顏芳蕤，張彥龍，季宏，韓瑤，吳鵬，施長慶

中國石油冀東油田公司，河北唐山063200

南堡1-3人工島外輸海底管道內(nèi)檢測實踐與思考

顏芳蕤，張彥龍，季宏，韓瑤，吳鵬，施長慶

中國石油冀東油田公司，河北唐山063200

冀東油田南堡1-3人工島外輸海底管道是中石油海底管道中成功實施內(nèi)檢測的首例。通過對管道內(nèi)檢測技術(shù)對比分析，結(jié)合管道結(jié)構(gòu)及運行情況，確認漏磁檢測作為南堡1-3人工島外輸海底管道內(nèi)檢測的主要技術(shù)及方法。海底管道內(nèi)檢測風險極高，因此檢測前進行了大量的準備工作并編制了較為完善的檢測方案。檢測過程中根據(jù)實際情況不斷優(yōu)化調(diào)整實施方案和管道運行工況，最終海底管道內(nèi)檢測順利完成，檢測數(shù)據(jù)全部有效。此次海管內(nèi)檢測現(xiàn)場實踐對工程設(shè)計完善、管道敷設(shè)施工、后續(xù)海底管道檢測具有指導和借鑒作用。

海底管道；漏磁檢測；方案設(shè)計；現(xiàn)場實踐

海底管道內(nèi)檢測不同于陸地管道內(nèi)檢測，受管道自身結(jié)構(gòu)及敷設(shè)環(huán)境的影響，存在檢測器爬坡高度大，清管器難以追蹤，卡球后的改造施工難度大、費用高等特點。海底管道內(nèi)檢測風險極高。隨著管道服役期的增加，管輸介質(zhì)腐蝕影響，加上管材制造可能存在質(zhì)量問題，一旦發(fā)生腐蝕穿孔或裂紋，就會危及海洋生態(tài)環(huán)境，后續(xù)賠償費用不可估量，并且易造成惡劣的社會影響。為保障管道運行安全，對海底管道實施在線檢測勢在必行。

1 管道內(nèi)檢測技術(shù)

管道內(nèi)檢測是使用內(nèi)檢測器從管道內(nèi)部進行的管道檢測，也稱為智能清管。內(nèi)檢測技術(shù)主要是基于無損檢測理論發(fā)展起來的，隨著計算機、自動化以及數(shù)字處理技術(shù)的快速發(fā)展，管道檢測器的可靠性和檢測效率得到了技術(shù)保障，使得管道檢測儀器在促進管道安全運行、減少事故造成的危害和損失方面發(fā)揮了重要作用。目前，在國際上應用較為成熟的管道內(nèi)檢測技術(shù)有漏磁檢測、超聲波檢測和遠場渦流檢測等。

1.1 各種檢測器的適用條件

漏磁檢測和遠場渦流檢測的檢測原理相近，超聲波檢測原理與前兩者存在區(qū)別，三種內(nèi)檢測器的適用條件、適用管道和檢測精度有相近之處，也存在區(qū)別。三種內(nèi)檢測器適用條件如表1所示。

1.2 海管內(nèi)檢測器選擇

南堡1-3人工島外輸海底管道管輸介質(zhì)為油、氣、水三相混合物，管道結(jié)構(gòu)為雙層管，材質(zhì)均為直縫電阻焊鋼管，夾層間為聚氨酯泡沫保溫層。根據(jù)檢測器的適用條件，為提高檢測精度、滿足管道運行及管輸介質(zhì)要求，南堡1-3人工島外輸海底管道采用漏磁檢測實施在線內(nèi)檢測。

表1 三種內(nèi)檢測器適用條件列表

1.3 漏磁檢測（MFL）

管道漏磁檢測是利用磁鐵在管壁上產(chǎn)生縱向回路磁場的原理，在線探測新建管道和在役管道內(nèi)外壁的腐蝕、外創(chuàng)、焊縫中存在的金屬損失、裂紋等缺陷，并記錄缺陷的精確位置，檢測器自身攜帶的磁鐵將檢測器通過的局部管壁飽和磁化，在管壁的全圓周上形成磁回路。如果管內(nèi)壁或外壁有缺陷，管壁內(nèi)的磁力線將圍著缺陷重新分布，一部分磁力線泄漏出來，進入到周圍介質(zhì)，被傳感器檢測記錄，如圖1所示。

