三軸超高清漏磁內檢測在頁巖氣集輸管道中的應用

王慶松,劉 濤,程德超,羅 金,冷文強

成都熊谷油氣科技有限公司,四川成都 611731

頁巖氣是指附存于以富有機質頁巖為主的儲集巖系中的非常規(guī)天然氣，是連續(xù)生成的生物化學成因氣、熱成因氣或二者的混合，可以游離態(tài)存在于天然裂縫和孔隙中，以吸附態(tài)存在于干酪根、黏土顆粒表面，還有極少量以溶解狀態(tài)儲存于干酪根和瀝青質中，游離氣比例一般為20%～85%。

隨著頁巖氣的市場需求不斷增加，頁巖氣開采量也在不斷提高，對輸送管道的安全運行要求也有了更高的要求。鑒于頁巖氣組成成分和分布的特點，在輸送過程中會在管道內留下很多雜質，造成管壁結垢和腐蝕，這不僅影響著頁巖氣的輸送，而且嚴重危害了管道的本質安全。

管道漏磁內檢測技術可以在不停輸?shù)那闆r下進行管道檢測，作業(yè)過程包含清管測徑、變形檢測、漏磁檢測。通過清管作業(yè)可以清掃管道雜質，通過變形檢測可以了解管道具體形變，通過漏磁內檢測可以確定管道腐蝕和缺陷，進而保障管道的安全運行。因此對頁巖氣集輸管道進行漏磁內檢測對頁巖氣集輸管道的安全運行有著至關重要的意義[1-2]。

1 頁巖氣集輸管道內檢測的現(xiàn)狀

漏磁內檢測技術作為一種新型且成熟的管道智能檢測手段，在國內已經(jīng)得到廣泛應用，但主要集中在長輸大口徑管道，而針對短距離、小口徑管道的應用則較少，至于其在頁巖氣集輸管道這類短距離、小口徑且分布在盆地內的山區(qū)管道上的應用，則就更少了。

對頁巖氣集輸管道進行漏磁內檢測主要困難有以下三點：第一，頁巖氣集輸管道主要分布在山區(qū)地帶，管道情況復雜，由于地形地貌的影響，加大了前期踏勘設標、設備跟蹤及后期開挖驗證時缺陷定位的難度；第二，頁巖氣集輸管道輸量較大，影響了檢測器運行速度及穩(wěn)定性，進而降低了檢測質量；第三，頁巖氣集輸管道管徑偏?。ü軓揭话阍贒N150～400之間），對設備檢測能力和通過能力要求較高。

2 漏磁內檢測技術的應用

2.1 工程項目概況

本項目位于山區(qū)丘陵地帶，西北高，東南低，低山、丘陵約各半。西北部低山區(qū)，山嶺連綿，溝谷縱橫，海拔500～800 m；東南部是渾圓狀淺丘，沖溝曲折，流向多變，海拔300～400 m。此條管道為3#平臺—脫水站的集氣管道，管道總長5.3 km，輸送介質為非含硫天然氣，管道采用3PE外防腐層，管道材質為L254N，設計壓力6.3 MPa，管道外徑168 mm，壁厚為5.6 mm∕7.1 mm，于2016年投產運行。

2.2 漏磁內檢測流程

漏磁內檢測的主要流程見圖1。

圖1 漏磁內檢測流程

2.3 踏勘定標

由于本次內檢測的集輸管道位于山區(qū)丘陵地帶，管道線路蜿蜒曲折，導致管道踏勘里程與管道實際里程誤差較大，考慮到后期缺陷定位精度問題，定標點間距由通常的1 km縮減至200 m左右，重點穿跨段兩端則加密設置。項目管道的軌跡見圖2，項目管道的高程見圖3。

圖2 項目管道軌跡

圖3 項目管道高程

2.4 清管測徑

通過測徑清管[3]發(fā)現(xiàn)90%的測徑鋁盤均已發(fā)生形變，85%的測徑鋁盤變形嚴重，見圖4。在清管器的運行過程中，跟蹤人員發(fā)現(xiàn)有明顯的卡頓現(xiàn)象；在裸露管處監(jiān)聽時，可聽到清管器通過彎頭時有明顯的撞擊聲。測試驗證表明，當以壓縮空氣為試驗介質時，對于管徑越小的清管器，其在通過5D彎頭時越易與管壁發(fā)生碰撞，從而導致測徑鋁盤發(fā)生形變。

