內(nèi)檢測(cè)技術(shù)在復(fù)雜海底管道中的工程應(yīng)用

王彬，馬洪新，郭斌，楊巍海洋石油工程股份有限公司，天津300452

內(nèi)檢測(cè)技術(shù)在復(fù)雜海底管道中的工程應(yīng)用

王彬，馬洪新，郭斌，楊巍
海洋石油工程股份有限公司，天津300452

我國(guó)對(duì)海底管道安全運(yùn)營(yíng)的要求越來(lái)越高，定期對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)已成必然趨勢(shì)。以渤海某混輸海底管道檢測(cè)工程為例，通過(guò)分析其運(yùn)行工況，針對(duì)可能存在的清管球或內(nèi)檢測(cè)器卡堵、內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行速度過(guò)快導(dǎo)致無(wú)法采集完整數(shù)據(jù)等風(fēng)險(xiǎn)做了充分計(jì)算與評(píng)估，采取了清管球選型改造及清管順序優(yōu)化、內(nèi)檢測(cè)器模擬體設(shè)計(jì)、定位跟蹤器應(yīng)用三種措施來(lái)保證施工質(zhì)量與施工安全，獲得了良好的效果，對(duì)今后類(lèi)似的工程應(yīng)用有一定的借鑒意義。

內(nèi)檢測(cè)；海底管道；工程應(yīng)用

目前我國(guó)對(duì)海底管道運(yùn)營(yíng)的要求越來(lái)越高，因而需要定期對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)，但面臨大量老舊管道問(wèn)題，特別是有些管道設(shè)計(jì)初期并未考慮管道內(nèi)檢測(cè)需求，如果管道運(yùn)行條件又較為復(fù)雜（如混輸管道），則進(jìn)行管道內(nèi)檢測(cè)存在較大難度。

某待檢測(cè)管道為渤海A平臺(tái)至B平臺(tái)1條混輸管道，全長(zhǎng)近10 km，壁厚12.7 mm，最大操作壓力3.8 MPa。此條管道投產(chǎn)近15年，自投產(chǎn)以來(lái)未進(jìn)行定期清管，因而管道內(nèi)情況不明，存在較大風(fēng)險(xiǎn)。另外該管道輸送介質(zhì)為油氣水三相混輸介質(zhì)，且氣液輸送比例接近20∶1，此種工況易造成智能檢測(cè)器在管內(nèi)部分區(qū)間運(yùn)行速度過(guò)快，導(dǎo)致檢測(cè)器采集數(shù)據(jù)不完整。而平臺(tái)作業(yè)方考慮到產(chǎn)量的壓力及對(duì)井口設(shè)施啟停時(shí)可能發(fā)生故障的顧慮，不同意停產(chǎn)/減產(chǎn)檢測(cè)方案，因而在線檢測(cè)成為唯一選擇，如果不采取任何措施直接進(jìn)行檢測(cè)，會(huì)造成檢測(cè)數(shù)據(jù)缺失，導(dǎo)致檢測(cè)失敗，甚至有清管器卡堵的風(fēng)險(xiǎn)［1-4］。

1 管道內(nèi)檢測(cè)

管道內(nèi)檢測(cè)，是應(yīng)用智能檢測(cè)器在管道內(nèi)運(yùn)行的，同時(shí)采集數(shù)據(jù)，通過(guò)分析采集到的數(shù)據(jù)確定管道狀態(tài)。目前常用的智能檢測(cè)器有3種：第一種為漏磁檢測(cè)器（MFL），是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)內(nèi)檢測(cè)器；第二種為超聲檢測(cè)器（UT），由于其應(yīng)用時(shí)對(duì)清管要求較高及需要耦合劑，且價(jià)格比超聲要高，因而國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少；第三種為遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)器（RFT），此類(lèi)檢測(cè)器檢測(cè)能力及限制均一般，有時(shí)用于特殊場(chǎng)合的管道檢測(cè)，如立管的單獨(dú)檢測(cè)［5］。3種智能檢測(cè)器對(duì)比見(jiàn)表1。

2 內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

針對(duì)該條管道的復(fù)雜工況，以及3種檢測(cè)器的對(duì)比，選擇漏磁檢測(cè)器（MFL）進(jìn)行檢測(cè)。為滿足智能檢測(cè)器運(yùn)行條件及平臺(tái)作業(yè)方要求：檢測(cè)器運(yùn)行速度控制在0.3～3 m/s，可順利通過(guò)1.5D彎頭以取得較好的檢測(cè)數(shù)據(jù)，項(xiàng)目主要采取了3種措施：