圖1 漏磁檢測原理示意

2 海管內(nèi)檢測實施方案

南堡1-3人工島外輸海底管道位于渤海灣咀東淺海區(qū)，投產(chǎn)于2009年，投運時間較長，為全面掌握管道變形和腐蝕情況，保障海底管道安全運行，預防管道檢測過程中出現(xiàn)卡球事故，制訂了切實可行的檢測方案及應急措施，為海管內(nèi)檢測工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。

2.1 管道基本情況

南堡1-3人工島外輸海底管道用于將島上所產(chǎn)油氣輸送至南堡1-1人工島。由于漏磁檢測器的通過性能受管道彎管曲率半徑影響，因此對管道的海底部分主要通過竣工圖紙確定彎管情況，對人工島上的陸地部位進行挖掘測量，從而確定全線彎管曲率最小值為2.5倍管徑，位于南堡1-1人工島。南堡1-3人工島發(fā)球筒尺寸為7.6 m，滿足漏磁檢測器的投放要求，南堡1-1人工島原有收球閥，通過帶壓封堵不停產(chǎn)作業(yè)改造為長度為3.98 m的收球筒。管道基本參數(shù)見表2，管道運行參數(shù)見表3。

表2 南堡1-3人工島外輸海底管道基本參數(shù)

表3 南堡1-3人工島外輸海底管道運行參數(shù)

2.2 清管檢測設(shè)備及用途

海管檢測包括管道清管和管道智能檢測。管道清管器主要用于清除管道沉積物、管道內(nèi)壁鐵銹、污垢以及驗證智能檢測器的通過性等；管道智能檢測器用于檢測管道內(nèi)表面的幾何變化情況和管壁腐蝕缺陷情況。南堡1-3人工島外輸海底管道應用的各種清管器和檢測器的性能參數(shù)見表4。

表4 清管檢測器性能參數(shù)

2.3 清管檢測作業(yè)順序

為保障智能檢測器的通過性能及檢測精度，首先應做好管道清管工作，本次清管計劃依次通聚醚裸體泡沫清管器7次、聚氨酯裸體清管器3次、聚氨酯螺旋刷泡沫清管器3次、鋼主體直板除銹清管器1次、鋼主體直板磁性清管器1次、鋼主體皮碗測徑清管器1次，各清管器的清管次數(shù)可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。最后進行智能清管檢測，通智能幾何測徑檢測器和智能漏磁檢測器各1次。

2.4 人員組織及應急保障

海管檢測風險高、難度大，協(xié)調(diào)組織工作繁多，為此成立海管內(nèi)檢測領(lǐng)導小組，負責海管內(nèi)檢測的總體工作，成立現(xiàn)場指揮組，負責海管內(nèi)檢測期間具體組織工作，現(xiàn)場指揮組下設(shè)技術(shù)組、操作組和應急保障組，明確組長、成員以及職責，人員分工及職責全面涵蓋海管內(nèi)檢測的全過程。

針對管道檢測存在的主要風險，如清管檢測、臨邊作業(yè)等危險作業(yè)，制訂了清管器卡堵，泡沫球破損超過允許范圍，人員、設(shè)備落水等應急預案，由應急保障組指揮協(xié)調(diào)應急搶險事故，清管檢測過程一旦發(fā)生生產(chǎn)安全事故，立即啟動應急搶險預案。

3 海管內(nèi)檢測現(xiàn)場實踐

3.1 現(xiàn)場人員安排

現(xiàn)場操作人員包括收、發(fā)球筒的操作人員，投、取球操作人員，清管器跟蹤監(jiān)測人員和運行參數(shù)錄取人員。清管器跟蹤監(jiān)測人員分別位于海管發(fā)球筒、入海棧橋、出海棧橋和海管收球筒處；運行參數(shù)錄取人員分別位于現(xiàn)場和中控室。操作人員數(shù)量安排見表5。

