海底管线缺陷内检测技术现状与发展趋势研究

张士华，初新杰,2，孙永泰，史永晋

（1.胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东 东营 257017；2.中国海洋大学，山东 青岛 266003）

海底管线缺陷内检测技术现状与发展趋势研究

张士华1，初新杰1,2，孙永泰1，史永晋1

（1.胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东 东营 257017；2.中国海洋大学，山东 青岛 266003）

简述了海底管线缺陷内检测技术的背景知识、基础理论及国内外的研究现状，重点介绍了磁检测技术和超声检测技术装备在国内外的研究进展情况，总结了发展趋势以及我国海底管线缺陷内检测技术存在的主要技术问题，分析了研发系列化海底管道内缺陷检测装备的必要性和应用前景。

海底管线；缺陷；内检测；漏磁检测；高精度

我国处在太平洋沿岸，海底表层地基不稳定，同时海底管线和水下结构物长期受介质腐蚀、海流冲淘及海上意外事故的影响，容易产生缺陷和损伤，严重时发生爆管、油气泄漏或平台倒塌，造成巨大的经济损失和海洋环境破坏。为避免油气泄漏和平台倒塌等事故的发生，应对在役管道进行定期检测和维护，检测管道壁中的潜在缺陷。我国在上世纪90年代已在浅海海域进行了石油开采，许多海底管线已服役了十多年，检测和修复工作势在必行。

随着政府和企业越来越重视安全生产和海洋环境保护问题，对海底管线的安全保障，提出了更高的要求，急需海底管线缺陷检测系列化装备。

1 各国海底管线缺陷内检测技术及研究现状

由于海底管线发生泄漏时，将造成巨大的经济损失和严重的海洋污染，世界各海洋石油生产国对海底管线的在线检测十分重视[1]。各国研究部门和开发部门对管线的检测，特别是海底管线的在线检测系统特别关注，并进行了大量的研究工作。

1.1 漏磁检测技术

利用漏磁原理检测管道腐蚀缺陷[2]，是目前常用的检测方法之一，适用于薄壁和中壁厚管道。置于铁磁性钢材料管道壁表面的磁极，在管道壁内产生沿管道轴向的磁化场，当磁场足够强时，管道壁处于饱和磁化状态，如无缺陷存在，则磁场集中于管壁内，放在管道内表面的磁传感器，不会检测到磁场信号；如果管道壁内存在缺陷，则由其造成的管道壁局部变薄，将使得原本集中分布在管道壁内的磁场，有一部分泄漏出管道壁的内外表面，泄漏磁场被传感器检测到，从而获知缺陷的存在。

在（海底）油气输送管道腐蚀缺陷检测中，通常使用管道内检测器。内检测器在管道内传输的高压油气产品，在检测器前、后形成的压差的推动下前进，在前进的同时，完成检测数据采集和记录工作。在检测结束后，检测器从管道中取出，并将检测器电子包内存储的完整检测数据导入到计算机中，作进行进一步的分析和处理。

目前新开发的磁化装置，比常规磁铁的磁化能力提高近1倍，新型高效的霍尔传感器，也因尺寸小和检测灵敏度高，使周向分布的传感器数量增加，从而提高了缺陷检测的分辨率，并可分辨出缺陷位于管壁内侧还是外侧。

管道内智能检测器发展至今，历经了三代[4]：第一代为普通型检测器，第二代为高精度检测器，第三代为超高精度检测器。

第一台商业管道在线检测设备Linalog，由Tuboscope公司于1965年研制成功，当时只用于检测管道的底部。

1966年Tuboscope又研发出可检测管道整个圆周的漏磁检测器，之后，其他厂商也相继研发出类似的管道漏磁内检测器。最初的管道漏磁检测器被称为低分辨率（Low Resolution）的检测器，因为使用的磁探头数目较少，因而描述缺陷特征的能力不足。

鉴于第一代检测器的如上缺点，British Gas于1978年研制出最初的具有较多磁传感器和较高缺陷描述能力的高分辨率（High Resolution）漏磁检测器。此后其他厂商也随之效仿，使得高分辨率已经成为现代化高性能管道缺陷内检测器的标志性参数之一。

GE PII的MagneScan检测器的第一代产品于1975年诞生，用于检测152.4～1422.4mm（6～56 inch）的管道，据称目前MagneScan已成为使用最为广泛的管道内检测器之一。

