孫鵬

四川德源管道科技股份有限公司

摘要：介紹了一種創(chuàng )新型的多模差動(dòng)渦流內檢測技術(shù)，該技術(shù)可以應用于非標發(fā)球裝置、低壓低流速等油氣田小口徑集輸管道的內檢測，為油氣田管道的風(fēng)險管控提供了新的解決方案。

關(guān)鍵詞：低壓低流速；小口徑；內檢測；多模差動(dòng)渦流

目前部分油氣田管道受低壓低流速、變徑管等因素制約，存在過(guò)盈量較大、橢圓形變、彎頭曲率半徑較大、非標收發(fā)球裝置等復雜工況，容易發(fā)生卡球風(fēng)險，影響管道內檢測工作的正常開(kāi)展。電磁渦流內檢測器具有與常規皮碗清管器相似的機械結構，在保證檢測器通過(guò)性良好的情況下，具備管道內腐蝕缺陷檢測能力，為油氣田集輸管道檢測提供了一種新的解決方案。

1  渦流內檢測原理及特點(diǎn)

1.1  原理

電磁渦流檢測是基于電磁感應原理的一種無(wú)損檢測方法，其原理如圖 1所示。首先，通過(guò)激勵信號源產(chǎn)生標準的正弦交變電流通入檢測探頭的激勵端，交變電流使得檢測線(xiàn)圈周?chē)�產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，通常稱(chēng)該磁場(chǎng)為原磁場(chǎng)。變化的磁場(chǎng)又使得在待測導體內感應出電渦流信號。其次，導體中感應出的電渦流信號也會(huì )產(chǎn)生自己的磁場(chǎng)（通常稱(chēng)該磁場(chǎng)為感應磁場(chǎng)），渦流感應磁場(chǎng)同樣會(huì )與線(xiàn)圈發(fā)生電磁感應作用，進(jìn)而在線(xiàn)圈上感生電壓。當導體中某些因素發(fā)生改變，如出現缺陷或電導率、磁導率、形狀、尺寸發(fā)生變化時(shí)，將影響渦流的強度和分布，進(jìn)而引起線(xiàn)圈感應電壓的變化。通過(guò)測定線(xiàn)圈感應電壓（阻抗）變化而實(shí)現無(wú)損檢測的方法就是渦流檢測。

圖 1 渦流檢測原理圖

多模差動(dòng)渦流內檢測技術(shù)是在電磁渦流內檢測的基礎上，采用差動(dòng)耦合的方式進(jìn)行信號激勵，并利用渦流檢測對試件性能的多種參數作出反應，從而建立多種識別模型進(jìn)行不同缺陷判別的內檢測技術(shù)。

1.2  特點(diǎn)

多模差動(dòng)渦流內檢測技術(shù)因其高度集成化和類(lèi)似于清管器的外形設計，以及優(yōu)異的傳感器性能，使得內檢測器具有長(cháng)度短、重量輕、通過(guò)性好、檢測靈敏度高、檢測速度快等特點(diǎn)，可以應用于低壓低流速以及發(fā)球裝置為清管閥管道的內檢測。

2  多模差動(dòng)渦流內檢測系統

多模差動(dòng)渦流內檢測系統并非單指內檢測設備，該系統由多模差動(dòng)渦流內檢測機器人、無(wú)源智能跟球儀、檢測分析軟件、智能跟球軟件、用戶(hù)檢測數據管理系統以及內檢測缺陷定位技術(shù)組成。該系統實(shí)現了從檢測作業(yè)、檢測器跟蹤、信號分析、缺陷定位以及用戶(hù)內檢測數據管理的全流程管理，其中無(wú)源智能跟球儀和智能跟球軟件組成了無(wú)源智能跟球系統。

2.1  多模差動(dòng)渦流內檢測器

多模差動(dòng)渦流內檢測器整體結構由驅動(dòng)皮碗、里程輪系統、硬件系統和渦流傳感器組成（圖 2）。具有特點(diǎn)如下：

（1）與清管器外形類(lèi)似的結構設計。外形尺寸與清管器類(lèi)似，高度集成化，體積小巧、重量輕、長(cháng)度短，收發(fā)球操作像清管一樣簡(jiǎn)單，能夠通過(guò)1.5 D彎頭，可以使用標準發(fā)球筒、非標發(fā)球筒、清管閥、臨時(shí)發(fā)球裝置進(jìn)行檢測作業(yè)。

（2）大提離高靈敏度渦流探頭配備大提離、高靈敏度低功耗渦流探頭，能夠快速、準確地檢測出管道內部裂紋、腐蝕、金屬損失、焊縫異常、針孔等異常缺陷。

（3）推動(dòng)壓差低至0.1 MPa。高度集成化的設計，使得檢測器體積小巧、重量輕，低至0.1 MPa的推動(dòng)壓差即可完成檢測器的運行。

（4）寬泛的檢測速度范圍。采用專(zhuān)利技術(shù)的高頻采樣探頭，能夠實(shí)現0.1 m/s～8 m/s范圍內有效的、高質(zhì)量的數據采集。

（5）對管道清潔度要求不高。專(zhuān)業(yè)研發(fā)的大提離、高靈敏度低功耗渦流探頭對管道清潔度要求不高，檢測前只需要1～2次清管，大大降低了檢測前清管對管道生產(chǎn)的影響。

