油田非金屬管道無損檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展建議

基金項(xiàng)目：中國石油天然氣股份有限公司科技專項(xiàng)“中高滲油田特高含水期大幅提高采收率技術(shù)研究”（2023ZZ2YJ05）。

非金屬管道具有良好的耐腐蝕性，在油田中應(yīng)用越來越多，但其承壓、抗熱性能較金屬管道差，且隨著使用年限增長發(fā)生老化等問題會(huì)導(dǎo)致管道失效，因此操作簡(jiǎn)單、結(jié)果準(zhǔn)確的檢測(cè)技術(shù)對(duì)油田非金屬管道的發(fā)展具有重要的意義。通過文獻(xiàn)調(diào)研對(duì)油田用非金屬管道進(jìn)行梳理分類，分析了數(shù)字射線、超聲、微波、紅外熱成像以及太赫茲檢測(cè)技術(shù)等非金屬管道檢測(cè)技術(shù)的原理、技術(shù)特點(diǎn)、適用范圍以及研究現(xiàn)狀；簡(jiǎn)要介紹了目前國內(nèi)油田在用非金屬管線埋深和路由檢測(cè)技術(shù)原理，同時(shí)調(diào)研了國外最新非金屬管道檢測(cè)技術(shù)的原理、適應(yīng)性及應(yīng)用情況，并對(duì)國內(nèi)非金屬管道無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比分析；最后提出了目前油田用非金屬管道無損檢測(cè)技術(shù)存在的問題以及發(fā)展建議。研究結(jié)果可為我國管道運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展提供指導(dǎo)。

非金屬管道;無損檢測(cè);檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；路由檢測(cè)技術(shù)

Current Status and Development Suggestions of Non-Destructive Testing

Technology for Non-Metallic Pipelines in Oilfields

Fu Zhongxin Zhao Chun Zhang Kun

（Daqing Oilfield Design Institute Co.， Ltd.）

Non-metallic pipelines have good corrosion resistance and are increasingly used in oilfields. However， they have lower pressure and heat resistance than metallic pipelines， and may be failed due to aging and other problems occurring with the service life. Therefore， the simple and accurate testing technologies are of great significance for the development of non-metallic pipelines in oilfields. Through literature review， the non-metallic pipelines used in oilfields were sorted out and classified. The principles， features， applications and research status of non-metallic pipeline testing technologies such as digital radiography， ultrasonic， microwave， infrared thermal imaging， and terahertz were analyzed. The principles of burial depth and route testing technologies for non-metallic pipelines currently used in oilfields in China were briefly introduced. Meanwhile， the principles， adaptability and application of the latest non-metallic pipeline testing technologies abroad were investigated. The current status of non-destructive testing standards for non-metallic pipelines in China was compared and analyzed. Finally， the problems and development suggestions of non-destructive testing technologies for non-metallic pipelines in oilfields were proposed. The research results provide guidance for the development of pipeline transportation system in China.

non-metallic pipeline; non-destructive testing; testing standard;route testing technologies

0 引 言

非金屬管道在我國管道運(yùn)輸系統(tǒng)中應(yīng)用已經(jīng)約40 a，所具有的良好雙面防腐性能使其在油田管道中適用性良好，受重視程度較高，其總長度已超過3萬km，且近年來每年新建的非金屬管道長度超過1 000 km^［1］。目前我國絕大多數(shù)油田集輸管網(wǎng)仍舊采用金屬材料，具有易腐蝕疲勞特性，隨著我國高含水油田數(shù)量不斷增多，油氣輸送相應(yīng)要求愈加嚴(yán)苛，非金屬管道的使用有效地緩解了油田集輸管網(wǎng)的腐蝕問題。但在非金屬管道實(shí)際應(yīng)用過程中仍然存在耐壓性能較差、耐腐蝕性能有限、抗熱性能較差、安裝和維修困難、壽命較短等問題^［2］。而無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)非金屬管道的問題，進(jìn)行維修和保養(yǎng)，從而確保管道的安全運(yùn)行。本文對(duì)油田用非金屬管道檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行概述，詳細(xì)介紹油田用非金屬管道常用無損檢測(cè)技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，并展望其未來發(fā)展方向。

