元壩氣田埋地柔性鋼骨架復合管非開挖檢測分析

曾德智 袁海富 孫天禮 何歡 朱國 杜友如

1.油氣藏及地質開發工程國家重點實驗室·西南石油大學 2.中國石化西南油氣分公司采氣二廠 3.四川吉石科技有限公司

管道作為一種壓力容器被廣泛應用于石油行業，惡劣的地質環境會破壞管道防腐層，進而可能導致管道腐蝕破損[1-4]。為確保管道能夠長期安全運行，須對管道的防腐層破損情況進行及時有效的檢查。常用的射線檢測、電火花檢測、聲波檢測等無損檢測方法只能檢測已開挖管道[5-7]，經濟性較差，且易在開挖過程中對管道造成人為損傷。因此，在埋地管道的無損檢測中，非開挖檢測技術更為適用[8-9]。NoPig檢測技術通過分析施加在金屬管道兩端的多成分諧波電流與管道上方磁場各同譜分量的比值來確定管道壁厚變化[10]。弱磁技術通過鐵磁管道異常部位引起的磁變化來確定缺陷部位[11-14]。直流電位梯度法(DCVG)依據不同介質電阻率不同的原理，通過檢測金屬埋地管道電壓場梯度變化的方法確定防腐層破損點[15-16]。非開挖檢測技術在金屬埋地管的無損檢測中應用效果顯著，但該技術在埋地柔性鋼骨架復合管無損檢測中鮮有報道。

元壩氣田污水具有高含硫、中含CO2的特點，污水管線材質采用耐蝕的柔性鋼骨架復合管[17-18]。針對元壩氣田污水管線的實際工況，使用基于交流電位梯度法的PCM+管道電流測繪儀和RTK-GPS測量儀，在無開挖的條件下對柔性鋼骨架復合管防腐層破損點精準定位，采用科學手段對管道進行修復和維護。

1 埋地柔性鋼骨架復合管非開挖檢測方法

1.1 技術原理

如圖1所示，信號電流從破損點處流出，導致信號電流大小會由逐漸衰減變為突然增大，并形成以破損點為中心的球形電場，通過在地面檢測該電位場的電位梯度，可確定出破損點位置[19]。根據上述原理，采用PCM+管道電流測繪儀對柔性鋼骨架復合管進行無損檢測。

1.2 破損等級判定

對于防腐層破損點漏損程度，參照GB 32167-2015《油氣輸送管道完整性管理規范》對漏損程度進行分級(分級信息見表1)，同時可根據現場開挖檢測情況調整破損點電位梯度值(dB值)進行分級和制定處理計劃。

表1 防腐層破損點分級等級防腐層漏損點dB值建議方法一級(極輕微)<30監控使用二級(輕微)30≤dB<40監控使用三級(較嚴重)40≤dB<55計劃維修四級(嚴重)≥55立即維修

2 應用實例

2.1 管道概況

本次檢測的是元壩氣田埋地管道YB05至YB05-1管段，被檢測管段用于站外污水輸送管線，總長2 398 m，直徑為DN80，設計壓力等級為5.5 MPa，輸送污水介質pH值為6.83，其他污水介質成分見表2。

表2 污水介質成分表ρ/(mg·L-1)項目質量濃度項目質量濃度硫化物1 988HCO-33 299礦化度47 415K++Na+14 733Cl-26 045Ca2+2 214SO2-4120Mg2+1 004

2.2 檢測過程

元壩地區柔性鋼骨架復合管非開挖無損檢測流程如圖2所示，通過管道電流測繪儀和RTK-GPS測量儀對污水管進行定位，采用交流電位梯度法檢測管道防腐層是否存在破損，進而再次利用RTK-GPS測量儀對破損點進行精確定位，最后對破損點管段進行開挖驗證及修復，并恢復開挖處地貌。

由于元壩氣田污水管道的特殊情況對儀器施加的電流信號存在干擾或傳輸距離太短等問題，本次采用“雙頭接地法”(見圖3(a))及“閉合回路法”(見圖3(b))，發射機對污水管線加設460 Hz的電信號，以達到克服客觀干擾的目的。