（1）對(duì)清管球進(jìn)行選型、改造及優(yōu)化清管順序。

（2）對(duì)內(nèi)檢測(cè)器進(jìn)行模擬體設(shè)計(jì)。

（3）應(yīng)用定位跟蹤器。

2.1清管球選型、改造及清管順序優(yōu)化

表1　智能檢測(cè)器對(duì)比

由于該管道投產(chǎn)15年來(lái)未進(jìn)行定期清管，僅在檢測(cè)前3個(gè)月實(shí)驗(yàn)性通過(guò)2個(gè)等徑低密度泡沫清管球，管道內(nèi)狀況不確定性因素較多，清管及檢測(cè)存在較大未知風(fēng)險(xiǎn)，因而選用風(fēng)險(xiǎn)較低的漸進(jìn)式清管方案進(jìn)行清管，根據(jù)每步的清管結(jié)果確定下一步清管順序。針對(duì)本項(xiàng)目工況，對(duì)清管球進(jìn)行了選型及改造，對(duì)清管順序進(jìn)行了部分適應(yīng)性調(diào)整。

2.1.1清管球選型

為減小通球風(fēng)險(xiǎn)，首先選擇等徑硬質(zhì)泡沫清管球進(jìn)行清管，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的清管時(shí)間及管道運(yùn)行參數(shù)確定清管球的發(fā)送個(gè)數(shù)，同時(shí)確定下一步發(fā)送計(jì)劃。為保證清管效果，并兼顧發(fā)球風(fēng)險(xiǎn)最低的原則，本項(xiàng)目還選擇了帶鋼刷的硬質(zhì)泡沫清管球及泡沫測(cè)徑清管球。

2.1.2清管球適應(yīng)性改造

由于管道存在1.5D彎頭，普通清管球通球時(shí)存在卡堵風(fēng)險(xiǎn)，為減小風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)以下方面做了適應(yīng)性改造。

2.1.2.1清管球長(zhǎng)度

清管球長(zhǎng)度一般為2倍內(nèi)徑，此次由于涉及1.5D彎頭且管道長(zhǎng)期未進(jìn)行清管，可能存在較多雜質(zhì)，因此將清管球長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1.6倍內(nèi)徑，通過(guò)減小清管球長(zhǎng)度，在滿足清管施工工藝的同時(shí)降低清管球通過(guò)彎頭時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.2.2測(cè)徑板等分?jǐn)?shù)及開(kāi)槽深度

測(cè)徑板一般為一定規(guī)格的圓形鋁板，用以測(cè)量管道內(nèi)最大變形以及最小彎頭等制約檢測(cè)器通過(guò)的因素。管徑不同使用的測(cè)徑板規(guī)格也不同，內(nèi)檢測(cè)時(shí)一般選擇管道內(nèi)徑的85％、90％等作為測(cè)徑板直徑。同時(shí)，根據(jù)不同工況，選擇的測(cè)徑板厚度也不同，常用的測(cè)徑板厚度有3、5、6 mm等。為保證測(cè)徑板能夠通過(guò)管道，同時(shí)又能真實(shí)地反映出管道內(nèi)內(nèi)檢測(cè)器的可通過(guò)性，對(duì)測(cè)徑清管球中的測(cè)徑板進(jìn)行了改造，改造后的測(cè)徑板如圖1所示。

圖1　測(cè)徑板

（1）增加測(cè)徑板等分?jǐn)?shù)。由通常的24等分增加至48等分，同時(shí)增加開(kāi)槽深度，以增加測(cè)徑的精確度及嚴(yán)密性。

（2）測(cè)徑板與密封板之間增加墊圈，增加測(cè)徑板回彎空間。

（3）調(diào)換測(cè)徑板和密封板位置?？紤]到清管球通過(guò)1.5D彎頭瞬間，測(cè)徑板前面的密封板會(huì)向后壓迫可能導(dǎo)致測(cè)徑板變形，造成測(cè)徑板誤報(bào)，干擾后續(xù)的施工進(jìn)程。將測(cè)徑板與密封板位置調(diào)換，利用密封板比測(cè)徑板大的物理特性保護(hù)清管球過(guò)彎瞬間，從而更真實(shí)地反映管道的實(shí)際狀態(tài)。圖2為改造前后測(cè)徑清管球通過(guò)1.5D彎頭的狀態(tài)對(duì)比。

圖2　改造前后測(cè)徑清管球過(guò)彎瞬間狀態(tài)對(duì)比

2.1.3清管順序優(yōu)化

按照正常的漸進(jìn)式清管順序，發(fā)送清管球過(guò)程中應(yīng)從簡(jiǎn)到難，嚴(yán)格控制清管球發(fā)送順序。但本項(xiàng)目在工作進(jìn)行時(shí)，通過(guò)比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果發(fā)現(xiàn)雖然該條管道從未進(jìn)行清管，但管道內(nèi)實(shí)際雜質(zhì)含量較少，因而減少了泡沫清管球及等徑直板清管球的發(fā)送數(shù)量，節(jié)約了工期。清管順序及合格標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