BJ的VECTRA检测器诞生于1996年，该检测器安装了具有主动速度控制（Active Speed Control）功能的泄流单元。

ROSEN的高清晰度漏磁检测器产品，称为CDP（Corrosion Detection Pig），CDP检测器的突出特点是结构紧凑，例如在口径较大的情况下，只有一个检测器节，因而便于发射和接收，CDP检测器同样具有主动速度控制功能。

1.2 超声波检测技术

利用超声检测技术对输油管道进行在线检测[1]。近年来，超声管道智能检测器在油气输油管道得到了应用。目前PII公司开发了专用于输油管道检测的超声裂缝检测器；英国SONOMATIC公司、PHOENIX公司、美国Oil Country Inspection Inc以及德国NDT公司等，都开发了用于输油管道检测的相应超声类产品；我国胜利石油管理局于2006年研制了Φ325mm超声检测器。

1.3 射线检测技术

利用X射线、γ射线或中子射线进行管道的缺陷检测[1]，是目前管道无损检测方法之一。目前，美国OIS公司的管道爬行X射线探伤机；英国JME公司以及意大利的管道射线爬行探伤机等，都达到较高的检测水平。

1.4 远场涡流检测技术

通过设在远场区的检测线圈，检测出由于管道缺陷引起的感应电压与激励电压相位差变化[1]。是一种新型检测技术，对于输油管道在线检测具有潜在优势，目前美国和加拿大有关公司正在研究，只有单通道和8通道的检测仪。

1.5 声发射检测技术

通过分析检测中声发射信号的各种参数，获得管道裂缝大小和位置等信息[1]。目前美国、日本、意大利等国家应用较多。我国平湖油气田海底管线检漏中，承包商应用了声发射技术确定了管线泄漏的位置。声波仪器采用经过处理的水驱动，声波球由自身携带的电源、数据采集系统（麦克风）、储存系统、自动计程仪组成。声波仪器最前端安装一个能接受声波的麦克风，仪器后部安装3部计量运行距离的计程器，仪器中部为数据记录装置，其将声波信号和里程数据记录在磁盘上，声波仪器在管道中运行时，只记录前方的噪音，当声波仪器通过泄漏点以后，声波信号迅速恢复正常。将记录的信号经过计算机处理，可与周围其他声波源信号区分开来，如阀门、弯头等，然后分析噪音的曲线形态，给出一个波型图，最终确定泄漏点的位置。

1.6 电子内窥和视频检测技术

通过摄像头观察管道内壁状况，判断管道缺陷情况[1]。这是目前检测技术的发展方向之一，法国HYTEC流体技术集团，开发了带轴向自推进摄像机的电视监视系统，可对管道内壁和管道中的流体进行检测。

另外，管道检测方法还有流量差法、压力分布法、压力波法、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）法等。

经过数十年的研究，国外已开发完成了多种管道缺陷内检测器[3]。

2 国内对腐蚀缺陷检测技术的掌握

目前，国内也掌握了长输油气管道的腐蚀缺陷检测技术[4～5]。

1993年中国石油天然气管道局技术公司，从美国引进了Φ273mm和Φ529mm两套管道漏磁检测器；

1997年又从美国的Tuboscope Vetco公司引进了Φ720mm管道漏磁检测器。这些早期的漏磁检测器分辨率低，且只能检测输油管道。

1999年，中油管道检测技术有限责任公司研制成功Φ377mm油气管道腐蚀缺陷中清晰度漏磁检测器。

1999年，沈阳工业大学和新疆三叶管道技术有限责任公司，在国家自然科学基金资助下，研制完成了油气管道腐蚀缺陷中清晰度漏磁检测器。

2002年，天津大学和深圳巨涛机械设备公司，研制了油气管道腐蚀缺陷中清晰度漏磁检测器样机。

2002年，中国石油天然气管道局管道技术公司与英国ADVANTICA公司以及清华大学合作，于2005年研制了Φ1016mm油气管道腐蚀缺陷内检测器。

2008年，中油管道检测技术有限责任公司和清华大学，获得了国家科技支撑计划支持，开始研制天然气长输管道裂纹检测器。

以上均为陆地管道检测器。

2001年，胜利石油管理局在国家“863计划”资助下，开展了“海底管线内爬行器及其检测技术”的研究工作，研发了一套Φ325mm海底管线检测系统工程样机及其标定试验系统[6]，并于2007和2010年进行了海底管线的检测，初步形成了Φ325mm海底管线现场检测的工程应用能力。

