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管道研究

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油田小直徑集輸管道內腐蝕檢測器的研制及應用

來(lái)源:《管道保護》雜志 作者:董曉煥 時(shí)間:2019-3-22 閱讀:

董曉煥1,2

1.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國家工程實(shí)驗室; 2.長(cháng)慶油田分公司油氣工藝研究院



摘 要:長(cháng)慶油田管道失效破漏主要發(fā)生在φ 89 mm以下的出油管道和集油管道,主要破壞形式為腐蝕穿孔,內腐蝕嚴重,迫切需要開(kāi)發(fā)出判斷內腐蝕缺陷狀況并使之量化的管道完整性檢測工具;陔姶艤u流技術(shù)研制出適合φ 89 mm管徑集輸管道內腐蝕檢測器,并在油田集輸管線(xiàn)內腐蝕檢測中得到應用。

 

長(cháng) 慶 油 田 擁 有 各 類(lèi) 管 道 5 萬(wàn) 余 公 里 , 其 中φ 114 mm以下集輸管道約3.2萬(wàn)公里。原油集輸管道主要采用20 #無(wú)縫鋼管,隨管徑不同管壁厚度3.5~4.5 mm變化。管道外防腐采用環(huán)氧煤瀝青或環(huán)氧粉末涂層,可保障管道正常運行,內防腐基本未實(shí)施,導致管道內腐蝕嚴重,穿孔頻繁。從穿孔次數看,出油管道腐蝕穿孔次數最多;從穿孔頻次看,采出水管道頻次最高,其次是清水管道和出油管道。為掌握管道內腐蝕狀況,技術(shù)人員在調研漏磁通型、超聲波型、渦流型、電磁聲波型管道檢測技術(shù)的基礎上,著(zhù)手開(kāi)發(fā)出φ89 mm以下管徑的內腐蝕檢測器,并取得了一定的應用效果。


1 內腐蝕檢測器的研制

管道內腐蝕檢測器包括裝置定位器、萬(wàn)向節、定位電池組、探頭電池組、電磁發(fā)射與渦流檢測裝置、速度控制板、電路控制和數據存儲裝置、裝置位置接收器、里程計數輪和驅動(dòng)皮碗幾個(gè)功能組件,整機結構如圖 1所示。

為適應油田管道敷設起伏較大的特殊性,需要解決以下幾個(gè)方面的難題。

(1)檢測探頭尺寸和直徑。

(2)定位探頭。

(3)檢測電路板。

(4)里程輪結構。

(5)密封和耐壓設計。

1.1 內腐蝕檢測方法的選擇

調研國內外成熟的幾種無(wú)損檢測技術(shù),從檢測原理、檢測方式、適用環(huán)境、可集成性等多方面綜合考慮,比較分析見(jiàn)表 1。其中電磁渦流檢測技術(shù)適用于檢測零件表面的裂紋和坑型缺陷,不需要耦合,對管道內環(huán)境要求較低;渦流不受傳感器尺寸限制,可以小型化,最小可達到40 mm管徑。確定以渦流檢測技術(shù)為基礎進(jìn)行整機結構設計,同時(shí)優(yōu)化檢測探頭設計,保證檢測的準確度和靈敏度。

1.2 檢測器整機設計

考慮到檢測儀器使用的環(huán)境:高壓水、管道內部臟污等,所有金屬部件均采用不銹鋼材料,對一些特殊部件采用更輕的鈦合金材料。

檢測器所采用的皮碗尺寸和規格、以及材料的柔韌度都不同于大口徑的,均需要特殊定制加工,要通過(guò)一系列試驗進(jìn)行優(yōu)選。

通過(guò)調整整機結構設計,對檢測器整機進(jìn)行三維模擬試驗,證實(shí)可以通過(guò)1.5 D的彎頭。

1.3 檢測探頭的設計

渦流探頭采用近場(chǎng)電磁檢測原理制作而成,在電路的設計上充分考慮和探頭的良好電氣匹配。探頭結構原理見(jiàn)圖 2。

1.4 防水、密封和耐壓型設計

檢測器的工作環(huán)境是油田在役管線(xiàn),內有水、原油等介質(zhì),同時(shí)檢測器是依靠水或者原油作為推動(dòng)動(dòng)力,因此檢測器必須防水和耐壓。檢測器的耐壓要求是10 MPa。為達到更好的防水和密封效果,對每個(gè)單節均用專(zhuān)用的電路絕緣和灌封材料進(jìn)行了灌封處理。

