水下無接觸式磁力檢測技術在海管機械管卡維修中的應用

郭建東 任躍龍 徐永杰

（1. 中海石油（中國）有限公司秦皇島32-6作業公司，天津 300452；2. 中海油深圳海洋工程技術服務有限公司，天津 300452；3. 中海油（天津）管道工程技術有限公司，天津 300452）

0 引言

某8寸海管2022年漏磁內檢測共檢測到深度≥10%壁厚的金屬損失點31661處，包含腐蝕缺陷31649處，制造缺陷12處。其中，內部金屬損失點最大深度為54%，位于管道2048,61m。結合海管路由勘察數據和內檢測數據，推算出54%的內部金屬損失點大概坐標位置，利用水下無接觸式磁力檢測技術以推算坐標為參考點對海管進行內部金屬損失點進行準確定位，開展海管機械管卡維修工作。

1 水下無接觸式磁力檢測技術

水下無接觸式磁力檢測技術采用水下機器人搭載無接觸式掃描力計進行水下作業。通過定位系統對海底管道進行測量，對海底管道內外金屬損失、幾何變形劃傷等情況進行檢測定位[1]。

該技術利用金屬磁記憶效應來檢測管道應力集中部位的快速無損檢測方法。能夠對金屬損失、凹陷變形等進行診斷，是無損檢測領域的一種新的檢測手段。圖1為水下無接觸式磁力檢測技術原理圖。

圖1 水下無接觸式磁力檢測技術原理圖

2 水下無接觸式磁力檢測技術特點

（1）對管道能夠實現全部檢測；

（2）不影響管道正常輸送介質；

（3）對管道直徑沒有要求，不需要關注介質流速；

（4）不需要清管球收、發裝置；

（5）不需要對管道內外表面進行處理。

3 水下無接觸式磁力檢測技術施工方法

海管外檢測，確定海管走向、裸露、懸空等情況，并對其進行匯總，為磁力檢測檢測提供準確的海管數據，圖2為水下機器人檢測模擬圖。

圖2 水下機器人檢測

磁力檢測作業時，水下機器人系統時間要與磁力計時間保持一致。

（1）采用水下機器人搭載無接觸式掃描磁力計進行水下作業。檢測時對搭載和通訊系統要求：

1）采用的水下機器人能夠搭載MNS系統和水密設備，且有足夠的動力保持姿態和前進速度，圖3為水下機器人搭載MNS系統；

圖3 水下機器人搭載MNS系統

2）電子艙存放MNS系統記錄磁力計探頭掃描的磁場數據，在轉換成ROV支持傳送的485或者232信號。通訊方面至少能提供2個485信號通道，通過臍帶纜傳輸檢測數據以控制及觀測數據保證其有效性和系統工作正常。圖4為MNS系統通訊系統；

圖4 MNS系統通訊系統

（2）攜帶定位系統對海底管道進行測量，查明海底管道內部金屬損失點具體位置。

4 水下無接觸式磁力檢測技術施工程序

4.1 前期資料收集

需要提供和收集的資料主要包括：

（1）管道走向、管道設計報告；

（2）管道工況基本參數、管道內外檢測數據。

4.2 現場檢測

將內檢測數據與路由勘察數據比對，深度54%內部金屬損失點位置大概位于管線1.972km，坐標概位為：（442731.3211，4333391.7147）

用適合海水深度的ROV搭載無接觸式磁力計，以理論推算坐標點為中心延海底管道的軸向方向各掃測500m，來自動記錄海底管道磁場參數，使用USBL水下定位系統對管道磁異常段進行定位[2]，不需任何接觸或磁化或改變管道運行狀態。

5 水下無接觸式磁力檢測技術結果

某8寸海管腐蝕隱患段前后500m，共計1km，KP1.5-KP2.5段進行掃測未發現磁異常點，在重點區域KP1.9-KP2.1共200m段進行有效檢測四次。四次檢測數據對比如表1所示。

表1 重點區域四次檢測對比表

6 海管機械管卡修復

海管該處深度為54%的內腐蝕缺陷點經過內檢測分析位于海管節點焊縫附近，經過經濟性評估，結合海管兩端平臺后續生產改造需求，最終決定采用機械管卡進行修復。

6.1 海管保溫失效及防腐評估

海管內腐蝕缺陷點使用機械管卡修復，需要破壞海管節點保溫涂層，會導致海管保溫層進水，局部保溫失效，并可能會加速海管腐蝕，需要評估海管局部保溫失效對整條管線運行的影響。

