油气管道内检测数据深度分析

孙伟栋,杨 阳,张建昌,杨 萍,王修云,张 雷,路民旭

(1. 中石化管道储运有限公司，徐州 221008； 2. 安科工程技术研究院(北京)有限公司，北京 102209；3. 中国石油长庆油田分公司 第三输油处，银川 750006； 4. 北京科技大学，北京 100083)

在我国，管道内检测是在役管道完整性评价的重要检测手段。内检测(ILI)数据的分析处理是管道完整性评价的重要环节，其准确性和精准性会直接影响管道完整性评价的最终结果。常规内检测数据处理，仅能给出需要立即开展维修维护的缺陷点信息和海量内检测缺陷数据，在当前管道完整性管理的时代背景下，这显然无法满足完整性管理要求。对检测方提供的管道内检测数据进行专业的深度分析，进一步挖掘管道内检测数据背后的内涵，既有助于验证数据本身的准确性，制定合理的管理决策，又可通过整合历史数据及现有管道内检测数据，开展缺陷根源性分析，最终准确地反映管道的完整性状况。

1 内检测技术工程背景

管道完整性评价是管道完整性管理的核心环节之一，是一种验证油气管道管体完整性的方法。管道完整性评价工具包括水压试验、内检测和直接评估。

水压试验是根据设计和工作压力标准将管道中充满水，并在一段预定的时间内将压力上升到特定水平。这是一种相对低端的技术方法，仅能发现临界缺陷，其完整性结论只在测试当时才有意义，常在新建管道和停用管道再启用时使用。

管道内检测能够直观反映管道的缺陷状况，是GB 32167-2015《油气输送管道完整性管理规范》标准中推荐优先采用的管道完整性评价工具。根据NACE SP0102-2017《管道内检测》标准,常见的内检测方法主要有常规漏磁检测、环向漏磁检测、超声波检测、电磁超声检测。各种内检测方法的适用性如表1所示。

表1 内检测方法适用性

管道内检测的实施往往受限于现场工艺情况(是否具有收发球装置)、管道口径、压力等，并不能针对所有管道顺利开展，此时常会采用直接评估方法代替。直接评估方法运用从管道间接调查和直接详细检查中获取的信息以及所有其他相关信息(如设计、结构和操作数据)对管道的完整性进行评价。该过程包括预评价、间接检测、直接检查和后评价四个步骤。对于与时间相关的缺陷类型，使用的三种直接评估检测方法为内腐蚀直接评估(ICDA)、外腐蚀直接评估(ECDA)和应力腐蚀开裂直接评估(SCCDA)。

2 管道内检测数据分析的基本方法与要点

在充分收集管道内检测数据和其他与管道完整性相关数据的基础上，通过开展数据对齐与整合工作，来发掘内检测数据背后潜在的管道完整性信息。

管道内检测数据对齐的主要内容包括[1]：根据相关数据准确比对管道焊缝信息，确定管道焊缝、特征点位置以及精确里程；确定管道活性腐蚀点和腐蚀速率，识别新的管道腐蚀点；确定同一检测公司检测器的性能和适用性，对比不同检测公司管道内检测能力。

管道内检测数据对齐可以分为关键点数据对齐(第一阶段)和缺陷匹配分析(第二阶段)两个阶段。

第一阶段，基于管道焊缝和里程数据进行关键点数据对齐分析。孙浩等[2]归纳总结了其主要步骤。关键点数据的对齐，会受到管道建设资料准确性、里程-高程-实际管长差、地面标识盒位置设置合理性、检测数据质量等因素的影响，通常可采用基于实际控制点的线性误差法即“橡皮筋方程式”进行修正。

第二阶段，在关键点数据对齐的基础上，根据管道内检测报告的缺陷里程位置(包括绝对里程和相对里程)、时钟位置及内外表面识别结果等，开展缺陷匹配。在当前内检测器普遍技术精度下，基于第一阶段关键点对齐结果，缺陷在管节上的相对里程位置、时钟位置和内外表面识别结果往往误差较小。

当数据对齐工作全部完成后，可按照严重缺陷分析、缺陷分布规律分析、缺陷发展与类型化分析和符合性分析的顺序,开展内检测数据的深度分析。

2.1 严重缺陷分析

在内检测公司提供的管道内检测数据报告中，有两个重要的评估参数，分别为金属壁厚损失深度百分比和破裂压力比RPR(又称维修因子ERF)。对这两个参数进行初步分析，可以筛选出在当前运行状态下可能威胁到管道完整性和生产安全性的金属损失缺陷，由管道管理方根据经济性与风险的平衡合理确定筛选的参数临界值。

