信号增强技术在超深管道检测中的重要性

钟晓松 杨晓凯 李祥明 孙国宁 徐栋栋 史海波

（中石化胜利油田海洋采油厂，山东 东营 257537）

1 常规技术的局限性

目前国内乃至国际埋地管道检测行业，针对埋地管道定位和评估的常用检测手段为埋地管道防腐层检测仪或者管线探测定位仪，其最大功率输出为150W、最大电流输出为3A，然而因为现场环境问题，真实的信号输出远远达不到最优效果，特别是对于大埋深及穿越管段的检测效果更差，究其原因主要是较弱的信号在穿越较深土层时强度受到了极大的削弱，甚至都无法传输至地表。

1.1 管道定位困难

无论是进口还是国产的带有管道定位功能的设备，主要管道定位模式分为两种方法：峰值定位法、谷值定位法。峰值定位法是通过水平线圈接收由管道所产生的磁场的水平分量，在通过两个线圈的差值计算，在一定程度上去除干扰信号，从而在信号最强的地方就是管道的位置（如图1所示）；谷值定位法是通过竖直线圈接收由管道所产生的磁场的垂直分量，在信号最弱的地方就是管道的位置，同时配合双向导向箭头，可以更加快速的定位管道位置（如图2所示）。

图1 峰值定位法）

图2 谷值定位法

然而，针对于大埋深及穿越管段，发射机所产生的的检测信号无法有效传播到地面，导致峰值定位法可能定位出一个疑似的区域，谷值定位法可能只指向一个方向，所以无法完成管道定位工作。

1.2 管道埋深测量误差大

针对于埋地管道的埋深计算，主要计算的方法为，通过接收机两个水平线圈的信号差值，通过已知参数计算未知埋深数值（如图3所示）。但是因为传输到地表的信号极弱，如果再计算两个线圈之间的信号差值，其实所得结果已经微乎其微了，导致计算出的结果波动区间很大，即使波动较小，所得的数值也是误差极大的。

图3 埋深计算示意图

1.3 等效电流无法有效读取

针对于埋地管道的等效电流的计算，主要计算的方法为，通过接收机两个水平线圈的磁通量，通过已知参数计算等效电流值（如图4所示）。导致等效电流无法有效读取的原因与埋深误差大的原因一致，主要是在弱信号前提下无法再进行信号差值有效计算。

图4 等效电流计算示意图

2 增强信号新思路

目前常规的检测设备发射机最大输出3A，可以研发一款发射机可以实现单台也可以实现大功率输出。同时可以通过卫星同步技术实现多台发射机，施加以更加有效的信号施加模式，极大的增强信号输出。

2.1 单台发射机信号增强

常规的防腐层检测仪发射机主要是通过调压、调频来实现恒流源输出，最大输出电压为100V，此种处理方式在特殊情况下并不能有效施加信号，最新研发的大功率发射机可以实现7A输出，极大增强了信号输出（如图5所示）。

图5 大功率发射机结构图

2.2 发射机信号卫星同步

常规的发射机用于管道输出的电流频率为128Hz和640Hz，如果在短距离内施加两台以上发射机会导致信号相位错乱。应用卫星同步技术，可以实现两台或多台信号相位重合，以达到信号叠加增强的作用（如图6所示）。

图6 卫星同步示意图

2.3 更加有效的信号施加方案

发射机施加信号一般采用单边检测或者双边检测，而卫星同步发射机施加信号则需要特定的模式。同步模式是指使用多台发射机为检测段同时施加电流信号，发射机之间通过卫星授时功能达到施加信号的同步，从而加强管道中的检测信号。同步模式可以选择在检测段的同一位置为其施加检测信号，也可以选择在检测段的两端为期施加检测信号。同步模式不仅仅局限于两台发射机同时为检测段加载信号，多台发射机同时为检测段加载信号时，现场检测人员可以根据现场情况及检测信号施加效果选择发射机与管道连接的位置。但使用同步模式加载信号时注意信号连接线的极性，这是同步模式与一般模式信号施加方式的最大区别，需要现场检测人员特别注意。

（1）双侧同步模式

图7为双侧同步模式发射机连接示意图，G1/G2表示地极，T1/T2表示发射机，TP1/TP2表示测试桩，GPS1/GPS2表示卫星天线。双侧同步模式是指将多台发射机分别放置在管道的两端测试桩位置为检测段施加检测信号。要求将发射机全部连接卫星天线，并开启同步模式，此时发射机才会对管道施加电流信号，并产生叠加效果。如图所示如果TP1测试桩位置发射机绿色信号输出线接管道，黄色信号输出线接地极，TP2测试桩发射机绿色信号输出线接地极，黄色信号输出线接管道（如图7所示）。TP1和TP2两处测试桩发射机信号输出线与管道和地极的连接线序必须相反，否则两台发射机的输出电流将产生相互抵消的效果，使得目标管道上的检测信号呈减弱状态。此外在现场检测时需注意，所有发射机均需在卫星连接成功时才有输出，需确保设备搜索卫星信号成功；

图7 双侧同步模式示意图

（2）同侧同步模式

图8为同侧同步模式连接示意图，G1/G2表示地极，T1/T2表示发射机，TP1/TP2表示测试桩，GPS1/GPS2表示卫星天线。同侧同步模式是指将多台发射机放置在检测段的同一测试桩位置，要求将发射机全部连接卫星天线，并开启同步模式，此时发射机才会对管道施加电流信号，并产生叠加效果（如图8所示）。发射机绿色输出线接管道，黄色接输出线地极。发射机信号输出线管道和地极的连接线序必须相同，否则两台发射机的输出电流将产生相互抵消的效果，使得目标管道上的检测信号呈减弱状态。

图8 双侧同步模式示意图

3 结语

常规的发射机无法实现有效信号的施加，通过卫星授时同步多台大功率发射机，可以实现检测信号叠加增强信号强度，提高信噪比，可以更加有效完成管道检测工作。