非接触式磁力扫描技术在渤海油田海管检测中的应用

赵国权,王国栋，谭 吕，魏 刚

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津300457)

非接触式磁力扫描技术在渤海油田海管检测中的应用

赵国权,王国栋，谭 吕，魏 刚

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津300457)

针对渤海油田A至B的海管走向非常复杂，常规检测手段存在很大风险的问题，为确保海管设备的完整性，同时提高检测效率，节约成本，应用非接触式磁力扫描技术对该条管线进行全面检测，经过科学设计，精心施工，该项技术取得良好的应用效果。

海管；风险；非接触式磁力扫描技术；检测；效果

长输管道在实际工程应用中不可避免地会发生失效，对管道进行有效检测是避免管道事故的重要手段[1]。目前，多数管道完整性检测是利用清管器根据管道的物理缺陷特性进行检测。渤海油田A至B的海管承担着高压油气运输的任务，该管道的安全运行关系到油田电网的稳定，关系到区域民用能源保障。该条海管所处位置水深30 m左右，总长40.2 km，海底环境复杂多变，传统检测技术费时耗力，困难重重，因检测故障导致的停产现象时有发生。为此，公司海管项目组采用非接触式磁力扫描新技术对该海管进行检测，保障安全运行。

1 技术简介

非接触式磁力扫描技术是在俄罗斯学者杜波夫金属磁力记忆金属材料应力检测基础上发展起来的新技术[2]，通过检测管道的磁场强度变化识别异常应力，无需接触管道，确定管道裂缝及内外腐蚀等缺陷，较传统检测技术具有更强的管道完整性检测能力。

1.1 原理

地球是一个巨大磁体，地表上到处都存在着可以探测和计量的磁力场。铁磁性管道在地磁场作用下，管体上的冶金和机械缺陷在运行压力载荷作用下发生的应力变化，因磁滞特性而保留了“磁致伸缩”逆效应导致的磁场变化[3-5]，见图1。

图1 非接触式磁力扫描结果

1.2 检测范围

非接触式磁力扫描技术检测范围广，类型多，大致可以检测三种类型的缺陷[6-7]：

1)管道缺陷。因管道制造、焊接、机械及腐蚀导致的缺陷和变形。

2)应力集中。因管道传输压力或外部环境而引起的应力局部增大现象。

3)磁漏场。其他因素导致的磁特性发生相应变化的现象。

1.3 检测结果评估及标准

参考俄罗斯矿工业委员会批准制定的《非接触式磁力扫描方法进行管道技术状况诊断指南》，结合实际经验，通过直接量化评估应力变形水平决定缺陷的相对危险度[8-10]。

检测缺陷危险评估根据磁异常综合指数F确定(见图2)，评估标准见表1。

1.4 检测条件及精度

1.4.1 检测条件

探测速率：2 m/s以上。

原始数据处理：在线处理。

图2 非接触式磁力扫描技术检测缺陷评估

磁异常综合指数F异常等级管道状况0.0～0.20I风险较大 管道存在需要尽快消除的腐蚀或者机械金属缺陷0.20～0.55II一般风险 存在的金属缺陷是在一定的允许范围内,可在一定条件下监控使用,并在可允许的条件下计划维修0.55～0.99III风险较低不影响管道的安全运行

工作温度范围：-25～+45 ℃ 。

最大作业水深：5 000 m 。

管道直径范围：56～1 420 mm。

管道壁厚范围：>2.8 mm。

1.4.2 检测精度

可测缺陷开口：300 μm。

可测缺陷深度：>5%管壁厚度。

测量公差：<20%裂纹长度。 <30%表面裂纹深度。 <25%壁厚损失。

2 应用情况

2.1 检测过程

首先进行数据收集，包括坐标、埋深、障碍物及穿越等路由数据，根据数据分析结果进行方案和航线设计；之后进行检测作业，把采集到的海管磁力数据进行自动处理，结合人工分析，进行缺陷定位，根据检测分析结果，筛选缺陷点进行潜水探摸验证；最后根据分析结果确定缺陷点的位置，缺陷类别和等级，残余寿命，出具完整的检测报告(见图3)。

图3 检测实施示意过程

2.2 检测结果

本次检测发现异常点20处，以设计压力为基准，对磁力异常缺陷部分进行评级。经过数据处理和分析：没有发现Ⅰ级缺陷；发现5处Ⅱ级风险点，属“金属缺陷和机械应力”类型，分析为3处受弯曲应力影响，2处受外腐蚀影响；发现6处Ⅲ级风险点，属“金属缺陷和机械应力”类型，分析认为全部受外腐蚀影响。

2.3 潜水探摸验证

根据检测结果、缺陷类型和危险等级，筛选4处探摸点进行验证。

2.3.1 选取Ⅱ级风险点2处

1号为弯曲应力影响，2号为外腐蚀影响。1号风险点潜水探摸后，发现海管悬跨(见图4)，此处应力测试仪器显示数字为450。分析为海底扰流导致敷设环境发生变化，需要及时进行海底环境休整，恢复敷设环境要求。