1 非金屬管道分類及其在油田中的應(yīng)用

油田常用的非金屬管道可分為3類：塑料管、增強(qiáng)塑料復(fù)合管和內(nèi)襯管。塑料管主要包括聚乙烯（PE）管和聚氯乙烯（PVC）管。聚乙烯管主要用于城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿篮徒o排水管道。目前油田用塑料管中PE管應(yīng)用量最大，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也相對(duì)完善；但PE管材材質(zhì)較軟、承壓性低，管道接頭在使用過程中容易出現(xiàn)缺陷。電熔接頭中容易出現(xiàn)夾雜、冷焊缺陷、電阻絲錯(cuò)位及孔洞等缺陷，熱熔接頭中主要出現(xiàn)夾雜、孔洞、裂紋、冷焊及過焊等缺陷^［3］。聚氯乙烯管與其他塑料管相比具有很好的耐熱性，成本較低且對(duì)水流的阻力小，但具有輕微毒性，因此被用于油田地面集水系統(tǒng)，存在表面劃傷、凹坑，水紋，麻面等缺陷^［4］。

增強(qiáng)塑料復(fù)合管又可分為增強(qiáng)熱固性塑料復(fù)合管（RTRs）、增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合管（RTPs）以及熱塑性復(fù)合管（TCPs）。RTRs中玻璃纖維增強(qiáng)塑料管（玻璃鋼管）是油田地面集輸領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)間最長、用量最大的非金屬管材，主要應(yīng)用于油田的集輸、熱洗和摻水管道，其耐腐蝕能力強(qiáng)、韌性好、強(qiáng)度高，但其材質(zhì)脆、易破碎，長期敷設(shè)過程中可出現(xiàn)樹脂脫落、纖維裸露、分層、微裂紋等缺陷^［5］。RTRs中塑料合金復(fù)合管主要應(yīng)用于油田的油氣集輸、注入和污水處理等領(lǐng)域，抗沖擊性能和管材的氣體密封性優(yōu)于玻璃鋼管，但由于結(jié)構(gòu)層仍然為玻璃鋼材質(zhì)，所以同樣存在抗沖擊性差的問題^［6］。RTPs中鋼骨架增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合管主要適用于油、氣、污水及腐蝕性液體輸送，不易腐蝕，摩阻系數(shù)小，但適用溫度范圍較窄^［7］。RTPs中柔性增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合管廣泛應(yīng)用于地面集輸管網(wǎng)，在井下注水、采油、輸氣也有推廣應(yīng)用，已成為油田集輸用量增加最快的非金屬管材。柔性復(fù)合管柔韌性好、可連續(xù)成型、接頭少、施工運(yùn)輸方便，但價(jià)格相對(duì)較高，主要缺陷有纖維分布不均、內(nèi)襯層溶脹鼓泡、滲漏及開裂等^［8］。RTPs和TCPs的區(qū)別在于其內(nèi)襯層、外護(hù)層和增強(qiáng)層之間是否存在層間運(yùn)動(dòng)^［9］。

內(nèi)襯管包括2種，即金屬管內(nèi)襯非金屬管和非金屬管內(nèi)襯金屬管。金屬管內(nèi)襯非金屬管又叫鋼塑復(fù)合管，以鋼帶管為骨架，將塑料與鋼帶管采用物理與化學(xué)復(fù)合相結(jié)合的方法一次性融合成一體，提高了鋼塑復(fù)合管的強(qiáng)度和抗外力破壞性能，同時(shí)更能發(fā)揮出耐腐蝕作用，可用于輸送污水和原油等不同的介質(zhì)^［10］。非金屬管內(nèi)襯金屬管主要是玻璃鋼內(nèi)襯不銹鋼管道，目前多用來修復(fù)安全風(fēng)險(xiǎn)較高的排水管道。常見非金屬管道特點(diǎn)如表1所示。