圖 2 多模差動(dòng)渦流內檢測器結構示意圖

2.2  無(wú)源智能跟球系統

無(wú)源智能跟球系統由無(wú)源跟球儀和智能跟球軟件系統組成。

（1）無(wú)源智能跟球儀。該儀器的數據采集單元能夠實(shí)現對通球過(guò)程中產(chǎn)生的多聲源耦合聲場(chǎng)及次聲波陣列信號的采集，并上傳至云端。其輕量化、高度集成、防水防塵、高靈敏度及高采樣率的設計（圖 3），使得無(wú)源智能跟球儀具有現場(chǎng)安裝便捷、可靠性強、靈敏度高的特點(diǎn)；同時(shí)，它支持各種通訊技術(shù)的定制化開(kāi)發(fā)，包括4G、5G、北斗、GPS、Nora網(wǎng)絡(luò )等，以解決不同場(chǎng)景的應用需求。

圖 3 無(wú)源智能跟球儀現場(chǎng)應用圖

（2）智能跟球軟件。智能跟球軟件平臺（圖 4），整合震動(dòng)次聲信號處理算法以及云臺后臺數據處理模型，依托集成事件數據庫，智能對清管器/檢測器運行速度、位置等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)計算、預測及通報。具體功能包括：過(guò)球信號智能判別、檢測器/清管器實(shí)時(shí)位置和速度計算與推動(dòng)、跟蹤記錄及報告一鍵導出、地圖應用以及與第三方系統對接等。

圖 4 智能跟球軟件平臺界面圖

3  現場(chǎng)應用

3.1  “閥發(fā)閥收”應用案例

被檢測管道于2019年投運，收發(fā)球裝置均為清管閥，管道規格為Φ168×6.3 mm，長(cháng)度約2.9 km，設計壓力為3.0 MPa，運行壓力為1.65 MPa，日輸送氣量為2.8×104 m3/d～3.2×104 m3/d，輸送介質(zhì)為頁(yè)巖氣。

（1）檢測面臨的挑戰。收發(fā)球裝置空間受限，發(fā)球和收球均采用清管閥，常規檢測器的電子硬件尺寸受限，因而無(wú)法采用常規檢測器進(jìn)行檢測；工藝控制挑戰大，采用清管閥收球時(shí)，由于沒(méi)有足夠的減速長(cháng)度，檢測器存在沖撞清管閥閥芯球筒的風(fēng)險。

（2）解決方案。為應對上述挑戰，根據收發(fā)球清管閥尺寸定制化設計和制造了PIGPROX電磁渦流檢測器，并且與客戶(hù)針對檢測工藝進(jìn)行了周密部署與安排。通過(guò)采用PIGPRO-TR無(wú)源智能跟球系統，在檢測器進(jìn)站前1 km進(jìn)行工藝控制，降低檢測運行速度，最終順利完成檢測，并獲得了高質(zhì)量的檢測數據。

3.2  低壓低流速原油管道內檢測應用案例

被檢測管道于2016年投運，線(xiàn)路上無(wú)閥室，收發(fā)球筒為標準球筒，管道長(cháng)度28.45 km，管道規格Ф219 mm×6 mm。該線(xiàn)于2016年建成投產(chǎn)，設計壓力2.5 MPa，發(fā)球壓力0.65 MPa，收球壓力0.52 MPa，輸量范圍是420～480 t/d，輸送介質(zhì)類(lèi)型為含硫化氫原油。

（1）檢測面臨的挑戰。介質(zhì)中含有硫化氫，有較強的腐蝕性；運行壓差約0.1 MPa，理論運行速度小于0.2 m/s，存在運行動(dòng)力小，運行速度慢的情況，檢測器運行時(shí)長(cháng)約2天，對檢測器長(cháng)時(shí)間穩定運行提出挑戰；監聽(tīng)難度大，速度慢，有保溫層，且為沙地，信號不穩定，對監聽(tīng)器提出更高的挑戰。

（2）解決方案。根據已發(fā)現的風(fēng)險及挑戰，通過(guò)雙方討論，為確保發(fā)球成功，發(fā)球采用以下解決方案：①搜集歷史清管及檢測信息，編寫(xiě)專(zhuān)項實(shí)施方案；②針對該管線(xiàn)進(jìn)行結構設計，新增一節電池組（圖 5、圖 6），實(shí)測續航時(shí)間57 h 23 min，根據歷史清管時(shí)長(cháng)約51 h，滿(mǎn)足管線(xiàn)檢測要求；③采用公司自研靈敏度高，抗干擾能力強的PIGPRO-TR無(wú)源智能跟球設備。

圖 5 長(cháng)續航Φ 219mm電磁渦流內檢測器設計圖

4  結語(yǔ)

多模差動(dòng)渦流內檢測系統在油氣田管道的成功應用，填補了油氣田低壓低流速管道、發(fā)球裝置為清管閥的管道以及不滿(mǎn)足漏磁內檢測條件的管道內檢測空白，讓原來(lái)“unpiggable”的管道變得“piggable”，消除了原來(lái)“unpiggable”的管道本體缺陷的管理盲區。同時(shí)PIGPRO-TR無(wú)源智能跟球技術(shù)與電磁渦流內檢測技術(shù)的結合應用，突破了傳統點(diǎn)式跟球的方式，實(shí)現了對檢測器/清管器的實(shí)時(shí)跟蹤與定位，為管道內檢測作業(yè)安全運行提供了有力保障。

作者簡(jiǎn)介：孫鵬，1988年生，本科，高級工程師，國家一級注冊建造師、NACE CP3、RT/UT/PT/MT/ECT/MFL等無(wú)損檢測工程師，從事油氣輸送管道內檢測技術(shù)與市場(chǎng)管理工作。聯(lián)系方式：15708463536，sunpeng@deyuanpipe.com。