2.2 缺陷分布规律分析

管道缺陷通常有金属损失、凹陷变形、焊缝异常、制造缺陷和补口带下异常等。在内检测缺陷分布规律分析中，应针对不同的管道缺陷，分别关注其相应的关键指标。对于金属损失缺陷，应重点关注缺陷的深度指标，同时兼顾管节壁厚数据综合评判其损失速率(对于腐蚀导致的金属损失，其腐蚀速率指标尤其重要)。对于凹陷变形缺陷，应重点关注缺陷的变形量和时钟位置，变形量反映了管体变形的程度，而时钟位置反映出凹陷变形的致因，如管道底部的变形多由管道建设期未清理干净的石块等坚硬物与管道接触导致，管道顶部的变形多由管道施工回填时坚硬物砸落或机械损伤、第三方破坏等因素造成。对于焊缝异常缺陷，应重点关注缺陷的宽度指标，同时兼顾其异常程度评级。制造缺陷的类型很多，如果能归类到金属损失、凹陷、划痕、裂纹等缺陷类型中，可重点关注相应缺陷的关键指标。内检测时通常仅会报告焊缝补口处的信号异常，但无法给出具体的异常指标，因此针对补口带下异常缺陷需要结合后续的开挖验证来逐一排查。

2.3 缺陷发展与类型化分析

对于有多轮内检测数据的管道，可以通过多轮内检测数据之间的比对，对缺陷逐一进行详细分析，包括缺陷活性判断、缺陷发展分析和缺陷类型演化，如表2所示。金属损失缺陷的分类标准参照SY/T 6597-2018《油气管道内检测技术规范》附录D进行，如图1所示。图中A为几何参数：若管道公称壁厚t<10 mm，则A=10 mm；若t≥10 mm，则A=t。

表2 缺陷分析

注：X、Y的选择可以根据管道运行情况确定，如有些公司规定X=70，Y=40。

图1 金属损失缺陷分类

2.4 符合性分析

选取适当的开挖点进行现场开挖，对开挖后的缺陷用无损检测方法进行检验，并对缺陷尺寸进行测量，开挖验证也是对内检测结果进行验证的过程[3]。将现场开挖检测的缺陷数据与内检测的缺陷数据放在一起，采用回归分析比对法，进行数据符合性分析，如图2所示，并对检测误差进行统计分析，从而对内检测数据的整体准确性进行评估。其中，漏报、深度低报、RPR低报将会威胁管道系统安全；误报、深度过报、RPR过报将造成管理资源浪费；现场开挖检测发现的严重的缺陷，但在内检测数据中没有体现出来，则可认为是内检测验证缺陷漏检。

图2中，虚线1和3分别代表内检测与开挖数据相差10%或10 cm的边界线。由图2可见，大部分长、宽、深数据落在边界线内，仅有少量数据在边界范围外，其中较为明显的一处，为缺陷宽度的低报，内检测数据显示缺陷宽度为15 cm，实测缺陷宽度为55 cm，这种低报将威胁管道系统的安全。

图2 内检测与开挖实测数据符合性分析

3 典型案例

某天然气管道投产于1998年，基本情况如表3所示，分别于2005年和2010年进行了两轮管道内检测。该管道两轮内检测均由同一内检测方进行，经关键点数据对齐分析发现，两轮数据在绝对里程上存在约40 m的误差，表4为两轮内检测缺陷数据对齐的部分结果展示，在对距离进行修正后实现里程匹配和特征对应。

图3和图4分别为2005年和2010年两轮内检测中内腐蚀缺陷的分布情况。结果表明：管道内腐蚀缺陷集中出现于管道底部(时钟位置4∶00～8∶00)，说明管道底部腐蚀较严重；相较于2005年，2010年内腐蚀缺陷有了不同程度的发展，同时出现大量新的腐蚀缺陷点，表明该管道内腐蚀在2005-2010年间仍有发展。

对比两轮内检测中里程为4.75～5.20 km的缺陷尺寸，采用历史平均腐蚀速率计算模型，计算得该管道在2005-2010年的腐蚀增长速率为0.437 mm/a，如图5所示。根据该腐蚀速率，预计到2016年管道出现的壁厚最大损失为70%。根据内检测数据分析结果，为了延长管道的服役时间，建议业主在后续的生产运营过程中，适当进行工艺参数调整和优化：(1) 适当增加产量，从而降低该管道内部积水的可能性；(2) 加强清管作业，减少管道内部积水和沉积物；(3) 进行缓蚀剂控制，全面降低腐蚀速率。

表3 管线基本情况

表4 两轮内检测缺陷数据对齐(部分)

(a) 沿管道轴向分布

(b) 沿管道环向分布

(a) 沿管道轴向分布

(b) 沿管道环向分布

图5 内腐蚀增长速率(深度、长度、ERF)

4 结束语

内检测数据的进一步挖掘和运用，是管道完整性管理水平提升的体现。因此有必要开展基于关键特征点和缺陷数据的管道内检测数据对齐和整合分析，以及内检测数据质量分析、缺陷发展及类型分析等工作。同时，根据案例分析可得，针对两轮内检测数据进行深度分析，可获取缺陷发展规律，同时可结合管道腐蚀直接评估方法，明确管道腐蚀缺陷的增长速率。因此，内检测数据的深度分析为管道的安全、可靠、高效运行和后续管道完整性管理方案的制定提供数据支撑。