2 非金屬管道無損檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

因非金屬自身既不導(dǎo)電也不具磁性的特點(diǎn)，非金屬管道的無損檢測(cè)方法尚未形成體系，部分適用于金屬管道的無損檢測(cè)技術(shù)無法直接借鑒。以下方法從理論上可對(duì)非金屬管道進(jìn)行檢測(cè)，部分方法已被用于聚乙烯管道的無損檢測(cè)。

2.1 目視檢查

目視檢查適用于任何材質(zhì)管道，通常只能檢測(cè)到表面常見缺陷和結(jié)構(gòu)變形，且容易受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制，但檢測(cè)方式靈活易操作，可以直接反映目標(biāo)的真實(shí)狀況。有研究證明目視檢測(cè)的誤差一般低于30%，且可通過訓(xùn)練的方式減少，因此可以通過目視檢查對(duì)非金屬管道缺陷進(jìn)行檢查。非金屬管道目視檢查主要包括內(nèi)窺鏡檢測(cè)和爬行器機(jī)器人檢查^［9］。內(nèi)窺鏡體積小、攜帶方便、成本低，可在高溫、有毒、空間受限的環(huán)境下檢測(cè)非金屬管道內(nèi)部裂紋等內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面特征。大港油田公司第三采油廠采用內(nèi)窺鏡設(shè)備對(duì)內(nèi)襯油管內(nèi)部的損傷情況進(jìn)行了探測(cè)，解決了內(nèi)襯管檢測(cè)修復(fù)無法準(zhǔn)確診斷的問題，提高了內(nèi)襯管內(nèi)壁損傷部位的準(zhǔn)確性^［11］。爬行器機(jī)器人可檢測(cè)非金屬管道的內(nèi)表面常見缺陷和結(jié)構(gòu)變形等，如裂紋、鼓泡、脫落、坍塌、溶脹等，但通常需要管道停產(chǎn)放空且檢測(cè)距離較短。爬行器機(jī)器人結(jié)合視頻對(duì)非金屬管道檢測(cè)已經(jīng)商業(yè)化。圖1所示為深圳施羅德公司研制的管道檢測(cè)機(jī)器人^［12］，適用于150～2 000 mm管道，攝像頭分辨率可達(dá)4 K，能清晰反饋管道內(nèi)部情況。

2.2 數(shù)字射線成像檢測(cè)技術(shù)

數(shù)字射線成像技術(shù)是一種以射線數(shù)字檢測(cè)器排列作為成像元件的檢測(cè)技術(shù)，成像原理如圖2所示。

從X射線源發(fā)出X射線，檢測(cè)對(duì)象吸收或散射部分X射線光子，導(dǎo)致射線的強(qiáng)度衰減，形成強(qiáng)度分布不均的射線束，平板探測(cè)器采集到射線信號(hào)將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)利用計(jì)算機(jī)直接成像，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化和數(shù)字化檢測(cè)。能夠檢測(cè)出非金屬管道內(nèi)的孔隙、氣泡、裂紋、分層以及脫膠情況，且具有檢測(cè)質(zhì)量和效率高等優(yōu)點(diǎn)，但因其具有輻射在人群密集區(qū)域較難實(shí)施^［13］。

目前已在PE燃?xì)夤艿罒崛?、電熔接頭焊縫無損檢測(cè)中得到應(yīng)用。張國強(qiáng)等^［14］對(duì)帶有人為缺陷的PE燃?xì)夤艿罒崛酆碗娙酆附咏宇^進(jìn)行了檢測(cè)，含孔洞、過焊接頭檢測(cè)結(jié)果如圖3所示，檢測(cè)結(jié)果圖像能直觀判別缺陷的存在及類型。此外，數(shù)字射線檢測(cè)能清晰準(zhǔn)確反映玻璃鋼連接接頭焊口內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可用來識(shí)別玻璃鋼管本體、螺紋接頭中存在的具體缺陷類型和尺寸^［13］。

