埕海油田海底管道检测技术实践应用

朱作伟,高国栋,郭隆华,付涵朔,李治军,周显志

大港油田第四采油厂（滩海开发公司），天津大港，300280

摘要：海底管道是海上油气开发的重要生命线，受海底复杂环境影响给管道安全运行带来重大隐患，因而管道运行状态检测成为了海底管道安全生产的重要保障，本文结合采油厂（公司）海底管道实际情况，论述了各种检测方法的工作原理与应用情况，建议加强海底管道检测，进一步提高海上油田完整性管理水平，保障海底管道安全平稳运行。

关键词：海底管道；腐蚀；内检测；外检测

0引言

海底管线是海洋石油勘探活动中不可分割的重要部分，也是埕海油田海上油气输送的主要方式。随着海洋油气田发展,采油厂(公司)已建成多种规格、多种类型的海底管道管道,从2007年埕海油田建设至今已有15年历史。海底管道建设期时在管材、防腐、施工工艺上已按最高标准要求设计施工，但由于自身的环境、工作要求、运输介质和海底变化、航道、潮汐等条件变化的原因,海底管线不可避免的产生破坏。在管线运营过程中,一旦没有及时发现这种潜在风险,很可能导致油气泄露对周边环境造成大面积污染,造成重大的经济损失和社会负面影响。所以,有必要对海底石油管线定期进行检查,及时找到隐患位置,做好预防性维修措施,避免穿孔变形等事故的发生。

1.海底管道检测技术

在管线投入运营之后,按照管线实际运营需要和有关技术规范,对管线关键部位及整体管线实施定期检查评估,以便及时发现管线的问题与损伤。按照管线检查方式和实施部位的不同,海底管线检查可以分为外检查和内检查。其中外检查主要是对管线在水底所处情况进行检查包括管线埋深、海底环境等方面。内检查是利用内检测仪对管道几何形状、金属缺陷状况进行检查。

2.海底管道外检测评价技术

海底管道因为所处环境与陆上不同，对其进行外检测的常规方法包括各种水下声波遥感装置、浅水区的潜水员设备和水下机器人等。2022年采油厂（公司）对两条油气管道水下部分空间状态进行检测，主要运用用单/多波束水深测量、侧扫声纳扫测、管道剖面测量等声波技术对管道周边海底地形、地貌、管道空间位置等情况进行调查评价。

2.1 单/多束水深测量检测

单/多束水深测量是通过测深仪发射和接受声波数据，获得管道轨迹周边100米范围条带状区域海底深度数据，最后获得海底地形三维特征地图。如从本次水深测量结果得知从人工岛至海上平台水深处于逐渐变深趋势，水深变化范围1.7米-5.5米，调查区域内没有水深变化幅度较大情况，海底地形比较平坦(图1)。

图1 水深示意图

2.2 侧扫声纳扫测检测

侧扫声纳扫测技术是以声波为工具，通过发射和接收一定频段的声音并进行分析处理确定海底地形性质,进而判断水底管线有无外露、悬跨等。如本次侧扫声纳结果可以看出海底地貌主要为淤泥质平坦海底，存在部分强反射区、拖痕、抛石区以及沟痕，未发现海底管道裸露现象（图2）。

图2 特征地貌图像

2.3 管道剖面测量检测

管道剖面测量是利用声波反射和折射原理，通过搭载在船上的探测器向海底发射强穿透能力的低频脉冲声波，然后利用管线与不同海底沉积物不同回波反射特征，实现对海底地质及管道状态的调查，一般管道状态包括掩埋（管道位于海底管沟内）、出露（管线局部暴露海底面）、悬空（管道整体漂浮在海底管沟上方）。如本次测量结果可以看出，管道均未发生裸露，埋藏效果较好（图3）。

图3 人工岛至海上平台油气管道埋深图

3.海底管道内检测评价技术

管道内检测主要是通过管道收发球筒利用管道流体的流动推力使探测器在管道内部移动，同时利用某一种或多种检测方法对管体进行检测。检测器通常由驱动设备、讯号发出与接受设备,里程记录设备和其他辅助装置构成,具备信号采集、分析、储存功能。同时按照管道的检测机理分类,目前比较完善的内检方法主要分为漏磁内检方法和超声内检方法。

3.1 漏磁内检测技术

漏磁检测器是通过永久性吸铁石将管道管壁饱和的磁性材料,与被检测管壁构成磁性传导电路,当管壁内没有了漏洞时,磁性线将局限于管壁内;当管壁形成漏洞时,磁性线将通过管壁而形成漏磁。主探测器可以拾取金属丢失时的漏电信息,ID/OD探测器则可以识别管路内部和外壁的金属损失情况。里程轮系统可以实时记录管路的里程数据,同时周向感应器也可以判断故障所在管线的周向情况（图4）。

图4   漏磁内检测原理图

3.2 超声内检测

超声内探测时常使用纵波探测器,由超声波传感器垂直地向管壁发送一种超声波脉动,探测器首先会接受到由管壁内表层反映的一种回波,继而接受到来自管壁缺陷处和由管壁外表面反映的二次回波。通过接受到的二个脉冲回波的时间差可测算出管线的实际厚度,从而得出裂缝的深浅。另外,为确认实际裂缝产生在管线内部或外壁,还应考虑探头距离管线内部的长度（表1）。

