氣田埋地柔性鋼骨架復(fù)合管非開挖檢測(cè)分析

曾德智 袁海富 孫天禮 何歡 朱國(guó) 杜友如

1.油氣藏及地質(zhì)開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué) 2.中國(guó)石化西南油氣分公司采氣二廠 3.四川吉石科技有限公司

管道作為一種壓力容器被廣泛應(yīng)用于石油行業(yè)，惡劣的地質(zhì)環(huán)境會(huì)破壞管道防腐層，進(jìn)而可能導(dǎo)致管道腐蝕破損[1-4]。為確保管道能夠長(zhǎng)期安全運(yùn)行，須對(duì)管道的防腐層破損情況進(jìn)行及時(shí)有效的檢查。常用的射線檢測(cè)、電火花檢測(cè)、聲波檢測(cè)等無損檢測(cè)方法只能檢測(cè)已開挖管道[5-7]，經(jīng)濟(jì)性較差，且易在開挖過程中對(duì)管道造成人為損傷。因此，在埋地管道的無損檢測(cè)中，非開挖檢測(cè)技術(shù)更為適用[8-9]。NoPig檢測(cè)技術(shù)通過分析施加在金屬管道兩端的多成分諧波電流與管道上方磁場(chǎng)各同譜分量的比值來確定管道壁厚變化[10]。弱磁技術(shù)通過鐵磁管道異常部位引起的磁變化來確定缺陷部位[11-14]。直流電位梯度法(DCVG)依據(jù)不同介質(zhì)電阻率不同的原理，通過檢測(cè)金屬埋地管道電壓場(chǎng)梯度變化的方法確定防腐層破損點(diǎn)[15-16]。非開挖檢測(cè)技術(shù)在金屬埋地管的無損檢測(cè)中應(yīng)用效果顯著，但該技術(shù)在埋地柔性鋼骨架復(fù)合管無損檢測(cè)中鮮有報(bào)道。

元壩氣田污水具有高含硫、中含CO2的特點(diǎn)，污水管線材質(zhì)采用耐蝕的柔性鋼骨架復(fù)合管[17-18]。針對(duì)元壩氣田污水管線的實(shí)際工況，使用基于交流電位梯度法的PCM+管道電流測(cè)繪儀和RTK-GPS測(cè)量?jī)x，在無開挖的條件下對(duì)柔性鋼骨架復(fù)合管防腐層破損點(diǎn)精準(zhǔn)定位，采用科學(xué)手段對(duì)管道進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)。

1 埋地柔性鋼骨架復(fù)合管非開挖檢測(cè)方法

1.1 技術(shù)原理

如圖1所示，信號(hào)電流從破損點(diǎn)處流出，導(dǎo)致信號(hào)電流大小會(huì)由逐漸衰減變?yōu)橥蝗辉龃?，并形成以破損點(diǎn)為中心的球形電場(chǎng)，通過在地面檢測(cè)該電位場(chǎng)的電位梯度，可確定出破損點(diǎn)位置[19]。根據(jù)上述原理，采用PCM+管道電流測(cè)繪儀對(duì)柔性鋼骨架復(fù)合管進(jìn)行無損檢測(cè)。

1.2 破損等級(jí)判定

對(duì)于防腐層破損點(diǎn)漏損程度，參照GB 32167-2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》對(duì)漏損程度進(jìn)行分級(jí)(分級(jí)信息見表1)，同時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖檢測(cè)情況調(diào)整破損點(diǎn)電位梯度值(dB值)進(jìn)行分級(jí)和制定處理計(jì)劃。

表1 防腐層破損點(diǎn)分級(jí)等級(jí)防腐層漏損點(diǎn)dB值建議方法一級(jí)(極輕微)<30監(jiān)控使用二級(jí)(輕微)30≤dB<40監(jiān)控使用三級(jí)(較嚴(yán)重)40≤dB<55計(jì)劃維修四級(jí)(嚴(yán)重)≥55立即維修

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 管道概況

本次檢測(cè)的是元壩氣田埋地管道YB05至YB05-1管段，被檢測(cè)管段用于站外污水輸送管線，總長(zhǎng)2 398 m，直徑為DN80，設(shè)計(jì)壓力等級(jí)為5.5 MPa，輸送污水介質(zhì)pH值為6.83，其他污水介質(zhì)成分見表2。

表2 污水介質(zhì)成分表ρ/(mg·L-1)項(xiàng)目質(zhì)量濃度項(xiàng)目質(zhì)量濃度硫化物1 988HCO-33 299礦化度47 415K++Na+14 733Cl-26 045Ca2+2 214SO2-4120Mg2+1 004

2.2 檢測(cè)過程

元壩地區(qū)柔性鋼骨架復(fù)合管非開挖無損檢測(cè)流程如圖2所示，通過管道電流測(cè)繪儀和RTK-GPS測(cè)量?jī)x對(duì)污水管進(jìn)行定位，采用交流電位梯度法檢測(cè)管道防腐層是否存在破損，進(jìn)而再次利用RTK-GPS測(cè)量?jī)x對(duì)破損點(diǎn)進(jìn)行精確定位，最后對(duì)破損點(diǎn)管段進(jìn)行開挖驗(yàn)證及修復(fù)，并恢復(fù)開挖處地貌。

由于元壩氣田污水管道的特殊情況對(duì)儀器施加的電流信號(hào)存在干擾或傳輸距離太短等問題，本次采用“雙頭接地法”(見圖3(a))及“閉合回路法”(見圖3(b))，發(fā)射機(jī)對(duì)污水管線加設(shè)460 Hz的電信號(hào)，以達(dá)到克服客觀干擾的目的。