2.3 超聲檢測(cè)技術(shù)

超聲檢測(cè)技術(shù)是利用超聲波與檢測(cè)對(duì)象之間的反射、穿透、衍射等相互作用和能量衰減的檢測(cè)原理，需通過耦合劑接觸非金屬管道表面才能進(jìn)行檢測(cè)。超聲檢測(cè)技術(shù)包括傳統(tǒng)超聲檢測(cè)、非線性超聲檢測(cè)以及超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)，目前大多應(yīng)用在PE管道無損檢測(cè)，其他非金屬檢測(cè)仍需進(jìn)一步探索研究。

2.3.1 傳統(tǒng)超聲檢測(cè)

傳統(tǒng)超聲檢測(cè)認(rèn)為超聲信號(hào)是線性傳播，信號(hào)在材料損傷部位會(huì)發(fā)生能量衰減、相位變化、到達(dá)時(shí)間延遲等現(xiàn)象，是發(fā)展最早和應(yīng)用最多的無損檢測(cè)技術(shù)，在PE管道上的適應(yīng)性較好。張琳^［15］采用超聲波測(cè)試PE管道熱熔焊接缺陷，結(jié)果表明超聲波對(duì)面積型和孔洞型缺陷有良好的檢測(cè)能力，能準(zhǔn)確測(cè)定缺陷的深度。張學(xué)輝等^［16］通過超聲檢測(cè)技術(shù)準(zhǔn)確地表征了柔性管用玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料缺陷中的分層、貧脂和聚酯等缺陷。

2.3.2 非線性超聲檢測(cè)

非線性超聲檢測(cè)技術(shù)本質(zhì)上反映了材料的缺陷或損傷的非線性介質(zhì)的影響，與線性超聲檢測(cè)技術(shù)的主要區(qū)別在于反應(yīng)信號(hào)的不同頻率分量上。洪曉斌等^［17］采用非線性超聲導(dǎo)波延時(shí)檢測(cè)方法準(zhǔn)確定位PVC非金屬管道裂紋損傷，對(duì)早期多裂紋損傷也有較好的檢測(cè)精度。張世瑋等^［18］建立PE管材力學(xué)性能與超聲非線性系數(shù)變化關(guān)系，能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)PE管材老化程度。

2.3.3 超聲相控陣檢測(cè)

超聲相控陣檢測(cè)基于脈沖回波原理及惠更斯原理，相比于傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)，其換能器陣元由多個(gè)相互獨(dú)立且可以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的電晶片組成，如圖4所示^［19］。

超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)是目前針對(duì)PE管道無損檢測(cè)技術(shù)研究較多、成熟度最高的一種測(cè)試技術(shù)，設(shè)備便攜、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)效率高、檢測(cè)結(jié)果直觀，適用于非金屬管道的現(xiàn)場(chǎng)不停氣檢測(cè)。超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)在PE管、鋼骨架聚乙烯復(fù)合管、玻璃鋼管等非金屬管的缺陷檢測(cè)領(lǐng)域進(jìn)行了探索研究，成為最可能走出實(shí)驗(yàn)室的非金屬管道缺陷無損檢測(cè)技術(shù)。但該技術(shù)仍需開挖管道，通過接觸非金屬管道表面才能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)缺陷尺寸的精度和缺陷位置的準(zhǔn)確性仍需提升。

2.4 微波檢測(cè)技術(shù)

微波是寬頻帶電磁波，頻率在300 MHz～300 GHz之間，波長范圍為1～1 000 mm，能夠穿透非金屬材料。微波振蕩器產(chǎn)生微波信號(hào)向被檢材料發(fā)射，微波信號(hào)在非金屬管內(nèi)遇到缺陷發(fā)生穿透、散射、反射后被傳感器接收，對(duì)反饋信號(hào)的幅度衰減、相移量、頻率等參數(shù)進(jìn)行處理分析，從而確定被檢件的缺陷特征。可用于檢測(cè)非金屬管的分層、氣孔、脫粘、夾雜物、裂紋、密度變化等現(xiàn)象。微波檢測(cè)原理如圖5所示^［20］。

