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剩余壁厚在油气集输管道检测中的应用

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油气集输 系统能流分析 集输工艺 地面工程
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第 23 卷 第 4 期 胜利油田职工大学学报 23 42009 年 8 月 F 2009剩余壁厚在油气集输管道检测中的应用张亚男(胜利石油管理局安全环保处 ,山东 东营 257000)摘 要 : 油气集输管道作为油田油气集输系统的主要设施 ,随着油气管道服役时间的增长 ,许多管道在设计 、制造 、安装及运行管理中的问题逐渐暴露出来 ,致使油气集输管道事故时有发生 ,造成了资源的巨大浪费和环境污染 。关键词 : 油气集输 ;剩余壁厚 ;检测技术中图分类号 :献标识码 : A 文章编号 :1008009)04引 言油田油气集输管道广泛而又复杂地分布于油区,运行外部环境恶劣,再加上管道内部介质冲刷 、介质腐蚀等影响,造成管道管壁发生腐蚀,不断减薄 。同时部分管道内部介质成分复杂,使得管道系统极易发生材料退化等影响,造成管道承压能力降低,极易发生失效事故,定期进行腐蚀程度检测可以及早发现问题以便采取措施,防患于未然 。油气集输管道腐蚀检测以往仅仅局限于是采用 对于油气集输管道而言,管道分支多,并且防腐层质量普遍较差,单纯的防腐层质量检测,对于管道安全性能的评定缺乏支持,在此基础上,中国冶金地质勘查工程总局李永年教授级高工主持研发的管体腐蚀检测系统,该系统适用于埋地管道腐蚀状况地面快速调查和评价,以“金属蚀失量 ”和 “平均剩余管壁厚度 ”评价埋地管道腐蚀状况,根据蚀失量(或平均剩余管壁厚度)及其随年度的变化速率评价埋地管道腐蚀程度,预测在线管道的运行寿命 。图 1 激励电流小回线周围建立起一次磁场二 、管体腐蚀检测系统的方法原理金属管道敷设运行一段时间后,由于防护不当,就可能产生腐蚀现象 。无论是什么类型的腐蚀,其结果都是金属量蚀失 、腐蚀产物堆积,造成金属管道的导电率和导磁率变异 。所以,只要检测出因腐蚀所致的物理性质的变异程度和变异部位,经过与已知的(已发生腐蚀的和未发生腐蚀)情况进行对比,就可以检测出腐蚀地段并对腐蚀导致的减薄程度做出评价 。在稳定激励电流小回线周围建立起一次磁场,瞬间断开激励电流便形成了一次磁场 “关断 ”脉冲 。这一随时间陡变的磁场在管体中激励起随时间变化的 “衰变涡流 ”,从而在周围空间产生与一次场方向相同的二次 “衰变磁场 ”,二次磁场穿过接收回线中的磁通量随时间变化,在回线中激励起感生电动势,最终观测到用激励电流归一化的二次磁场衰变曲线 图 2 管体几何尺寸 图 3 为管径 1000 毫米 图 4 实测的和关内外介质等因素 不同壁厚脉冲瞬变响 响应曲线应幅值的理论对比本检测技术考虑了管体几何尺寸和管内外介质等因素(图 2) 。其中 h 为管道中心埋深; a、b、c 分别为管道的内半径 、外半径和防腐层外半径; μ μ别为围土介质 、防腐层和管内介质的磁导率 、电导率与介电常数; μ理论模型更接近实际情况,计算结果的可信程度大为提高 。图 3 为管径 1000同壁厚脉冲瞬变响应幅值的理论对比图 。其中横坐标为延时的自然对数,单位为毫秒;纵坐标为响应幅值的自然对数,单位为微伏 / 安培 。图中实线为壁厚 8线为壁厚 从中可以看出,延时晚期两条曲线明显分离,即管径相同,壁厚不同的脉冲瞬变响应曲线在理论上是可分的 。图 4 中横坐标为延时,纵坐标为响应幅值的自然对数 。实线为某段管线 (管径为 219厚为 5个测点上实测的响应曲线;短虚线为相应参数的理论计算值;长虚线为实测大地的响应曲线 。由图中可以看出,管线上的响应早期为大地 、装置 、管道的综合响应,响应晚期是与被测管道直接相关的时变信息,理论模型与实际一致 。金属蚀失量检测就是基于激励涡流衰变原理,从地面所采集的脉冲瞬变数据体中分离 、收稿日期 : 2009 张亚男 (1964-),男 ,山东单县人 ,胜利石油管理局安全环保处工程师 。与被测管道直接相关的时变信息,采用专用软件计算检测点处埋设管体的金属蚀失量和平均剩余管壁厚度 。