圖4 測徑清管器

2.5 幾何變形檢測

經(jīng)過幾何變形檢測發(fā)現(xiàn)，管道存在如下問題。

其一，通過對變形檢測數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)本條線路多處焊縫內部余高超過了管道內徑的10%，見圖5，這影響后續(xù)漏磁檢測設備的通過。由于存在上述問題的焊縫數(shù)量過多，無法全部整改去除，因而只能通過改進漏磁檢測器的通過性能來解決該問題。

圖5 幾何檢測焊縫余高超標

其二，在幾何變形檢測器運行期間，管道的輸量為1×105m3∕d，經(jīng)計算得知檢測器運行速度為1.9 m∕s，但是從幾何變形檢測器的運行速度圖（見圖6）可以發(fā)現(xiàn)，檢測器在管道中的實際運行速度波動很大，最高時速超過了12 m∕s。根據(jù)內檢測技術標準，超高清漏磁檢測的軸向采樣間距≤2 mm，這就對探頭的采樣頻率提出了挑戰(zhàn)。本項目檢測突破傳統(tǒng)漏磁內檢測速度的局限，采用自主研制的三軸超高清漏磁內檢測設備實現(xiàn)了檢測器運行速度超過10 m∕s的檢測能力。上述工況流速的計算公式[4]如下：工況流速=[標況流量×101.325×（工作溫度℃+273.15）]∕[（工作壓力MPa×1 000+實際大氣壓kPa）×273.15×管道截面積S]。

圖6 檢測器運行速度

2.6 三軸超高清漏磁內檢測

為了使漏磁檢測器適應本線路的多處超限變形（焊瘤余高過高），通過將漏磁檢測器骨架直徑由58 mm減小至50 mm，在保證檢測節(jié)外徑不變的情況下將柔性鋼刷的長度增加4 mm，從而達到增加漏磁檢測器管道通過性能的目的。骨架減小后磁鋼的體積也相應減小，為了達到同樣的磁化強度，以保證檢測靈敏度，采用了目前磁性最強的永磁鐵即釹鐵硼磁鐵（其磁力要超過鐵氧體的10倍以上）進行替代。

動力節(jié)前端采用錐形防撞導向結構設計，見圖7。錐形大頭外端均勻分布6支鈦合金導向輪，鈦合金硬度大，強度高，可防止在高速沖擊下輪子變形造成卡阻。導向輪與錐形骨架采用滑動軸承連接，可避免因污物進入軸承而導致輪子卡阻。通過模擬仿真上述設計改進后的檢測器，發(fā)現(xiàn)檢測器在高速運行狀態(tài)下通過彎頭時，導向輪率先與管壁接觸，在滑動摩擦力的作用下，檢測器可順利地通過彎頭，避免了因檢測器前端非轉動部件與管壁接觸造成對管壁的傷害以及檢測器的卡停。

圖7 ?168漏磁檢測器

為了適應檢測器過快的運行速度，采用了分布式超高清融合技術，在保證高速采集的情況下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠安全，以及實現(xiàn)了高速下小于1 mm的采樣間距，與此同時也降低了設備的耦合度，即使某個傳感器發(fā)生故障，其他傳感器仍能正常運行。這極大地提高了一次發(fā)球的成功率，減小了數(shù)據(jù)丟失率。

2.7 開挖驗證

根據(jù)對漏磁內檢測數(shù)據(jù)的分析，對本條線路進行了特征點開挖驗證[5]，其結果見表1。

表1 開挖驗證結果

3 結束語

在項目檢測過程中，通過細化工藝流程，結合地形特征加密定標點，能有效減小山區(qū)丘陵地帶管道特征點定位誤差。通過對檢測器骨架結構合理設計，能有效增加檢測器的通過性能。采用分布式三軸超高清傳感器，能確保檢測器在高速運行狀態(tài)下滿足標準采樣間距的要求，從而確保山區(qū)丘陵地帶頁巖氣集輸管道漏磁內檢測的順利開展，進而保障頁巖氣集輸管道的本質安全。