表5 操作人員數(shù)量安排

3.2 檢測過程方案優(yōu)化

現(xiàn)場檢測時，根據(jù)檢測過程實際情況，對通球檢測方案進行了相應調(diào)整。實際通聚醚裸體泡沫清管器2次，較原方案減少5次，主要是由于聚醚裸體泡沫清管器密度較小，受管輸斷塞流影響較大，使第一個清管器完全破碎并進入下游處理系統(tǒng)，第二個清管器僅剩余了部分塊體。聚氨酯裸體清管器不易卡堵、變形率達60%，所以直接改為通聚氨酯裸體清管器。鋼主體直板磁性清管器通球后，測量其前段密封板由原尺寸392 mm減少至365 mm，磨損偏大，增加通鋼主體直板除銹清管器一次，進一步清除管道內(nèi)的雜質(zhì)，有助于下步鋼主體皮碗測徑清管器測徑板真實反映管道內(nèi)部情況。實際通鋼主體皮碗測徑清管器2次，較原方案增加1次。第一個清管器的鋁制測徑板偏薄且后端沒有支撐板，使清管器在通過彎頭或液流沖擊的情況下整體彎曲變形，無法確定管道內(nèi)徑、焊瘤、變形等情況；第二個清管器設(shè)置了支撐板，并增加了測徑板厚度，取球后發(fā)現(xiàn)個別測徑板存在輕微變形，初步判斷為焊縫處焊瘤影響。

3.3 檢測過程運行參數(shù)

清管過程中，初期清管管輸氣量未作調(diào)整，清管速度過快。后期逐步調(diào)整管輸氣量，降低清管風險，提高清管效果，并逐步摸索智能檢測器的運行速度，一般在清管器投入前4 h進行氣量調(diào)整，使清管器運行時流態(tài)趨于穩(wěn)定。智能幾何測徑清管器檢測前，增加終點運行壓力，降低斷塞流對檢測器的影響。智能漏磁檢測器通球前，進一步增加管輸液量，降低斷塞流的影響，以提高檢測數(shù)據(jù)的優(yōu)質(zhì)率及檢測精度。實際清管檢測順序及清管時管道運行參數(shù)見表6。

表6 清管檢測順序及管道運行參數(shù)

3.4 檢測結(jié)果

智能幾何檢測現(xiàn)場報告顯示，管道全線內(nèi)徑無明顯變化（見圖2）。檢測器平均運行速度0.75 m/s，最大運行速度為14 m/s，檢測器處于間歇運行狀態(tài)（見圖3）。檢測器檢測到的最大運行壓力為1.07 MPa（見圖4），隨著檢測器的向前推動，后段持液率升高，沿程摩阻增大，運行壓力升高。海管起、終點現(xiàn)場儀表壓力顯示檢測器在發(fā)球端發(fā)球初期和收球端收球末期均存在壓力波動，前者為克服啟動壓力表現(xiàn)出的壓力升高，后者為檢測器在接近收球端的間歇運行造成水擊現(xiàn)場，表現(xiàn)出明顯的壓力升高，檢測器檢測到的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)占95%（＜4 m/s時）。漏磁檢測現(xiàn)場報告顯示，檢測器平均運行速度0.69 m/s，最大運行速度14.2 m/s，最大運行壓力1.25 MPa，檢測到的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)占93.5%，速度曲線和壓力顯示與智能幾何檢測類似。雖然智能漏磁檢測較智能幾何檢測數(shù)據(jù)優(yōu)質(zhì)率偏低，但是漏磁檢測器的質(zhì)量較智能幾何檢測器大170 kg，運行過程中啟動壓力更大，慣性也更大，更容易在間歇運動的狀態(tài)下出現(xiàn)速度突變，所以漏磁檢測數(shù)據(jù)的高優(yōu)質(zhì)率得益于管道運行參數(shù)的調(diào)整。

圖2 海管全線內(nèi)徑檢測曲線

3.5 創(chuàng)新措施

為了便于投、取球作業(yè)和保護清管檢測器，應用了收球籠、投球桿、移動推車等專用工具。收球筒配備了收球籠，便于管道清管期間回收泡沫清管器，既可以防止破碎的泡沫進入下游生產(chǎn)流程，也可以防止泡沫清管器吸附在收球筒出液管口造成損傷，影響清管器取出后的完好性分析判斷。收球籠應與收球筒大徑筒體的長度和內(nèi)徑相當，保證出液口處開孔面積總和大于管口內(nèi)徑70%以上。投球桿用于起始端投球，投球桿的長度可自動調(diào)節(jié)以適應不同長度的發(fā)球筒，對中扶正裝置也可調(diào)節(jié)以適應不同口徑的發(fā)球筒，配合使用手板葫蘆可輕松將清管檢測器推入發(fā)球筒異徑接頭前端，使密封板和內(nèi)壁緊密貼合，有助于清管檢測器順利發(fā)出。移動推車用于將質(zhì)量較重的直板清管器移至收發(fā)球筒快開盲板前端，移動推車支腿高度可自由調(diào)節(jié)以適應不同安裝高度的收發(fā)球筒，不僅便于清管檢測器在發(fā)球端和收球端的直接推入和取出，更有利于減輕人員勞動強度，避免人員機械傷害。