图 5 为有蚀失量与无蚀失量响应曲线的对比图,图中实线为标准管段的响应曲线(无金属蚀失);短虚线与长虚线都是腐蚀管段的响应曲线(有金属蚀失),发射线框距管体中心轴线分别为 1m。图 5 说明:有无金属蚀失在实际上也是可分辨的 。管体腐蚀检测系统是基于激励涡流衰变原理,从所采集的脉冲瞬变数据体中分离 、提取与被测管道直接相关的时变信息,计算检测点处一段(涡流 “烟圈 ”所夹范围内)埋设管体的金属蚀失量或剩余管壁平均厚度;根据蚀失量的大小及其随年度的变化速率评价管体腐蚀程度 。三 、功能电法采集系统及配套的数据处理软件组成 。需拆除保温防腐层 。了基本物理参量(电导率 、磁导率 、介电常数)以外,相应参数,诸如阻抗 、振幅谱 、相位谱等均可利用; 、收同步也较易实现,信号加载 、收录技术以及抗干扰措施等都比较成熟 。适宜用于孔(点)蚀的检测 。四 、 管体腐蚀检测系统在油田油气集输管道中的应用1.检测管段一的基本情况海三站至海四联 Φ325 外输管线为海洋采油厂输气管线,该管线海三站起,到桩西压气站站止管线地理环境复杂,沿途多处处于水中,部分管道穿越马路 、建筑物等 。该管线全长 用 Ф325×7质均 计压力: 3计温度:常温,采用黄夹克(硬质聚氨酯泡沫塑料为保温层,聚乙烯塑料为外防护层)外防腐;该管线于 1995 年铺设投用,在 2000 年年底停用, 2002 年 10 月 2 月曾输送天然气, 2005 年 12 月至今该管线向桩西供气使用 。通过宏观检查,该管线沿途多为沼泽地,并有多处裸露(如图 6),部分地方黄夹克已经缺失,管体已经发生严重腐蚀(图 7) 。(1)布点位置该管道的检测以海三站为起点,沿介质流向,距离采用测绳直接量测,以 25在管道上方设立标志桩,检测时使用桩号 +距离的方法布设测点并记录,本次检验共布设 406 个测点,完成了 17800(2)检测结果采集检测数据后,通过配套软件可分析得到测点管道剩余壁厚,并可以通过图像显示进行对比,见图 6。该管壁厚度检测平均值为 中 226、271、273、282、测点管壁厚度检测值低于 6 5 桩 226检测结果(3)检测结果验证采用管体腐蚀检测系统对管体进行腐蚀检测完成后,对数据处理中管壁厚度最小值测点以及壁厚值相对较低测点,使用高精度 (声波测厚仪进行了选点实际测量 。结果表明:采用多次叠加手段提高了信噪比,干扰较小,用超声波测厚的平均管壁厚度与检测检验所得的平均管壁厚度之间的均方误差作为衡量检测工作质量的指标,计算出统计均方差为 对管壁真实厚度误差为 检测出报的剩余管壁平均厚度与管壁实际平均厚度之间的符合率为 2.检测管段二的基本情况罗东站至陈庄站原油管线为河口采油厂原油外输管道,该管线于 2002 年 1 月建成投产,采用规格为 159×6 的 20#钢管,为泡沫黄夹克防腐 。(1)布点位置基本检测点距为 25m,使用管线探测仪定点,采用手持式对外防腐层破损点和检测出的异常管段加密观测 。由于罗东站 ~陈庄站输油管道部分地段通过性差,以罗东站为 0 号点,按序号编号增加( 1、2、3……)至 191;以陈庄站前的拐点为 583 号点,按序号编号减小( 582、581、580……)至 376;两测点间的加密点以一位小数表示,如 1、2 测点之间的加密测点以 号 。(2)检测结果罗东站 ~陈庄站输油管道检测段管壁厚度 小值 大值 壁厚度在 围内的测点有 62个,占此段测点的 管壁厚度小于 ,占测点总数的 图 6 管壁厚度 测结果图(3)检测结果验证采用管体腐蚀检测系统对管体进行腐蚀检测完成后,对数据处理中管壁厚度最小值测点以及壁厚值相对较低测点,使用高精度 (声波测厚仪进行了选点实际测量 。结果表明:采用多次叠加手段提高了信噪比,干扰较小,用超声波测厚的平均管壁厚度与检测检验所得的平均管壁厚度之间的均方误差作为衡量检测工作质量的指标,计算出统计均方差为 对管壁真实厚度误差为 检测出报的剩余管壁平均厚度与管壁实际平均厚度之间的符合率为 五 、结 论管体腐蚀检测系统在油田油气集输管道中的现场检验表明:在管道不开挖情况下,管体腐蚀检测系统可以对油田油气集输管道的平均管壁厚度进行检测,并具有较高的灵敏度,通过实验对比不难看出以下规律:材质相同的管道,等效电导率 、等效磁导率 、综合参数随着管径增大而减小,响应极值延时则增大;51(上接第 36 页 )该软件各模块进行了测试,并和声纳 、业软件)和大港的 次定位系统进行了对比 。