表1 漏磁内检测技术及超声内检测技术工艺适用性对比

适用范围	漏磁内检测技术	超声内检测技术
检测介质	液体、气体	液体
检测条件	对管道清洁度要求不高	对管道清洁度要求很高（不能含蜡、杂质等，一般需用水或纯油替换）
缺陷识别率	轴向细长缺陷不易检出	对多种缺陷比漏磁敏感
介质流速	小于5m/s	小于0.2m/s
缺陷识别率	轴向细长缺陷不易查出	对多种缺陷比漏磁敏感

通过工艺适应性对比，可以看出超声检测器精度相对较高，但对管道清洁度要求高，而漏磁检测器作为目前国内外最常用的管道检测手段，技术成熟，适用范围广。因此综合考虑两种内检测工艺原理、适应条件以及管道运行参数，本区域管道更适合应用漏磁内检测工艺。

3.3 漏磁内检测步骤

漏磁内检测工作大致分为管道检查前期工作、管道清管工作、管线几何测径检查、管线漏磁检查、管道检测检测结果分析。

3.3.1 管道检测前期准备

查询管道竣工资料，确定管道管径、弯头、收发球筒、排量等关键参数是否满足检测要求。制定管道内检测方案，对不符合检测需求部位相应整改，保证管内检测器成功通过。

3.3.2 管道清管作业

使用清管器去除管道内部沉积物、附着物，使得检测器顺利通过，保障内检测数据采集完整。为了避免在清管过程中发生的清管器一次性清除管道内杂质过多，本次清管本着循序渐进，安全稳健的总体方针。清管器的发顺序序按清管器清管能力从小到大依次发送，逐步的去除管线中的污物（表2）。

表2 清管器类型及发送次序

序号	清管器类型	射流孔	备注
1	高密度泡沫球（1-2次）	无	无明显破损变形
2	测径清管器（1-2次）	无	总体杂质少于40kg
3	磁力钢刷清管器（1-2次）	无	清管合格：固体杂质少于5kg

3.3.3 管道几何测径检测

利用几何变径检测器对管道弯头、三通、焊接等特征和管道变形情况进行检测，可以判断出管道各种缺陷大小和程度，并定位出缺陷的具体位置，方便变形管段整改，进一步保障漏磁智能检测器安全平稳运行和数据采集完整准确（图5）。

几何变径检测器一般由动力端、传感器探头、数据采集、存储、传输电路部分、低频发射机及里程轮等部分组成。

动力端：密封作用，以其两端的介质压力差为变形检测器提供动力，最大限度的保证检测器平稳运行；

传感器探头：测量变形点变形量；

数据采集、存储、传输电路部分：用于数据采集、分析处理以及存储数据；

低频发射机及里程轮：确定变形点的位置。

图5  几何变形检测器

3.3.4 管道漏磁检测

管道漏磁内检测是以管道的内部输送介质为动力，使用漏磁检测器对管体进行整体检测，以实现对海底管道缺陷、管壁变形、内外腐蚀、管道特征识别（弯头、焊缝、三通等），以及对缺陷范围、腐蚀深度、腐蚀位置、方位等信息。漏磁检测器通常由机械载体部分和电气部分组成。机械载体构成了检测器的基本结构，主要包括骨架、皮碗、钢刷、磁铁、万向节、支撑轮、里程轮和密封舱等；电气部分则由探头、计算机、电池、里程传感器、周向传感器、线缆等组成（图6）。

皮碗：密封作用，利用两端的介质压力差为变形检测器提供动力，最大限度的保证检测器平稳运行；

探头：精确地检测到母材内外腐蚀、环焊缝及管道制造缺陷等类型的金属损失。

里程轮：确定缺陷点的位置；

支撑轮：支撑检测器，确保其平稳工作。

电池：为检测器正常检测、数据处理和保存数据供应充足的电能；

计算机：分析处理和存储数据；

低频发射机：发射低频信号来定位和跟踪检测器。

图6  漏磁检测器

3.3.5 管道检测检测结果分析

利用数值模拟软件、人工分析等技术手段，将管道内检测过程采集到的漏磁信号数据、时钟方向、里程数据编制内检测报告，给出管道上出现的管体变形、金属损失、管件和管道异常点的检测里程、距地面参考点的距离、距上游环焊缝的距离，周向位置及外观尺寸等信息。为管道隐患提供强有力的技术支撑与数据支持，将管道治理从盲目性被动修复转变为预知性主动维护（图7）。

图7  金属损失分步图

4结论

随着埕海油田海上油气开发进程的推进，海底管道铺设距离逐渐增加、服役时间越来越长，受海洋复杂环境及输送介质影响，管道发生泄露、断裂事故的风险性越来越大。海底管道一旦发生泄漏或破坏，应急处置难度及处置时间难以掌控，会造成严重的环境污染、经济损失、甚至人员伤亡。随着国家对海洋开发的重视度提升，如何加强海底管道检测评价力度及时发现排除安全隐患，成为了管道持续完全平稳运行的重要保障。

参考文献：

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