在收球端增加了收球筒出口放壓流程，一旦質(zhì)量較大的直板清管器或智能檢測器在海管立管處出現(xiàn)爬坡困難，啟動該流程緊急放空，可增加清管器兩端壓差，使其順利通過。

圖3 海管全線檢測器運行速度檢測曲線

圖4 海管全線壓力檢測曲線

4 結(jié)論和建議

實踐證明，冀東油田南堡1-3人工島外輸海底管道內(nèi)檢測現(xiàn)場組織合理、方案實施準確、檢測數(shù)據(jù)有效，為海管內(nèi)檢測工作的開展積累了豐富的經(jīng)驗，并對后續(xù)內(nèi)檢測工作的開展具有指導和借鑒作用。

（1）針對海底混輸雙壁管道，漏磁檢測是有效的智能內(nèi)檢測方法。

（2）管道內(nèi)檢測實施前應對管道全線進行勘察，確定管道收、發(fā)球筒狀況，彎管曲率半徑以及是否存在內(nèi)插管等影響清管檢測器通過的情況。

（3）海底管道內(nèi)檢測方案的確定是內(nèi)檢測實施的關(guān)鍵，管道內(nèi)檢測實施前應制訂詳細的、操作性強的檢測方案，檢測方案應包含管道基本情況、清管檢測器性能指標、清管作業(yè)順序、清管操作步驟、清管檢測時管道運行參數(shù)調(diào)整情況、人員組織和應急保障等內(nèi)容。

（4）清管過程中應按照檢測方案進行現(xiàn)場組織，并應根據(jù)前一清管器的損壞程度、清除雜質(zhì)等情況，及時調(diào)整清管作業(yè)次數(shù)，直至具備投放智能檢測器的條件。

（5）為提高混輸海底管道的檢測精度，需提高管輸液量，降低管輸氣量，以緩解段塞流對檢測器運行速度突變的影響。

（6）投取球過程中，簡易工具的使用可減輕人員勞動強度，降低人員發(fā)生機械傷害的風險。

[1]SY/T6597-2014，油氣管道內(nèi)檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[2]宋生奎，宮敬，才建，等.油氣管道內(nèi)檢測技術(shù)研究進展[J].石油工程建設(shè)，2005，31（2）：10-14.

[3]劉剛，陳雷，張國忠，等.管道清管器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].油氣儲運，2011，30（9）：646-653.

Practice and thinking of internal detection for submarine outward transportation pipeline from Nanpu 1-3 artificialisland

YAN Fangrui，ZHANG Yanlong，JIHong，HAN Yao，WU Peng，SHIChangqing
Nanpu Oilfield Operation Area of PetroChina Jidong Oilfield，Tangshan 063200，China

The submarine outward transportation pipeline from Jidong Nanpu Oilfield 1-3 Artificial Island is the first successful internal detection pipeline of CNPC submarine pipelines.Through analysis and comparison of pipeline internal detection techniques，and combined with the pipeline structure and operation situation，the magnetic flux leakage detection was used as the main technique and method for the pipeline internaldetection.Because of the high risk of pipeline internaldetection，a lot of preparation work was done and a relatively complete test plan was made.According to the actual situation，the implementation plan and pipeline operation condition were optimized continuously.Finally，the pipeline detection was very successful and the test data were all valid.The field practice of the detection provides the guidance and reference for improving the engineering design，pipeline laying construction，pipeline operation and follow-up pipeline detection of the project.

submarine pipeline；magnetic leakage detection；conceptualdesign；field practice

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.02.019

顏芳蕤（1983-），女，黑龍江牡丹江人，工程師，2008年畢業(yè)于中國石油大學（北京）油氣儲運工程專業(yè)，現(xiàn)從事基建管理工作。Email：npqyfrui@petrochina.com.cn

2016-11-19