数据来源为野外生产的 据 、大炮地震数据,初至时间由 理软件自动拾取,速度由处理软件分析得到 。共有第 19 束线的四个排列 232 道, 64 炮参与定位计算 。炮检关系如图 3 所示,图 4 分别为该软件 、件和大港 件定位结果与声纳硬件定位结果的对比图 。从检波器坐标与声纳坐标相差距离看,大港定位软件最大差值为 小为 均相差 位软件与声纳最大差值为 小差值为 均相差 16m,胜利定位软件与声纳最大差值为 72m,最小为 均相差 过比较可以看出,该软件的定位精度明显比现有软件要高,以后将通过速度测试仪测试声纳在海水中的传播速度 、开发初至自动拾取模块和优化施工方式等处理手段,将进一步提高该软件的定位精度 。图 4 据不同软件二次定位结果六 、结 论通过对初至波二次定位原理及算法的研究分析,细化了初至波二次定位流程,研究了流程中各个环节的质量控制技术,优化了二次定位算法,开发了各功能模块和统一的软件平台,并对系统进行了集成 。理论和实际数据测试表明,该软件定位精度高,速度快,操作更简单,完全可以应用于野外地震生产的实时二次定位 。参考文献 :[1] 姜瑞林 . 海底电缆地震采集系统 ——初至波二次定位成果的质量评价 [J]. 石油地球物理勘探 , 1999,34(6): 67089.[2] 曾湘轶 , 杨文艳 . 浅析海底电缆地震采集作业二次定位系统[J] 2001,36(20): 2203] 冯 凯 ,陈 刚 ,罗敏学 . 二次定位技术的应用 [J]. 石油地球物理勘探 , 2006,41(3): 3464] 韩立强 ,常 稳 . 海底电缆初至波二次定位技术的应用 [J]. 石油物探 , 2003,42(4): 50112.[5] 杨正华 ,常 军 . 海底电缆地震中二次定位法的探讨 [J]. 石油物探 , 2002,41(3): 3306] 宁静 ,刘志田 ,吴学兵 ,等 . 海底水听器的低频声纳 J ] 2005,19(1):39[7] 吴学兵 ,刘志田 ,宁静 . 海洋石油勘探水听器二次定位新方法研究 [J]. 中国石油大学学报 (自然科学版 ), 2006, 20(5): 238] 张振宇 . 折射波法检波器二次定位 [J]. 西南石油学院学报 ,2005,27(2): 22责任编辑 周永红 )材质相同的管道,壁厚大者其等效电导率 、等效磁导率 、响应极值延时大,综合参数小;无论是内腐蚀还是外腐蚀,只要金属蚀失量相同,瞬变电磁响应特征一致;壁厚相同的管道,电导率或磁导率高者其等效电导率 、等效磁导率也高,综合参数小,响应极值延时大;壁厚 、材质 、输送介质均不相同的管道,其综合参数和响应极值延时有可能相同,瞬变电磁响应将会一致 。如何确定出可以被(所用仪器)观测出的折算讯号值,它取决于仪器的灵敏度 、干扰噪声大小 、装置规模 、发 -收回线的磁矩以及围土介质的导电性能 。目前,市面上流行的瞬变电磁仪的标称灵敏度是 1 微伏;一般情况下干扰噪声约几十微伏,强干扰地区(段)可达数百至上千微伏;装置规模与管道中心埋深有关,一般应使激发线框的半边长等于管道中心深度,当然,增大发射磁矩以提高信噪比也能对半边长不足于管道中心深度的装置予以弥补;发 -收线框的磁矩可根据干扰电平调整,在强干扰条件下工作时,发射磁矩大于接收磁矩较为有利;围土的电导率尽管远远小于管道的等效电导率,但其高低却直接影响到管道与围土瞬变电磁响应的时间可分性,因此,根据实际情况对发射磁矩(增大) 、接收磁矩(减小) 、采样时窗(加长)进行调整是必要的 。六 、结束语多个检测工程的实例表明:用脉冲瞬变法检测油田油气集输管道的金属蚀失量 、继而评价管体腐蚀程度是一个有效的方法 。该项技术可以连续评估(与埋深尺度大小相当的)被测管段防腐层绝缘电阻和金属蚀失量;定位准确 、量化科学,具有成本低 、适用范围广 、不影响管线正常运行等特点;既可用于在线管道的腐蚀调查和定期监测,又可用做管线建设竣工后的质量验收评价手段 。参考文献 :[1] 钱金康 ,黄胜清 J]2004(6).[2] 陈 棋 J]2006(3).[3] 王臻意 ,李 建 J]2007(6):65.(责任编辑 周永红 )!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!52
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