于昊言等^［21］對(duì)微波檢測(cè)管道典型方法進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)國內(nèi)外微波檢測(cè)技術(shù)在不同類型缺陷中的研究成果歸類，得出現(xiàn)有非金屬管道微波檢測(cè)缺陷種類較少，且需要傳感器采集處理信號(hào)的結(jié)論。微波檢測(cè)技術(shù)目前在定性識(shí)別缺陷方面有一定的研究，對(duì)于復(fù)合材料中的裂紋、裂縫，微波反射波法可以測(cè)出長裂紋的長度和位置，但不能確定其深度和取向。

2.5 紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)

紅外熱成像檢測(cè)是一種非接觸檢測(cè)方式，應(yīng)用范圍較廣，檢測(cè)結(jié)果直觀，對(duì)環(huán)境有一定的要求，檢測(cè)精度依賴于紅外熱像儀分辨率。紅外熱成像檢測(cè)中，通常需要熱量散發(fā)，物體內(nèi)部進(jìn)行熱傳播，利用熱傳遞規(guī)律將缺陷信息反映到該物體表面的溫度信息上，物體表面的溫度信息又通過電磁波擴(kuò)散輻射到大氣中，最后由紅外熱成像模塊感應(yīng)顯示在計(jì)算機(jī)上。檢測(cè)原理如圖6所示^［22］。

紅外熱成像技術(shù)可以檢測(cè)不同深度的聚乙烯材料缺陷。劉祚時(shí)等^［23］在處理管道聚乙烯防腐層原始紅外圖像時(shí)分別采用主成分分析法和鎖相技術(shù)，發(fā)現(xiàn)鎖相檢測(cè)可以檢測(cè)5 mm深粘接缺陷，主成分分析法可以有效解決噪聲干擾，提升缺陷可檢測(cè)深度，二者相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)聚乙烯粘接缺陷定量檢測(cè)。

2.6 太赫茲檢測(cè)技術(shù)

太赫茲（THz）輻射是指頻率在0.1～10.0 THz之間的電磁頻譜區(qū)域。太赫茲波對(duì)非金屬管道的可穿透性較強(qiáng)，可通過每一層材料的前后界面反射的脈沖到達(dá)探測(cè)器時(shí)間差來計(jì)算相應(yīng)材料層的厚度。THz發(fā)射器向被測(cè)材料發(fā)射THz范圍內(nèi)的電磁輻射，通過調(diào)節(jié)載物臺(tái)的位置，THz光可以聚焦在材料的表面或內(nèi)部，THz探測(cè)器接收由材料反射的THz光，并產(chǎn)生所接收的輻射的信號(hào)。計(jì)算機(jī)處理THz探測(cè)器所產(chǎn)生的信號(hào)，并可進(jìn)一步創(chuàng)建為材料的視覺成像。THz檢測(cè)系統(tǒng)工作原理如圖7所示^［24］。

除厚度測(cè)量外，太赫茲波成像技術(shù)可以通過確定復(fù)合材料的吸收系數(shù)和折射率，揭示其成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)表面裂紋、空隙、分層都有很好的檢測(cè)。THz結(jié)構(gòu)檢測(cè)原理如圖8所示^［24］。陳強(qiáng)等^［25］基于太赫茲技術(shù)獲得聚乙烯管道接頭的老化程度與折射率無關(guān)、與吸收系數(shù)成反比，并對(duì)磨痕、分層、夾雜等管道接頭缺陷進(jìn)行成像檢測(cè)。徐繼升等^［26］利用太赫茲檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)聚乙烯管道熱熔接頭進(jìn)行缺陷掃描及成像分析，含缺陷試樣與標(biāo)準(zhǔn)試樣在波形對(duì)比明顯，構(gòu)建的缺陷識(shí)別定性分析模型可準(zhǔn)確識(shí)別缺陷類型，定量分析模型缺陷尺寸識(shí)別率也較高。