3 国内外管道内检测技术发展趋势

目前，国内外管道内检测技术发展趋势，主要倾向于漏磁和超声检测。其中管道漏磁检测器的发展趋势主要有两个：

3.1 三轴（Tri-axis）传感器技术

采集和处理由管道缺陷引起的磁传感器位置的漏磁场矢量沿管道轴向、径向和周向的3个分量，提高缺陷描述能力，提高轴向槽检测和识别能力。

3.2 “高通过性”管道检测技术

目前，世界上大约有1/3的管道属于“难以检测”的管道。难以检测的原因，主要是这些管道最初设计时，没有考虑使用管道内检测器的需求，具体表现在管道施工不规范、转弯半径较小等方面。对于这些管道，以往只能采用定量检测能力差的直接评定和液压试验方法，迫切需要提高检测器在海底管道内的通过能力，满足“难以检测”管道的检测需求。

4 国内存在的主要技术问题

（1）国内海底管道缺陷内检测器，未形成工程系列化产品，无法覆盖主要规格的海底管线；

（2）缺陷检测装置在实际海底管线内，环境适应能力差和越障能力低；

（3）缺陷信号分辨率有待于提高；

（4）数据采集及其传输速率偏低；

（5）海底管线检测、投放和回收工艺流程，未形成标准化操作，海上操作难度大，相关配套设施不完备和应急预案不完善。

5 结束语

经过数十年的研究，国外已开发完成了多种管道缺陷内检测器；国内已经基本掌握了油气管道缺陷检测技术。但在海底管线内检测方面，尚未形成实际工程化应用能力。因此，急需开展海底管线缺陷内检测技术与装备工程化研究，研发具有自主知识产权的海底管线内系列化工程检测设备。

中国石化集团胜利石油管理局，正在开展Φ457mm、Φ273mm和Φ219mm这3种管道漏磁检测器的研发工作，并得到了国家“863计划”的支持。

通过对海底管内缺陷检测技术研究，将形成系列化先进的海底管线检测装备，能有效地采集到管道的有害缺陷的信息，并运用该技术进行分析评判，可为管道的评估、判废、改造及安全平稳运行，提供科学的决策依据，保证海洋油气开发安全，具有良好的推广前景。

[1]刘福顺，汤 明.无损检测基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[2]武万辉，郭 勇，王同德，等.管道漏磁检测技术及应用[J].管道技术与设备，2009，（2）：33-34.

[3]黄 辉，何仁洋，熊昌胜，等.漏磁检测技术在管道检测中的应用及影响因素分析[J].管道技术与设备，2010（3）：17-19.

[4]范智勇，郑超雄.漏磁技术应用于无缝换热器管在役检测的研究[J].无损探伤，2006，30（1）37-38.

[5]冯庆善.在役管道三轴高清漏磁内检测技术[J].油气储运，2009，28（10）：72-75.

[6]孙永泰.油气输送管线检测准确度影响因素分析[J].石油机械，2010，38（2）：70-73.

Technology State and Development Trend Research of Defects Internal Inspection Technique for Submarine Pipeline

ZHANG Shi-hua1,CHU Xin-jie1,2,SUN Yong-tai1,SHI Yong-jin1
(1.Drilling Technology Research Institute,Shengli Petroleum Administrative Bureau,Dongying Shandong 257017,China；2.Ocean University of China,Qingdao Shandong 266003,China)

The background knowledge and basic theory of defects internal inspection technique for submarine pipeline is briefly presented and then the achievements made in the study of defects internal inspection technique in resentyears are reviewed.Magnetic flux leakage inspection technique and supersonic inspection technique are emphatically presented.The development trend and the existing main problems in our country in the study are summarized.The necessity and the application prospect of developing serial defects internal inspection equipment are analyzed.

submarine pipeline;defects;internal inspection;magnetic flux leakage inspection;high accuracy

TE973.6

A

1672-545X（2011）09-0142-03

2011-06-12

国家“863”资助项目——海底管线检测与水下结构物修复关键技术（2011AA0903）

张士华（1965—），男，山东沾化人，教授级高工，胜利油田高级专家，主要从事海洋工程结构与装备的研发与设计。