海底管道檢測技術研究與應用

劉慧勇(中海石油技術檢測有限公司，天津 300450)

0 引言

海底管道是運輸油氣的重要方式，也是海上油氣開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，海底管道的穩(wěn)定性和可靠性對于海上油氣的生產(chǎn)具有重要的意義，如果海底管道出現(xiàn)問題，會影響油氣的運輸和油氣的生產(chǎn)，同時也會對海面的環(huán)境造成嚴重的影響，對海水的水質(zhì)造成破壞，對海中的生物造成傷害。海底的情況是復雜多樣的，隨著海底管道使用時間的增長，海底管道就會出現(xiàn)一些機械損傷、腐蝕等問題，這些問題嚴重影響了海底管道的使用效果。所以在海底管道的使用過程中，要實時的對管道進行檢測，及時地發(fā)現(xiàn)管道的問題，并進行解決，避免影響油氣的生產(chǎn)和運輸。管道的檢測主要包括管道內(nèi)檢測和管道外檢測，顧名思義，管道內(nèi)檢測就是對海底管道的內(nèi)部進行檢測，主要檢測管道內(nèi)部是否出現(xiàn)裂紋，是否有腐蝕的現(xiàn)象，如果出現(xiàn)裂紋或者腐蝕的現(xiàn)象，需要對腐蝕的長度和裂紋的長度進行測量，并記錄相關的數(shù)據(jù)。管道外檢測其實就是對管道的外部進行檢測，主要是檢測管道的位置是否發(fā)生了變化，檢查管道外部是否有破損的地方。通過管道的內(nèi)檢測和外檢測，可以及時地發(fā)現(xiàn)管道的問題，掌握管道的實時情況[1]。

1 海底管道內(nèi)檢測技術

1.1 清管技術

在管道的內(nèi)部進行檢查之前，會對管道進行清理，因為長時間的使用，管道內(nèi)會有大量的沉積物，這些沉積物會影響檢測器具的自行運動。目前比較常用的清管器主要有四種，分別是整體式清管器、泡沫式清管器、機械式清管器、清管球，其中清管球的使用最為廣泛，因為它具有較強的適用性，它是一個球體，可以根據(jù)管道的大小而調(diào)整球體的大小，方便在管道內(nèi)進行運行。美國公司 Maloney 研發(fā)了一種方便的清管球，這種清管球可以膨脹，通過膨脹后就可以調(diào)解清管球的尺寸，即使管道彎曲了或者變形了，清管球也可以輕松的運動。泡沫式清管器壓縮性能好，不易卡死，但橡膠外涂層耐磨性低，使用過程中磨損率較高。機械式清管球可根據(jù)需要配備刮刀、鋼刷等，以增強刮削效果。機械式清管器使用壽命長，但不適用于多彎頭、閥門和通道差、變形大的管道。整體式清管器可自由選擇清管材料，氣密性和操作可靠性高，適用于清洗油污、液體沉積物和蠟沉積物。該清管器可適用于各種復雜形狀和管道，能在高溫和不利流動條件下完成除蠟，并能實現(xiàn)批量處理、精確計量、強大的清洗和脫水功能。

1.2 內(nèi)檢測技術

文章選取了三種主要的檢測技術進行介紹，并介紹了基于每一種的先進的檢測設備。

1.2.1 漏磁內(nèi)檢測技術

漏磁檢測技術的基本原理是，如果海底管道的內(nèi)壁出現(xiàn)了變形的情況，那么這時整個的磁力線，就會與原來的路徑有一定的距離，就會產(chǎn)生漏磁的現(xiàn)象。通過檢查磁場的變化可以發(fā)現(xiàn)管道的缺陷，漏磁內(nèi)檢技術在我國使用還是比較廣泛的，且技術比較成熟，它準確性比較高，但是漏磁檢測技術的要求比較高，要求檢測工具與管道的內(nèi)壁需要緊密的結合，如果不能緊密的結合，那么檢測結果將不準確。所以漏磁檢測技術，它不適用于一些形狀比較復雜，內(nèi)部沉積物比較多，流動性差的管道，因為在這些管道中，檢測工具無法與管壁緊密貼合，就不能進行充分的檢測。MagneScan 是一種比較先進的漏磁檢測工具，其傳感器數(shù)量多，因此深度、長度和寬度的測量精度高，獲取的圖像精度高。MagneScan 適用于檢測缺陷，例如內(nèi)部/外部點蝕和均勻管道腐蝕、管壁硬部件、船體修復和異常周邊焊縫[2]。