1.5 檢測器定位設計

目前市場(chǎng)上有成熟的管道檢測器定位系統,但是探頭體積都比較大,經(jīng)過(guò)研究試制出了可以滿(mǎn)足要求的定位探頭,可檢測埋深2 m內的管道,定位范圍2 m左右。

1.6 里程計設計

考慮到檢測器輪子可能打滑,所以采用三個(gè)里程輪進(jìn)行同步計量,通過(guò)一定的算法可以大大提高定位精度,能夠滿(mǎn)足定位要求。

1.7 柔性連接設計

優(yōu)選采用不銹鋼彈簧連接方式,確保檢測器實(shí)現柔性連接,能夠自由順暢的通過(guò)1.5 D的彎頭,保證整機強度,以應對高壓水流推動(dòng)。見(jiàn)圖 3。

1.8 阻力皮碗設計

阻力皮碗既要保證有一定的強度和密封性,又要防止阻力太大造成推動(dòng)不均勻、不順暢,影響檢測器在管道中的勻速行進(jìn)。經(jīng)過(guò)大量試驗反復修改皮碗幾何尺寸等參數,最終優(yōu)化確定最合理的尺寸參數,確保檢測器在管道中的通過(guò)性。皮碗安裝示意見(jiàn)圖 4。

        

1.9 檢測電路設計

檢測器電路設計流程見(jiàn)圖 5。

1.10 檢測數據的分析和處理軟件

檢測器在工作中,存在干擾和本身的電磁干擾,實(shí)際檢測出來(lái)的數據存在大量的噪聲,這些噪聲如果不被剔除,就有可能將有用信號淹沒(méi)而無(wú)法顯示判斷 缺陷的波形,需要開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的數據分析和處理軟件,數據圖形界面見(jiàn)圖 6。


2 全尺寸模擬試驗管道檢測

室外建立了1條全尺寸模擬試驗管道,增加4個(gè)1.5 D的彎管,設置一段模擬缺陷樣管段進(jìn)行檢測試驗。

模擬試驗管道直徑φ89×4.5 mm;長(cháng)度20 m;彎頭曲率1.5 D。

檢測器參數:激勵電壓5 V;激勵電流400 mA;激勵頻率50 kHZ;采樣率300次/s;行走速度0.5 m/s。

2.1 缺陷特征曲線(xiàn)圖譜建立

通過(guò)反復試驗,建立不同缺陷類(lèi)型(外刻槽、通孔、盲孔等)的特征曲線(xiàn)圖譜。部分缺陷特征曲線(xiàn)圖譜見(jiàn)圖 7。

2.2 主要技術(shù)參數

檢測管直徑: φ114 ~89 mm;

工作速度: ≤30 m/min;

管壁厚度界限: 3~7 mm;

管壁厚度檢測精度: ≤0.4 mm;耐壓: ≥10 MPa 。


3 油田現場(chǎng)檢測試驗


選擇采油十一廠(chǎng)鎮4增至鎮三轉集油管道800 m管段進(jìn)行檢測試驗,管道基本情況和高程見(jiàn)表 2和 圖 8。檢測結果在123.7 m處,壁厚信號振幅達486,疑似缺陷,見(jiàn)圖 9。

        


4 結論及認識

(1)設計的電磁渦流法檢測器,可用于油田φ89 mm以下管道的內腐蝕檢測,為小直徑管道內腐蝕檢測提供了有益的探索和借鑒。

(2)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計后的檢測器結構基本能夠滿(mǎn)足管道內部通過(guò)性要求,可順暢和自如的通過(guò)1.5 D的彎頭,不會(huì )存在卡阻異常。

(3)需要大量現場(chǎng)試驗,摸索管道內腐蝕的典型特征曲線(xiàn),為后續檢測數據計算機自動(dòng)分析和解釋打下基礎。

 

作者:董曉煥, 女, 1971年生, 2004年7月畢業(yè)于西安石油大學(xué),碩士,高級工程師,主要從事油氣田防腐研究工作。

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