2.2內(nèi)檢測(cè)器模擬體設(shè)計(jì)

表2　清管順序及合格標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)檢測(cè)作業(yè)過(guò)程中需通過(guò)2個(gè)1.5D彎頭，且1.5D彎頭為此型內(nèi)檢測(cè)器可通過(guò)的最小彎曲半徑，因此檢測(cè)作業(yè)存在一定風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)內(nèi)檢測(cè)器廠家提供的兩種型號(hào)的內(nèi)檢測(cè)器數(shù)據(jù)和常用清管器的數(shù)據(jù)相結(jié)合分析，設(shè)計(jì)如圖3所示的前端有防撞頭的內(nèi)檢測(cè)器模擬體。

2.3定位跟蹤器應(yīng)用

管道清管及檢測(cè)時(shí)，不能完全排除清管球或檢測(cè)器在管道內(nèi)卡堵的情況出現(xiàn)，為方便出現(xiàn)卡堵時(shí)清管球或檢測(cè)器的及時(shí)定位，需提前安裝定位跟蹤器。

此項(xiàng)目中使用的定位跟蹤器利用電磁發(fā)射原理，采用定點(diǎn)跟蹤方式，檢測(cè)清管球或檢測(cè)器在管道內(nèi)的位置。同時(shí)為驗(yàn)證該清管球定位跟蹤器效果，在其他清管項(xiàng)目中采用潛水員水下定點(diǎn)尋找方式，成功發(fā)現(xiàn)清管球。清管球定位跟蹤器如圖4、圖5所示。

圖3　前端有防撞頭的內(nèi)檢測(cè)器模擬體

圖4　清管球定位發(fā)射器

3 檢測(cè)結(jié)果及分析

圖5　清管球定位接收機(jī)

采用上述檢測(cè)方式檢測(cè)完成后，下載數(shù)據(jù)，得出檢測(cè)結(jié)果。檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)完整性達(dá)到98％，符合規(guī)范（POF）要求，表明采取措施有效，一次性成功完成了此次檢測(cè)［6］。通過(guò)最終的檢測(cè)報(bào)告，成功發(fā)現(xiàn)缺陷5處。通過(guò)DNV規(guī)范、ASME規(guī)范及有限元法分別計(jì)算缺陷處剩余強(qiáng)度。缺陷剩余強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　缺陷剩余強(qiáng)度計(jì)算/MPa

根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，此管道在正常工況下剩余強(qiáng)度均大于管道最大操作壓力3.8 MPa，ERF最大值為0.21，均小于0.5。因此依據(jù)本次檢測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷管道可以在當(dāng)前工作壓力下安全生產(chǎn)，且有較充裕的安全裕度。

4 結(jié)束語(yǔ)

中海油涉及的管道大部分為海底管道，管道情況較為復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)作業(yè)應(yīng)根據(jù)每條管道的實(shí)際情況考慮必要的措施以減小檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)獲得最準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)，保障海底管道的順利運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)管道的完整性管理。

［1］楊理踐，劉剛，高松巍，等.檢測(cè)裝置運(yùn)行速度對(duì)管道漏磁檢測(cè)的影響［J］.化工自動(dòng)化儀表，2010，37（5）：57-59.

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［3］陳世利，部世旭，黃新敬，等.海底管道微小泄漏球形檢測(cè)器整體設(shè)計(jì)［J］.石油工程建設(shè)，2014，40（4）:11-15.

［4］陳世利，黃新敬，郭世旭，等.海底管道微泄漏球形內(nèi)檢測(cè)器可行性研究［J］.石油工程建設(shè)，2014，40（2）：19-26.

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Engineering Application of Internal Inspection Technique in Complicated Submarine Pipeline

WANG Bin，MAHongxin，GUO Bin，YANG Wei
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China

The requirements for submarine pipeline safe operation are more and more strict in China，regular internal inspection for submarine pipelines has become an inevitable trend.This paper takes the inspection project of a mixed transmission submarine pipeline in Bohai Bay as an example to analyze the pipeline operational state，and conducts sufficient calculations and assessments on possible risks，such as stuck spherical pig or internal detector，incomplete data aquisition due to too fast detector moving.Three measures are adopted to guarantee the construction quality and safety，which include spherical pig selection，pigging sequence optimization，design of simulated internal detector and use of locating and tracing device.These measures achieve good results.

internalinspection；submarine pipeline；engineering application

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.04.021

王彬（1983-），男，山東利津人，工程師，2008年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事海底管道檢測(cè)、清管、試壓、排水干燥及海管維/搶修工作。Email：348273450@qq.com

2016-02-18；

2016-05-05