6.1.1 海管保溫失效評估

設計單位根據海管運行環境條件、輸送介質流體特性及運行輸量、管道長度及規格等基礎參數，建立管道局部保溫失效穩態水力熱力計算模型，并結合管道的典型年配產數據，對管道正常保溫和局部保溫失效兩種狀態進行水力熱力計算，如表2和表3所示。發現因機械管卡維修造成的局部保溫失效對管道的水力熱力操作參數影響并不明顯，不存在因管線局部保溫失效所造成的管道起輸壓力明顯上升和出口溫度明顯下降，即對管道的安全輸送不會造成影響。

表2 混輸管道正常保溫的水力熱力計算結果

從表2、表3對比結果可以看出，使用機械管卡修復時，混輸管道發生局部保溫失效時的管道出口溫度較正常保溫時的出口溫度沒有發生明顯變化。

6.1.2 海管防腐評估

對于保溫層下腐蝕（CUI）的發生機理，通常認為水分的出現是最根本原因。保溫層與管道基體表面的溫差是CUI速率的決定因素[3]，當保溫層損壞時會引起水氣侵入而引起保溫層下腐蝕（CUI）。帶有保溫層的管道的使用壽命與CUI有很大的關系，CUI的隱蔽性、高危害性已經給油田的生產運營帶來了嚴重的安全問題和經濟問題。

根據DNVGL-RP-F103，陽極布置可以達到一個最大的極限，其計算公式為：

其中L為：

計算出的長度為導管架陽極能保護的最大長度。即當海管的長度低于該L值使，海管可以利用導管架上的陽極進行保護，同時海管與平臺之間不設置絕緣墊片，海管的陰極保護獲得導管架上的保護電流。

經計算L=1429m小于海管金屬損失點到導管架陽極的距離（1974m）。導管架陽極不能對海管金屬損失點進行有效的防腐保護。根據評估情況額外增加陽極，在修復使用的機械管卡上可以放置陽極，也可以在海管上增加犧牲陽極，增加陽極量大于等于10Kg。確保陽極與海管保持電連接，利用陽極對剝離的海管進行陰極保護。

6.2 機械管卡的適應性改造

經過海管保溫失效及防腐評估分析，海管保溫層進水會加速海管的CUI腐蝕。按照機械管卡原始廠家設計尺寸進行安裝，將會破壞管端防水帽，導致海管進水，加速海管外腐蝕。

現場施工時經過測量，兩側防水帽端頭間距960mm，機械管卡原設計長度884mm，金屬損失點距離焊縫185mm，為了將金屬損失點包覆在機械管卡內腔內，需要將機械管卡偏右側安裝，將會破壞海管右側的防水帽，導致海管進水。圖5為海管節點設計尺寸圖。

圖5 海管節點設計尺寸

機械管卡頂緊法蘭螺栓更換為長度140mm。綜合現場測量數據，經過施工現場研判及機械管卡配件的調整，海管節點長度滿足機械管卡安裝要求，無需清理海管保溫層及配重層，減少了涂層清理時間和海管防腐時間，同時提高了海上施工的連續性，提高了功效。圖6為機械管卡頂緊法蘭螺栓長度調整前后對比圖。圖7為機械管卡修復安裝示意圖。

圖6 機械管卡頂緊法蘭螺栓長度調整前后

圖7 機械管卡修復安裝示意圖

7 結語

近年來，隨著海管內檢測規范開展，對海管進行定期“體檢”，制定作業者能夠對海管內腐蝕進行有效干預，降低海管腐蝕速率，增長海管運行壽命。同時，針對腐蝕較為嚴重，腐蝕速率較快的點狀位置多采用機械管卡修復，針對腐蝕點較為集中的管段多采用局部海管更換的方式進行修復[4]。機械管卡修復已成為一種常態化的修復方式，本文以實際工程項目應用為出發點，使用新型腐蝕點查找工藝，結合海管防腐需要對機械管卡結構進行相應調整，使得機械管卡修復工藝更精確、更高效。