董曉煥1,2

1.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國家工程實(shí)驗室； 2.長(cháng)慶油田分公司油氣工藝研究院

摘 要：長(cháng)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，內腐蝕嚴重，迫切需要開(kāi)發(fā)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�；�于電磁渦流技術(shù)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(xiàn)內腐蝕檢測中得到應用。

 

長(cháng) 慶 油 田 擁 有 各 類(lèi) 管 道 5 萬(wàn) 余 公 里 ， 其 中φ 114 mm以下集輸管道約3.2萬(wàn)公里。原油集輸管道主要采用20 #無(wú)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，內防腐基本未實(shí)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(shù)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(shù)的基礎上，著(zhù)手開(kāi)發(fā)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(wàn)向節、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、電路控制和數據存儲裝置、裝置位置接收器、里程計數輪和驅動(dòng)皮碗幾個(gè)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(gè)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(wú)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(jiàn)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，最小可達到40 mm管徑。確定以渦流檢測技術(shù)為基礎進(jìn)行整機結構設計，同時(shí)優(yōu)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(huán)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(guò)一系列試驗進(jìn)行優(yōu)選。

通過(guò)調整整機結構設計，對檢測器整機進(jìn)行三維模擬試驗，證實(shí)可以通過(guò)1.5 D的彎頭。

1.3 檢測探頭的設計

渦流探頭采用近場(chǎng)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(jiàn)圖 2。

1.4 防水、密封和耐壓型設計

檢測器的工作環(huán)境是油田在役管線(xiàn)，內有水、原油等介質(zhì)，同時(shí)檢測器是依靠水或者原油作為推動(dòng)動(dòng)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(gè)單節均用專(zhuān)用的電路絕緣和灌封材料進(jìn)行了灌封處理。

1.5 檢測器定位設計

目前市場(chǎng)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(jīng)過(guò)研究試制出了可以滿(mǎn)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(gè)里程輪進(jìn)行同步計量，通過(guò)一定的算法可以大大提高定位精度，能夠滿(mǎn)足定位要求。

1.7 柔性連接設計

優(yōu)選采用不銹鋼彈簧連接方式，確保檢測器實(shí)現柔性連接，能夠自由順暢的通過(guò)1.5 D的彎頭，保證整機強度，以應對高壓水流推動(dòng)。見(jiàn)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(dòng)不均勻、不順暢，影響檢測器在管道中的勻速行進(jìn)。經(jīng)過(guò)大量試驗反復修改皮碗幾何尺寸等參數，最終優(yōu)化確定最合理的尺寸參數，確保檢測器在管道中的通過(guò)性。皮碗安裝示意見(jiàn)圖 4。

        

1.9 檢測電路設計

檢測器電路設計流程見(jiàn)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(shí)際檢測出來(lái)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(méi)而無(wú)法顯示判斷 缺陷的波形，需要開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的數據分析和處理軟件，數據圖形界面見(jiàn)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(gè)1.5 D的彎管，設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(cháng)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(xiàn)圖譜建立

通過(guò)反復試驗，建立不同缺陷類(lèi)型（外刻槽、通孔、盲孔等）的特征曲線(xiàn)圖譜。部分缺陷特征曲線(xiàn)圖譜見(jiàn)圖 7。

2.2 主要技術(shù)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(chǎng)檢測試驗

選擇采油十一廠(chǎng)鎮4增至鎮三轉集油管道800 m管段進(jìn)行檢測試驗，管道基本情況和高程見(jiàn)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(jiàn)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(jīng)過(guò)優(yōu)化設計后的檢測器結構基本能夠滿(mǎn)足管道內部通過(guò)性要求，可順暢和自如的通過(guò)1.5 D的彎頭，不會(huì )存在卡阻異常。

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

 

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。