相比紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)，太赫茲檢測(cè)技術(shù)可以穿透更多材料，比微波檢測(cè)技術(shù)具有更好的空間分辨率，太赫茲脈沖所攜帶的能量低于X射線且不會(huì)電離并損壞所研究的材料，同時(shí)不會(huì)對(duì)人體健康造成傷害。但太赫茲檢測(cè)技術(shù)尚未在非金屬管道進(jìn)行工程應(yīng)用。

2.7 其他檢測(cè)方法

由于現(xiàn)階段非金屬管道無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用受限，油田在用檢測(cè)技術(shù)主要集中在管線的埋深和路由探測(cè)方面。王文明等^［27］提出一種埋地玻璃鋼污水管線檢測(cè)定位方法，該方法基于地質(zhì)雷達(dá)電磁波法，通過檢測(cè)定位管道內(nèi)部污水介質(zhì)確定非金屬管道走向與深度。當(dāng)對(duì)管線施加交變信號(hào)時(shí)，管道內(nèi)部污水介質(zhì)作為無限長載流直導(dǎo)線，其周圍空間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度，玻璃鋼管作為導(dǎo)線絕緣層增加了探測(cè)效果，通過試驗(yàn)論證證實(shí)了檢測(cè)方法有效。該方法不直接探測(cè)管道，而是通過探測(cè)管道內(nèi)部污水介質(zhì)確定管線路由和埋深，存在一些誤差。

西安捷通智創(chuàng)儀器設(shè)備有限公司開發(fā)了智能燃?xì)釶E管道定位儀，其操作簡(jiǎn)便、定位精準(zhǔn)。發(fā)射機(jī)為氣體振動(dòng)器供電并控制氣體振動(dòng)器信號(hào)輸出，針對(duì)不同管徑PE管材固有頻率特性，發(fā)射特殊調(diào)制的頻率使信號(hào)傳輸距離更遠(yuǎn)。接收機(jī)通過地面?zhèn)鞲衅鹘邮懿杉盘?hào)，傳輸給主機(jī)，主機(jī)通過濾波和算法將有效信號(hào)傳給操作者進(jìn)行判斷定位，地面信號(hào)最強(qiáng)處即為埋地管道正上方。在使用該定位儀過程中需對(duì)管道路由有一定程度了解，否則工作量較大。此外，對(duì)于非金屬管道和金屬管道轉(zhuǎn)換較多情況下，該定位儀探測(cè)質(zhì)量欠佳。

2.8 檢測(cè)方法對(duì)比

在油氣行業(yè)中，金屬管道的無損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而非金屬管道的無損檢測(cè)尚處于起步階段，以城鎮(zhèn)燃?xì)庥镁垡蚁┕艿赖臒o損檢測(cè)應(yīng)用居多。上述不同類型無損檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)原理和適用范圍各有特點(diǎn)和差異，如表2所示。

3 國外最新技術(shù)

國外在研非金屬管道無損檢測(cè)技術(shù)還包括探管雷達(dá)技術(shù)和電容成像技術(shù)。

探管雷達(dá)技術(shù)是將探地雷達(dá)天線應(yīng)用于管內(nèi)發(fā)射和接收電磁脈沖波，電磁波在不同的材料中以不同的速度傳播，可以穿透管壁、管道的墊層和導(dǎo)電土壤，脈沖根據(jù)材料特性變化被反射或折射，通過測(cè)量反射電磁波的雙向傳播時(shí)間和振幅，應(yīng)用算法建立詳細(xì)的檢測(cè)圖像，可用來檢測(cè)壁厚、鋼筋覆蓋和空隙等^［28］。探管雷達(dá)機(jī)器人及其檢測(cè)數(shù)據(jù)如圖9所示^［29］。加拿大Sewer-VUE公司開發(fā)的探管雷達(dá)系統(tǒng)可以在直徑450～900 mm管道間運(yùn)行。但目前關(guān)于多傳感器融合理論、方法的研究尚處于初步階段。