采用RD8000接收機(jī)與交流電位差測(cè)量?jī)x(A字架)測(cè)量管線上方的dB值和土壤中的CP電流方向來確定管線破損程度和精確位置。如圖4所示，檢測(cè)時(shí)A字架須沿管道正上方平行測(cè)試，并且在破損點(diǎn)前后、左右進(jìn)行地表電位梯度測(cè)試。測(cè)得的防腐層破損點(diǎn)的dB值為被檢測(cè)埋地管段dB值發(fā)生突變時(shí)讀取到的最大值。

在查找到破損點(diǎn)后，利用RTK-GPS測(cè)量?jī)x對(duì)破損點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并將破損點(diǎn)GPS坐標(biāo)錄入原始檢測(cè)記錄。

2.3 檢測(cè)結(jié)果

被檢管段共檢測(cè)出5處防腐層破損點(diǎn)，如圖5所示。5處防腐層均有不同程度損傷，破損情況可分為接頭處未防腐和施工劃傷。

表3為YB05至YB05-1埋地柔性鋼骨架復(fù)合管道采用PCM+管道電流測(cè)繪儀與RTK接收機(jī)進(jìn)行非開挖無損檢測(cè)后的統(tǒng)計(jì)記錄。

表3 管道防腐層破損點(diǎn)記錄序號(hào)相對(duì)位置埋深/mdB值受損等級(jí)與建議坐標(biāo)(X、Y、Z)/m地形地貌P0閥井旁接頭2.070嚴(yán)重立即維修X:26 005.828Y:9 882.928Z:629.433玉米地P1水保下方2.180嚴(yán)重立即維修X:26 025.933Y:9 821.042Z:609.355旱地

續(xù)表3序號(hào)相對(duì)位置埋深/mdB值受損等級(jí)與建議坐標(biāo)(X、Y、Z)/m地形地貌P2彎頭2.7070嚴(yán)重立即維修X:25 970.531Y:9 960.562Z:627.530荒地P3堡坎下方1.0046輕微重點(diǎn)監(jiān)控X:26 037.864Y:9 784.854Z:597.713旱地P4菜地0.9554中等計(jì)劃維修X:26 018.775Y:9 045.631Z: 625.871菜地

2.4 開挖檢驗(yàn)

被檢測(cè)出的各破損點(diǎn)開挖驗(yàn)證的防腐層詳細(xì)信息如圖6(a)～圖6(e)所示。從圖6可知：各破損點(diǎn)的防腐層破損程度不一，各點(diǎn)均存在不同程度的安全隱患。其中，P0處防腐層破損，有漏鐵現(xiàn)象，閥井內(nèi)部管道為裸管無防腐層，管體被澆筑在閥井墻體內(nèi)，閥井內(nèi)有積水漫過管道；P1處防腐層嚴(yán)重破損，有漏鐵現(xiàn)象；P2處防腐層有脫離現(xiàn)象，但未漏鐵；P3處防腐層輕微破損，未漏鐵；P4處防腐層輕微破損拉傷，傷痕較長(zhǎng)(1.5 m)，局部疑似漏鐵。開挖驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，P0、P1、P2處均存在嚴(yán)重隱患，P3、P4處均存在較嚴(yán)重隱患，各破損點(diǎn)破損程度與檢測(cè)出的dB值所對(duì)應(yīng)的隱患等級(jí)吻合。

開挖驗(yàn)證結(jié)果表明，各檢測(cè)點(diǎn)均存在防腐層破損或接頭處防腐性能不合格的情況，建議破損部位采用黏彈體與冷纏帶結(jié)合的方法對(duì)防腐層進(jìn)行修復(fù)，修護(hù)后使用電火花檢測(cè)法檢測(cè)防腐層是否完整。針對(duì)開挖驗(yàn)證后的管道情況，提出以下建議：

(1) 強(qiáng)化接頭處防腐材料的性能，接頭處施工完成后使用電火花檢測(cè)法檢測(cè)是否存在缺陷。

(2) 參照GB 50369-2014《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》，在管道敷設(shè)與回填程中使用的細(xì)土顆粒直徑應(yīng)小于20 mm，以免對(duì)管體造成損傷。

(3) 明確管道具體埋深，以免開挖過度對(duì)管體造成損傷。

3 結(jié)論

(1) 提出了針對(duì)元壩氣田污水輸送用柔性鋼骨架復(fù)合管的非開挖無損檢測(cè)方法，利用PCM及管道電流測(cè)繪儀測(cè)量管道中電流衰減梯度的變化，對(duì)管道防腐層的破損情況進(jìn)行了識(shí)別，通過RTK-GPS測(cè)量?jī)x對(duì)破損點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

(2) 形成了一套埋地柔性鋼骨架復(fù)合管在非開挖條件下的無損檢測(cè)流程，實(shí)現(xiàn)了元壩氣田YB05至YB05-1管段破損點(diǎn)的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與開挖檢驗(yàn)結(jié)果吻合度為100%，說明該檢測(cè)方法及流程具有較好的適用性，可為解決同類工程問題提供借鑒。

(3) 檢測(cè)發(fā)現(xiàn)柔性鋼骨架復(fù)合管的破損原因主要為施工劃傷和接頭防腐性能不佳，建議強(qiáng)化接頭處的防腐處理工藝，管道鋪設(shè)與回填時(shí)使用的細(xì)土顆粒直徑應(yīng)小于20 mm。