采用RD8000接收機與交流電位差測量儀(A字架)測量管線上方的dB值和土壤中的CP電流方向來確定管線破損程度和精確位置。如圖4所示，檢測時A字架須沿管道正上方平行測試，并且在破損點前后、左右進行地表電位梯度測試。測得的防腐層破損點的dB值為被檢測埋地管段dB值發生突變時讀取到的最大值。

在查找到破損點后，利用RTK-GPS測量儀對破損點進行準確定位，并將破損點GPS坐標錄入原始檢測記錄。

2.3 檢測結果

被檢管段共檢測出5處防腐層破損點，如圖5所示。5處防腐層均有不同程度損傷，破損情況可分為接頭處未防腐和施工劃傷。

表3為YB05至YB05-1埋地柔性鋼骨架復合管道采用PCM+管道電流測繪儀與RTK接收機進行非開挖無損檢測后的統計記錄。

表3 管道防腐層破損點記錄序號相對位置埋深/mdB值受損等級與建議坐標(X、Y、Z)/m地形地貌P0閥井旁接頭2.070嚴重立即維修X:26 005.828Y:9 882.928Z:629.433玉米地P1水保下方2.180嚴重立即維修X:26 025.933Y:9 821.042Z:609.355旱地

續表3序號相對位置埋深/mdB值受損等級與建議坐標(X、Y、Z)/m地形地貌P2彎頭2.7070嚴重立即維修X:25 970.531Y:9 960.562Z:627.530荒地P3堡坎下方1.0046輕微重點監控X:26 037.864Y:9 784.854Z:597.713旱地P4菜地0.9554中等計劃維修X:26 018.775Y:9 045.631Z: 625.871菜地

2.4 開挖檢驗

被檢測出的各破損點開挖驗證的防腐層詳細信息如圖6(a)～圖6(e)所示。從圖6可知：各破損點的防腐層破損程度不一，各點均存在不同程度的安全隱患。其中，P0處防腐層破損，有漏鐵現象，閥井內部管道為裸管無防腐層，管體被澆筑在閥井墻體內，閥井內有積水漫過管道；P1處防腐層嚴重破損，有漏鐵現象；P2處防腐層有脫離現象，但未漏鐵；P3處防腐層輕微破損，未漏鐵；P4處防腐層輕微破損拉傷，傷痕較長(1.5 m)，局部疑似漏鐵。開挖驗證發現，P0、P1、P2處均存在嚴重隱患，P3、P4處均存在較嚴重隱患，各破損點破損程度與檢測出的dB值所對應的隱患等級吻合。

開挖驗證結果表明，各檢測點均存在防腐層破損或接頭處防腐性能不合格的情況，建議破損部位采用黏彈體與冷纏帶結合的方法對防腐層進行修復，修護后使用電火花檢測法檢測防腐層是否完整。針對開挖驗證后的管道情況，提出以下建議：

(1) 強化接頭處防腐材料的性能，接頭處施工完成后使用電火花檢測法檢測是否存在缺陷。

(2) 參照GB 50369-2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規范》，在管道敷設與回填程中使用的細土顆粒直徑應小于20 mm，以免對管體造成損傷。

(3) 明確管道具體埋深，以免開挖過度對管體造成損傷。

3 結論

(1) 提出了針對元壩氣田污水輸送用柔性鋼骨架復合管的非開挖無損檢測方法，利用PCM及管道電流測繪儀測量管道中電流衰減梯度的變化，對管道防腐層的破損情況進行了識別，通過RTK-GPS測量儀對破損點進行準確定位。

(2) 形成了一套埋地柔性鋼骨架復合管在非開挖條件下的無損檢測流程，實現了元壩氣田YB05至YB05-1管段破損點的檢測，檢測結果與開挖檢驗結果吻合度為100%，說明該檢測方法及流程具有較好的適用性，可為解決同類工程問題提供借鑒。

(3) 檢測發現柔性鋼骨架復合管的破損原因主要為施工劃傷和接頭防腐性能不佳，建議強化接頭處的防腐處理工藝，管道鋪設與回填時使用的細土顆粒直徑應小于20 mm。