電容成像技術(shù)則是利用非金屬材料在外加電場(chǎng)作用下被極化，其介電常數(shù)和電導(dǎo)率隨頻率、孔隙率等材料特性參數(shù)變化，因此可以通過測(cè)量非金屬管道周圍電極之間的一組電容和電阻，然后借助電容層析成像算法重建圖像來可視化管道^［30］。該方法已成功為纖維增強(qiáng)復(fù)合管進(jìn)行疲勞裂紋檢測(cè)，估計(jì)其裂紋擴(kuò)展速率，并通過實(shí)驗(yàn)室研究驗(yàn)證了其有效性。目前該技術(shù)處于從實(shí)驗(yàn)室向應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的過渡期。

4 相關(guān)無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)非金屬管道無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)分析見表3。GB/T 41856.2—2022給出采用內(nèi)窺鏡評(píng)價(jià)非金屬零部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)表面形貌特征，以及間接目視的表面缺欠等的參考圖譜。JB/T 12530.2—2015規(guī)定了由PE、PP、PVC、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）、聚偏氟乙烯（PVDF）與改性聚四氟乙烯（PTFE）等熱塑性塑料采用熱風(fēng)焊、擠出焊、熱熔焊和電熔焊工藝等焊接接頭的目視檢測(cè)及缺陷級(jí)別判定方法。

GB/T 33488.3—2017與JB/T 12530.3—2015規(guī)定了PE等熱塑性塑料采用不同工藝焊接接頭的射線檢測(cè)。其中GB/T 33488.3—2017對(duì)焊縫質(zhì)量的分級(jí)與評(píng)定作出規(guī)定。對(duì)于超聲脈沖回波檢測(cè)，JB/T 10662—2013規(guī)定了外徑為50～1 000 mm、壁厚為4～60 mm的聚乙烯管道熱熔接頭的無損檢測(cè)及質(zhì)量分級(jí)；JB/T 12530.4—2015規(guī)定了PE等熱塑性塑料管材焊接接頭的超聲檢測(cè)。GB/T 29461—2012規(guī)定了聚乙烯管道電熔接頭采用相控陣超聲檢測(cè)的方法和質(zhì)量分級(jí)要求。GB/T 38883—2020規(guī)范了采用主動(dòng)式紅外熱成像技術(shù)，通過采用在織物材料中放置聚四氟乙烯膜對(duì)比試塊檢測(cè)復(fù)合材料分層缺陷，針對(duì)非金屬材料的紅外熱成像檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)還未頒布實(shí)施。關(guān)于微波及太赫茲檢測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)目前并無可依照的標(biāo)準(zhǔn)方法，國際上提出了ASTM E3101—2018、ASTM E3102—2018這2項(xiàng)分別關(guān)于聚乙烯熱熔、電熔接頭的微波檢測(cè)操作規(guī)程。

由以上調(diào)研分析可知，國內(nèi)關(guān)于聚乙烯管道無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)較完善，而油田其他非金屬管道的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)較少，其中關(guān)于焊接缺陷的分級(jí)和質(zhì)量評(píng)價(jià)相對(duì)簡(jiǎn)單，GB/T 29461—2012規(guī)定電熔接頭缺陷有熔合面夾雜、孔洞、電阻絲錯(cuò)位、冷焊、過焊共5種，GB/T 33488.3—2017則將缺陷分為裂紋、未熔合、未焊透、條形缺陷、圓形缺陷等5種。根據(jù)國內(nèi)焊接試驗(yàn)結(jié)果，參考國外標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定制訂詳細(xì)非金屬缺陷質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可以提高檢測(cè)技術(shù)檢出準(zhǔn)確性、事故處置措施有效性。

5 存在問題分析及發(fā)展建議

5.1 存在的問題

5.1.1 部分非金屬管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以檢測(cè)