图4 1号探摸情况

2号风险点潜水探摸后，位于焊缝的位置，发现涂层破损导致外部腐蚀(见图5)，腐蚀点的深度最大约为3 mm，超声波测厚最小壁厚6.5 mm，可能是渔业活动造成的，需要及时维保。

图5 2号探摸情况

2.3.2 选取Ⅲ级风险点2处

全部为外腐蚀影响。3号和4号风险点潜水探摸后，3号在焊缝处(见图6)，4号在中间位置(见图7)，均发现涂层破损，有轻微外腐蚀。腐蚀点深度约1 mm，超声波测壁厚约8.5 mm，分析认为暂时没有内腐蚀现象，但需加强维保。

图6 3号探摸情况

图7 4号探摸情况

2.4 检查结论及建议

本次检测的海管整体状况较好，在 40.2 km的管线上共发现11处磁异常缺陷段，其中3处为弯曲应力导致，8处为外腐蚀影响导致。管道受弯曲应力影响的危害程度大于受外腐蚀的危害程度，要优先考虑整改，消除管道弯曲应力影响的危害；同时加强渔业活动频繁和水下扰流剧烈区域的水下管道监测并定期进行海管全面检测，保障海管安全运行。

3 结论

非接触式磁力扫描技术是一种检测长输管道完整性的有效手段，通过理论研究及实际应用效果分析，该技术有如下特点。

1)可以实现潜在微观危险部位的早期诊断与评价。非接触式磁力扫描技术是利用地磁环境中应力导致的磁场畸变对铁磁性材料进行检测，与传统检测手段相比可以得到更加全面的诊断信息，进而早期确定缺陷危险区域及潜在缺陷危险区域。

2)有效提高检测效率。非接触式磁力扫描技术的检测原理，减少了检测信号的分析处理及几何形貌应力分析时间；不必整段检测，理论上可以定期监控缺陷部位的发展变化情况；不需要开挖被检测体，能够准确定位，从而减少开挖工程量；对缺陷部位的危险程度评价较为准确，基本可以满足运行维护的需要。

3)实际操作中有一定的局限性：受自然环境影响较大，尤其是容易受外部铁磁性材料磁力信号的干扰；对检测的温度、埋深(水深)、直径、壁厚等均有一定的范围要求；原始参数的设定等人为因素对该技术的检测评估结果影响也很大。

综上所述，非接触式磁力扫描技术能够在不开挖(或水下作业)的情况下直接检测本体上的缺陷，是一种有效的本体直接检测技术，甚至可以作为本体内检测的有效补充手段，共同实现本体的检测。在渤海油田A至B的海管检测作业中，非接触式磁力扫描技术取得了良好的应用效果，为海管下一步运维管理策略提供了有效的数据支持，值得推广和借鉴。同时，对该技术应进一步加强磁记忆技术宏观规律和微观机制理论体系的研究工作，进一步发展和完善多通道、多参量的诊断系统，从而形成更加完善的检测技术体系。

[1] 李秋阳，李保国.非接触式磁力扫描技术及其在长输管道检测中的应用[J].储运安全，2013(13)：39-41.

[2] 龚利红，李著信.管道金属磁记忆检测缺陷的判别分析模型[J].化工自动化及仪表，2012，39(3)：313-315.

[3] 任吉林，林俊明.金属的磁记忆检测技术[M].北京：中国电力出版社，2000.

[4] 钟力强，李路明.检测环境磁场对磁记忆方法评价应力集中的影响[C]∥北京机械工程学会，2008年优秀论文集，2008.

[5] 张为民，董韶平.磁记忆检测方法及其应用研究[J].北京理工大学学报，2003，23(3)：277-280.

[6] 黄贤滨，刘小辉.长输管道事故数据库的对比分析[J].安全、健康和环境，2012，12(11)：1-4.

[7] 冷建成，徐敏强.铁磁性构件磁记忆检测技术的研究进展[J].材料工程，2010(11)：88-93.

[8] 王 丹，董世运.静载拉伸45#钢材料的金属磁记忆信号分析[J].材料工程，2008(8)：77-80.

[9] 梁志芳，李午申.金属磁记忆信号的零点特征[J].天津大学学报，2006，39(7)：847-850.

[10] 宋凯，唐继红.铁磁构件应力集中的有限元分析和磁记忆监测[J].材料工程，2004(4)：40-42.

Application of the Non-contact Magnetic Scanning Technology in Detection of Sea Tube in Bohai Oilfield

ZHAO Guo-quan，WANG Guo-dong，TAN Lv, WEI Gang

(Tianjin Branch of CNOOC (China) Co. Ltd., Tianjin 300457, China)

The route of sea tube from A oilfield to B oilfield in Bohai sea is very complex, and there is a great risk of conventional detection method. In order to protect the security of energy transport to ensure sea pipe equipment integrity, and improve the detection efficiency, cost savings, the non contact magnetic scanning technology is applied to detect the pipeline. Through scientific design and careful construction, this technology is verified to have good application effect.

sea tube; risk; non-contact magnetic scanning technology; detection; effect

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.06.033

2015-05-24

赵国权(1981-)，男，学士，工程师

U664.84；P756.2

A

1671-7953(2015)06-0141-04

修回日期：2015-07-02

研究方向:石油开发工程技术

E-mail: zhaogq@cnooc.com.cn