1.2.2 超聲波內(nèi)檢測技術

超聲波內(nèi)部檢測技術通過發(fā)射和接收超聲波來實現(xiàn)缺陷確定。 如果管壁有缺陷，超聲波的傳播速度、時間、角度等參數(shù)都會發(fā)生變化。這時可以通過監(jiān)測超聲波傳播參數(shù)的變化來檢測管道。 EMATOTI主要是采用超聲波技術來對管道的材料進行檢測，檢測管道內(nèi)壁是否有問題，這種技術可以實現(xiàn)對管道內(nèi)部的全部檢測，檢測的范圍比較廣，檢測比較全面，同時當檢測完成后就會把檢測的數(shù)據(jù)及時的采集和上傳，這種技術有一個很大的優(yōu)點是它可以全面地進行掃描，而且不需要定位。

1.2.3 遠場渦流內(nèi)檢測技術

遠場內(nèi)部渦流感應是一種基于遠場渦流效應的技術，其中感應線圈放置在線圈管直徑三倍的偏遠區(qū)域。勵磁線圈發(fā)出的磁力線線圈兩次穿過管壁到達檢測線圈。該遠場磁場包含有關管壁缺陷的信息，可以通過檢查線圈識別和檢測到這些信息。遠場渦流技術勵磁擾動小，不粘附管壁即可檢測，可同時檢測管道內(nèi)外故障?！吧咝翁筋^”工具是一種基于遠程渦流檢測技術的管道檢測工具，靈活適用，適用范圍廣，適用于管道故障的準確檢測。

2 海底管道外檢測技術

外檢測技術主要是對海底管道的外部進行檢查和測試，及時掌握海底管道外部的情況，主要是檢查管道的位置是否發(fā)生了變化，因經(jīng)常會有臺風和地震，會對海底管道造成影響，甚至會使海底管道的位置移動很長的距離，而且同時也要檢查海底管道的外部是否有損壞的地方，尤其是地震會對海底管道的外部造成嚴重的損壞。海底管道的外部檢測主要是利用聲學原理為基礎的，采用側掃聲納技術和多波束測深聲納技術。側掃聲納技術可以利用聲波接收和發(fā)送信息，通過高速的掃描，得到一個聲納圖像，了解海底的情況和海底管道掩埋的深度以及破損的程度。多波束測深聲納系技術可以對整個海的深度和覆蓋程度進行測量，目前，多波聲速測聲納技術仍在發(fā)展，未來有可能它會適應不同的探測需求。

3 海底管道環(huán)境影響檢測技術的應用

油田所處的海域主要是內(nèi)淺地層地質(zhì)為主，結構比較復雜，主要深度為九米，從上而下，依次可以劃分為三層，第一層為黏土和粉砂，第二層為淤泥質(zhì)黏質(zhì)或粉質(zhì)黏土，第三層為黏質(zhì)土和粉質(zhì)黏土。海底管道檢測技術的實施極易受到海底環(huán)境的影響，有一些海底管道所處的環(huán)境淤泥比較多，土層容易液化，所以說在檢測時難度比較大，而且同時有一些海底管道所處的環(huán)境容易發(fā)生海嘯、臺風、地震等地質(zhì)災害，這些災害對管道本身會造成很大的影響，管道容易破壞，一旦破壞，就影響油氣的生產(chǎn)和運輸。所以對于一些地質(zhì)環(huán)境不太好的海底管道，要進行實時的監(jiān)測，要能夠了解海底管道運行的實際情況。同時在建設海底管道時，選擇的地理位置一定要合理，避免因為環(huán)境對海底管道的運行造成影響，這樣結果得不償失，還不利于油氣的生產(chǎn)和運輸，影響經(jīng)濟的發(fā)展。

