信號增強技術(shù)在超深管道檢測中的重要性

鐘曉松 楊曉凱 李祥明 孫國寧 徐棟棟 史海波

（中石化勝利油田海洋采油廠，山東 東營 257537）

1 常規(guī)技術(shù)的局限性

目前國內(nèi)乃至國際埋地管道檢測行業(yè)，針對埋地管道定位和評估的常用檢測手段為埋地管道防腐層檢測儀或者管線探測定位儀，其最大功率輸出為150W、最大電流輸出為3A，然而因為現(xiàn)場環(huán)境問題，真實的信號輸出遠遠達不到最優(yōu)效果，特別是對于大埋深及穿越管段的檢測效果更差，究其原因主要是較弱的信號在穿越較深土層時強度受到了極大的削弱，甚至都無法傳輸至地表。

1.1 管道定位困難

無論是進口還是國產(chǎn)的帶有管道定位功能的設(shè)備，主要管道定位模式分為兩種方法：峰值定位法、谷值定位法。峰值定位法是通過水平線圈接收由管道所產(chǎn)生的磁場的水平分量，在通過兩個線圈的差值計算，在一定程度上去除干擾信號，從而在信號最強的地方就是管道的位置（如圖1所示）；谷值定位法是通過豎直線圈接收由管道所產(chǎn)生的磁場的垂直分量，在信號最弱的地方就是管道的位置，同時配合雙向?qū)蚣^，可以更加快速的定位管道位置（如圖2所示）。

圖1 峰值定位法）

圖2 谷值定位法

然而，針對于大埋深及穿越管段，發(fā)射機所產(chǎn)生的的檢測信號無法有效傳播到地面，導(dǎo)致峰值定位法可能定位出一個疑似的區(qū)域，谷值定位法可能只指向一個方向，所以無法完成管道定位工作。

1.2 管道埋深測量誤差大

針對于埋地管道的埋深計算，主要計算的方法為，通過接收機兩個水平線圈的信號差值，通過已知參數(shù)計算未知埋深數(shù)值（如圖3所示）。但是因為傳輸?shù)降乇淼男盘枠O弱，如果再計算兩個線圈之間的信號差值，其實所得結(jié)果已經(jīng)微乎其微了，導(dǎo)致計算出的結(jié)果波動區(qū)間很大，即使波動較小，所得的數(shù)值也是誤差極大的。

圖3 埋深計算示意圖

1.3 等效電流無法有效讀取

針對于埋地管道的等效電流的計算，主要計算的方法為，通過接收機兩個水平線圈的磁通量，通過已知參數(shù)計算等效電流值（如圖4所示）。導(dǎo)致等效電流無法有效讀取的原因與埋深誤差大的原因一致，主要是在弱信號前提下無法再進行信號差值有效計算。

圖4 等效電流計算示意圖

2 增強信號新思路

目前常規(guī)的檢測設(shè)備發(fā)射機最大輸出3A，可以研發(fā)一款發(fā)射機可以實現(xiàn)單臺也可以實現(xiàn)大功率輸出。同時可以通過衛(wèi)星同步技術(shù)實現(xiàn)多臺發(fā)射機，施加以更加有效的信號施加模式，極大的增強信號輸出。

2.1 單臺發(fā)射機信號增強

常規(guī)的防腐層檢測儀發(fā)射機主要是通過調(diào)壓、調(diào)頻來實現(xiàn)恒流源輸出，最大輸出電壓為100V，此種處理方式在特殊情況下并不能有效施加信號，最新研發(fā)的大功率發(fā)射機可以實現(xiàn)7A輸出，極大增強了信號輸出（如圖5所示）。

圖5 大功率發(fā)射機結(jié)構(gòu)圖

2.2 發(fā)射機信號衛(wèi)星同步

常規(guī)的發(fā)射機用于管道輸出的電流頻率為128Hz和640Hz，如果在短距離內(nèi)施加兩臺以上發(fā)射機會導(dǎo)致信號相位錯亂。應(yīng)用衛(wèi)星同步技術(shù)，可以實現(xiàn)兩臺或多臺信號相位重合，以達到信號疊加增強的作用（如圖6所示）。

圖6 衛(wèi)星同步示意圖

2.3 更加有效的信號施加方案

發(fā)射機施加信號一般采用單邊檢測或者雙邊檢測，而衛(wèi)星同步發(fā)射機施加信號則需要特定的模式。同步模式是指使用多臺發(fā)射機為檢測段同時施加電流信號，發(fā)射機之間通過衛(wèi)星授時功能達到施加信號的同步，從而加強管道中的檢測信號。同步模式可以選擇在檢測段的同一位置為其施加檢測信號，也可以選擇在檢測段的兩端為期施加檢測信號。同步模式不僅僅局限于兩臺發(fā)射機同時為檢測段加載信號，多臺發(fā)射機同時為檢測段加載信號時，現(xiàn)場檢測人員可以根據(jù)現(xiàn)場情況及檢測信號施加效果選擇發(fā)射機與管道連接的位置。但使用同步模式加載信號時注意信號連接線的極性，這是同步模式與一般模式信號施加方式的最大區(qū)別，需要現(xiàn)場檢測人員特別注意。

（1）雙側(cè)同步模式

圖7為雙側(cè)同步模式發(fā)射機連接示意圖，G1/G2表示地極，T1/T2表示發(fā)射機，TP1/TP2表示測試樁，GPS1/GPS2表示衛(wèi)星天線。雙側(cè)同步模式是指將多臺發(fā)射機分別放置在管道的兩端測試樁位置為檢測段施加檢測信號。要求將發(fā)射機全部連接衛(wèi)星天線，并開啟同步模式，此時發(fā)射機才會對管道施加電流信號，并產(chǎn)生疊加效果。如圖所示如果TP1測試樁位置發(fā)射機綠色信號輸出線接管道，黃色信號輸出線接地極，TP2測試樁發(fā)射機綠色信號輸出線接地極，黃色信號輸出線接管道（如圖7所示）。TP1和TP2兩處測試樁發(fā)射機信號輸出線與管道和地極的連接線序必須相反，否則兩臺發(fā)射機的輸出電流將產(chǎn)生相互抵消的效果，使得目標管道上的檢測信號呈減弱狀態(tài)。此外在現(xiàn)場檢測時需注意，所有發(fā)射機均需在衛(wèi)星連接成功時才有輸出，需確保設(shè)備搜索衛(wèi)星信號成功；

圖7 雙側(cè)同步模式示意圖

（2）同側(cè)同步模式

圖8為同側(cè)同步模式連接示意圖，G1/G2表示地極，T1/T2表示發(fā)射機，TP1/TP2表示測試樁，GPS1/GPS2表示衛(wèi)星天線。同側(cè)同步模式是指將多臺發(fā)射機放置在檢測段的同一測試樁位置，要求將發(fā)射機全部連接衛(wèi)星天線，并開啟同步模式，此時發(fā)射機才會對管道施加電流信號，并產(chǎn)生疊加效果（如圖8所示）。發(fā)射機綠色輸出線接管道，黃色接輸出線地極。發(fā)射機信號輸出線管道和地極的連接線序必須相同，否則兩臺發(fā)射機的輸出電流將產(chǎn)生相互抵消的效果，使得目標管道上的檢測信號呈減弱狀態(tài)。

圖8 雙側(cè)同步模式示意圖

3 結(jié)語

常規(guī)的發(fā)射機無法實現(xiàn)有效信號的施加，通過衛(wèi)星授時同步多臺大功率發(fā)射機，可以實現(xiàn)檢測信號疊加增強信號強度，提高信噪比，可以更加有效完成管道檢測工作。