非金屬管道種類繁多，結(jié)構(gòu)差異較大，非金屬管道專用檢測(cè)設(shè)備較少，對(duì)于復(fù)合結(jié)構(gòu)的非金屬管道缺乏適用的無損檢測(cè)方法。如鋼骨架增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合管，其非金屬結(jié)構(gòu)難以進(jìn)行無損檢測(cè)，出廠檢驗(yàn)可通過長期靜水壓試驗(yàn)確定管材使用壽命下的允許使用壓力作為選材依據(jù)，目前在役管道并無有效檢測(cè)方法^［23］。

5.1.2 相關(guān)理論分析較多，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較少

目前的管道完整性管理主要針對(duì)金屬管道建立，部分信息不適用于非金屬管道。在不同的服役環(huán)境下，非金屬管道失效形式因其服役環(huán)境差異明顯。因此目前關(guān)于非金屬管道的無損檢測(cè)研究主要集中在相關(guān)理論研究，僅聚乙烯管道無損檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多，其他非金屬管道現(xiàn)場(chǎng)無損檢測(cè)應(yīng)用極少。

5.1.3 未形成標(biāo)準(zhǔn)體系，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)評(píng)價(jià)無據(jù)可依

非金屬管道種類多，各種管材有自己的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容寬泛不具體，生產(chǎn)廠家較多，管材質(zhì)量參差不齊。此外還缺乏現(xiàn)場(chǎng)操作性強(qiáng)的檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，接頭質(zhì)量分級(jí)、缺陷適用性評(píng)價(jià)等標(biāo)準(zhǔn)尚處于空白階段。

總而言之，現(xiàn)階段非金屬管道的應(yīng)用已經(jīng)非常的廣泛，但關(guān)于非金屬管道的無損檢測(cè)目前還存在理論研究較豐富、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用檢測(cè)手段單一、專用檢測(cè)設(shè)備較少、檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題。

5.2 發(fā)展建議

（1）鑒于非金屬管道探測(cè)的局限性，利用已有的探測(cè)設(shè)備，采取多種設(shè)備、多種方法相結(jié)合的方式，形成現(xiàn)場(chǎng)工程適用的非金屬管道探測(cè)技術(shù)和方法，為油田非金屬管材的安全、高效檢測(cè)提供向?qū)А?duì)于目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段的玻璃鋼管及柔性復(fù)合管無損檢測(cè)技術(shù)，其現(xiàn)場(chǎng)適用條件還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)研究，提高管體缺陷的定位準(zhǔn)確性。

（2）目前部分非金屬管道檢測(cè)方法正處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，已應(yīng)用檢測(cè)方法檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也不唯一。非金屬管道種類繁多，在不同的服役環(huán)境下，非金屬管道失效形式復(fù)雜多樣，不同的無損檢測(cè)技術(shù)有著各自的適應(yīng)范圍和檢測(cè)特點(diǎn)，明確非金屬管道探測(cè)方法適用范圍及界限，制訂適用于非金屬管道通用的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)將推動(dòng)非金屬檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)工程中的應(yīng)用。

（3）在缺陷適用性評(píng)價(jià)方面，研究含不同類型缺陷的非金屬管道的失效模式與失效機(jī)制，建立失效模式與缺陷類型、缺陷位置及缺陷尺寸的關(guān)聯(lián)關(guān)系，明確不同類型、不同位置缺陷的缺陷容限。在行業(yè)內(nèi)建立含缺陷非金屬管道失效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，不斷積累缺陷圖譜及含缺陷非金屬管道服役性能數(shù)據(jù)，修正含缺陷非金屬管道的失效預(yù)測(cè)分析模型，完善非金屬管道安全評(píng)價(jià)方法。

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第一作者簡(jiǎn)介：符中欣，高級(jí)工程師，生于1980年，2007年畢業(yè)于西安石油大學(xué)材料加工工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事油田管道和站場(chǎng)完整性管理相關(guān)技術(shù)研究工作。地址：（163712）黑龍江省大慶市。電話：（0459）5902542。email：fuzhongxin@petrochina.com.cn。