3.1 所在海域水深地形測量

油田主要采用多波束測深系統(tǒng)對海底管線所在海域的水深進行綜合測量，可以測量海域的深度。管道和海底地形的變化，多波束測深為卷尺測量，測量寬度為水深的7～8倍，多波束測線平行于海底管線路徑軸線放置。為實現(xiàn)全覆蓋，現(xiàn)場勘測線的數(shù)量和間距應根據(jù)海底管道的深度確定，相鄰勘測線之間的重疊應控制在間距的1/3左右。相鄰輻照線區(qū)域重疊過多，影響輻照效率。

3.2 海底管道位置探測

油田主要使用側掃聲納設備來檢測海底管道在海床上的位置，通常在海底管道路線中軸線的左右兩側放置兩條測線。使用側掃聲納探測水下管道時，通過側拖進行測量工作，在測量船的側面安裝固定裝置，將探測器置于水下，以減少安裝和水之間的測量位置誤差。探測器通過電纜連接到控制器，測量船在水下管道路線上航行。檢測器檢測到的信號被處理并傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集軟件用于執(zhí)行數(shù)據(jù)采集。

4 檢測技術在海底管道完整性管理方面的應用

海底管道完整性管理對于油氣的生產(chǎn)和運輸具有重要意義，海底管道完整性管理主要是對海底管道運行過程中所存在的一些問題和潛在風險進行識別和評估，并采取一定的措施來解決這些風險和問題，提高海底管道的運行的穩(wěn)定性和可靠性，避免海底管道出現(xiàn)問題或者斷節(jié)，而對油氣的生產(chǎn)和運輸產(chǎn)生巨大的影響。海底管道完整性管理的核心內(nèi)容就是將海底管道運行的風險控制在合理且接受的范圍之內(nèi)，對海底管道的運行進行預防和監(jiān)測，主要體現(xiàn)在兩個方面，第一在海底管道還沒有投入使用之前，一定要對海底管道進行檢測，并設置一定檢測計劃，優(yōu)化記錄檢測的數(shù)據(jù)和結果，對檢測的數(shù)據(jù)和結果進行評價和分析，并且要制定長期的檢測計劃。在海底管道運行的過程中，需要對海底管道所出現(xiàn)的問題進行記錄，而同時也要對所采取的措施進行記錄，這樣在后期檢測的過程，如果出現(xiàn)同樣的問題，就可以及時解決，降低了解決的難度。第二就是在海底管道的運行階段，對海底管道進行檢測，檢測海底管道的位置是否發(fā)生變化，掩埋的深度，是否出現(xiàn)腐蝕的情況等，并記錄相關的數(shù)據(jù)同時要對相關數(shù)據(jù)進行整理，整理完以后，與原始最初所檢測得到的數(shù)據(jù)進行對比，進而去分析海底管道運行的變化趨勢，以便于延長海底管道的使用壽命。

5 結語

近來，油田將各種檢測技術應用于海底管道的日常維護管理，但在應用過程中存在一些問題，如海上平臺空間受限，單條管道檢測條件不足。并且傳感器的不穩(wěn)定運行速度使得操作和控制變得困難，這是一個很大的問題。這些問題對海底管道檢測數(shù)據(jù)在日常管理中的應用產(chǎn)生了一定的影響。目前，中國海底管道的內(nèi)檢測技術和外檢測技術仍然存在著一定的問題，與國外差距較大。這些問題不利于油氣生產(chǎn)和運輸，同時也會阻礙了中國經(jīng)濟的發(fā)展，所以相關人員需要加強對海底管道內(nèi)檢測技術和外檢測技術的重視，政府要加大投資的力度，加強對海底管道的研究，提高海底管道的發(fā)展水平，不斷地優(yōu)化海底管道的設備。