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，且部分采油區內穿插于濕地保護區，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(guò)10年，部分管道超過(guò)20年。

由于近年來(lái)二氧化碳吞吐、酸化措施等技術(shù)在采油過(guò)程的應用，加劇了集輸管線(xiàn)的內腐蝕風(fēng)險，失效事件頻次快速增長(cháng)。據統計， 2016年全油田發(fā)生管道穿孔事件612次， 2017年采取相關(guān)措施后管道穿孔事件降至454次，嚴重影響油田集輸系統的安全運行,全面開(kāi)展管道本體腐蝕檢測迫在眉睫。

1 管道檢測技術(shù)現狀對比

按照GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》要求，管道檢測是管道完整性評價(jià)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、陰極保護系統等進(jìn)行檢測評價(jià)，無(wú)法對管道缺陷進(jìn)行定量檢測和評估，通常需要結合開(kāi)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(wú)損外檢測方法，基本原理是利用金屬磁記憶效應來(lái)檢測部件應力集中部位，采集數據并開(kāi)挖幾個(gè)校驗坑即可完成，并可得出較為豐富的缺陷數據和評估結果，達到部分漏磁檢測效果。各種檢測技術(shù)對比見(jiàn)表 1。

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

2 PMT檢測技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

當鐵磁性構件受到外部載荷作用時(shí)，受地球磁場(chǎng)激勵，在應力和變形集中區域會(huì )發(fā)生具有磁致伸縮性質(zhì)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(huì )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(guān)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(chǎng)數據，對缺陷處管道的受力狀況進(jìn)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(lèi)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(guò)管道局部應力水平的變化來(lái)評價(jià)缺陷的安全性，是管道埋地狀態(tài)的真實(shí)應力反應，而不是以缺陷的幾何參數計算的應力水平。

3 PMT技術(shù)在油田集輸管道的應用

3.1 檢測步驟

（1）背景磁場(chǎng)收集

分別收集不同區段管道的背景磁場(chǎng)，為后期磁場(chǎng)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(wú)外界磁場(chǎng)干擾的地面，磁力計在空間X、 Y、 Z三個(gè)方向（沿管道走向）以及離地50 cm、 100 cm、 150 cm三個(gè)高度進(jìn)行地磁場(chǎng)數據收集。每個(gè)區段選取2～3處地面。

（2）中心線(xiàn)定位

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

（3）管道磁場(chǎng)掃描

運用磁力計對管道進(jìn)行磁場(chǎng)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(chǎng)異常（圖 2）。通過(guò)縱向坐標（相對于檢測零點(diǎn)）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域，其掃描指數≤0.25 m。

（4）磁場(chǎng)數據保存

不同區段管道掃描數據單獨保存，同一區段每100 m保存一次。對于重點(diǎn)區域，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(zhì)差異等區域，按照差異區段分類(lèi)記錄，確保分區段檢測的準確性和后期數據修正的可靠性。

（5）數據解析及評估

管道磁應力檢測方法通過(guò)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(guò)缺陷的幾何參數（長(cháng)，寬，高）進(jìn)行計算。在磁異常區域沿管道軸線(xiàn)方向及背景“靜區”中磁場(chǎng)強度分布的密度，由曲線(xiàn)部分的長(cháng)度確定。通過(guò)相應的異常長(cháng)度和背景部分相結合，對DQ進(jìn)行積分計算而得。

（6）開(kāi)挖修正

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

（7）開(kāi)挖驗證

根據報告中GPS數據，定位埋地管道的腐蝕點(diǎn)，取腐蝕點(diǎn)軸向±0.5 m作為測試管段開(kāi)挖驗證。以管道截面30°為1個(gè)壁厚測試點(diǎn)，進(jìn)行環(huán)向標記，測試環(huán)線(xiàn)間距10 cm（圖 3）。每處腐蝕位置共計檢測120個(gè)壁厚數據并記錄。取壁厚最薄的數據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(kāi)展環(huán)境敏感區域油、氣、水管道的磁應力檢測，共計檢測管道19條，總長(cháng)度達213.25 km。

檢測出一級腐蝕點(diǎn)18處，二級腐蝕點(diǎn)544處，三級腐蝕點(diǎn)2 857處，對部分腐蝕點(diǎn)開(kāi)挖驗證，數據對比見(jiàn)表 3。

經(jīng)對比，共計24個(gè)開(kāi)挖點(diǎn)，僅第7、 9點(diǎn)驗證數據不吻合，其他測試數據均符合磁應力判定結果，準確率達到91.6%。已根據現場(chǎng)管道所處環(huán)境和磁場(chǎng)數據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(shù)在管道無(wú)法實(shí)現內檢測的條件下，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(shí)，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(wú)要求。建議：增加不同環(huán)境、不同材質(zhì)下管道開(kāi)挖修正數據的數量，以大量的人為對比結果為磁應力數據分析提供后臺大數據資源，提高磁應力檢測的準確率；通過(guò)大數據存儲、篩選和分析，細化磁應力檢測腐蝕等級區間，增加腐蝕等級的劃分層級，為管道運營(yíng)單位提供更好、更直接的決策依據。

參考文獻：

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

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

【3】劉剛,陳雷,張國忠,等.管道清管器技術(shù)發(fā)展現狀[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范》[S]. 44-45

作者：楊振東， 1978年生，大學(xué)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。