海底管道检测技术研究与应用

刘慧勇(中海石油技术检测有限公司，天津 300450)

0 引言

海底管道是运输油气的重要方式，也是海上油气开发生产系统的重要组成部分，海底管道的稳定性和可靠性对于海上油气的生产具有重要的意义，如果海底管道出现问题，会影响油气的运输和油气的生产，同时也会对海面的环境造成严重的影响，对海水的水质造成破坏，对海中的生物造成伤害。海底的情况是复杂多样的，随着海底管道使用时间的增长，海底管道就会出现一些机械损伤、腐蚀等问题，这些问题严重影响了海底管道的使用效果。所以在海底管道的使用过程中，要实时的对管道进行检测，及时地发现管道的问题，并进行解决，避免影响油气的生产和运输。管道的检测主要包括管道内检测和管道外检测，顾名思义，管道内检测就是对海底管道的内部进行检测，主要检测管道内部是否出现裂纹，是否有腐蚀的现象，如果出现裂纹或者腐蚀的现象，需要对腐蚀的长度和裂纹的长度进行测量，并记录相关的数据。管道外检测其实就是对管道的外部进行检测，主要是检测管道的位置是否发生了变化，检查管道外部是否有破损的地方。通过管道的内检测和外检测，可以及时地发现管道的问题，掌握管道的实时情况[1]。

1 海底管道内检测技术

1.1 清管技术

在管道的内部进行检查之前，会对管道进行清理，因为长时间的使用，管道内会有大量的沉积物，这些沉积物会影响检测器具的自行运动。目前比较常用的清管器主要有四种，分别是整体式清管器、泡沫式清管器、机械式清管器、清管球，其中清管球的使用最为广泛，因为它具有较强的适用性，它是一个球体，可以根据管道的大小而调整球体的大小，方便在管道内进行运行。美国公司 Maloney 研发了一种方便的清管球，这种清管球可以膨胀，通过膨胀后就可以调解清管球的尺寸，即使管道弯曲了或者变形了，清管球也可以轻松的运动。泡沫式清管器压缩性能好，不易卡死，但橡胶外涂层耐磨性低，使用过程中磨损率较高。机械式清管球可根据需要配备刮刀、钢刷等，以增强刮削效果。机械式清管器使用寿命长，但不适用于多弯头、阀门和通道差、变形大的管道。整体式清管器可自由选择清管材料，气密性和操作可靠性高，适用于清洗油污、液体沉积物和蜡沉积物。该清管器可适用于各种复杂形状和管道，能在高温和不利流动条件下完成除蜡，并能实现批量处理、精确计量、强大的清洗和脱水功能。

1.2 内检测技术

文章选取了三种主要的检测技术进行介绍，并介绍了基于每一种的先进的检测设备。

1.2.1 漏磁内检测技术

漏磁检测技术的基本原理是，如果海底管道的内壁出现了变形的情况，那么这时整个的磁力线，就会与原来的路径有一定的距离，就会产生漏磁的现象。通过检查磁场的变化可以发现管道的缺陷，漏磁内检技术在我国使用还是比较广泛的，且技术比较成熟，它准确性比较高，但是漏磁检测技术的要求比较高，要求检测工具与管道的内壁需要紧密的结合，如果不能紧密的结合，那么检测结果将不准确。所以漏磁检测技术，它不适用于一些形状比较复杂，内部沉积物比较多，流动性差的管道，因为在这些管道中，检测工具无法与管壁紧密贴合，就不能进行充分的检测。MagneScan 是一种比较先进的漏磁检测工具，其传感器数量多，因此深度、长度和宽度的测量精度高，获取的图像精度高。MagneScan 适用于检测缺陷，例如内部/外部点蚀和均匀管道腐蚀、管壁硬部件、船体修复和异常周边焊缝[2]。

1.2.2 超声波内检测技术

超声波内部检测技术通过发射和接收超声波来实现缺陷确定。 如果管壁有缺陷，超声波的传播速度、时间、角度等参数都会发生变化。这时可以通过监测超声波传播参数的变化来检测管道。 EMATOTI主要是采用超声波技术来对管道的材料进行检测，检测管道内壁是否有问题，这种技术可以实现对管道内部的全部检测，检测的范围比较广，检测比较全面，同时当检测完成后就会把检测的数据及时的采集和上传，这种技术有一个很大的优点是它可以全面地进行扫描，而且不需要定位。

1.2.3 远场涡流内检测技术

远场内部涡流感应是一种基于远场涡流效应的技术，其中感应线圈放置在线圈管直径三倍的偏远区域。励磁线圈发出的磁力线线圈两次穿过管壁到达检测线圈。该远场磁场包含有关管壁缺陷的信息，可以通过检查线圈识别和检测到这些信息。远场涡流技术励磁扰动小，不粘附管壁即可检测，可同时检测管道内外故障。“蛇形探头”工具是一种基于远程涡流检测技术的管道检测工具，灵活适用，适用范围广，适用于管道故障的准确检测。

2 海底管道外检测技术

外检测技术主要是对海底管道的外部进行检查和测试，及时掌握海底管道外部的情况，主要是检查管道的位置是否发生了变化，因经常会有台风和地震，会对海底管道造成影响，甚至会使海底管道的位置移动很长的距离，而且同时也要检查海底管道的外部是否有损坏的地方，尤其是地震会对海底管道的外部造成严重的损坏。海底管道的外部检测主要是利用声学原理为基础的，采用侧扫声纳技术和多波束测深声纳技术。侧扫声纳技术可以利用声波接收和发送信息，通过高速的扫描，得到一个声纳图像，了解海底的情况和海底管道掩埋的深度以及破损的程度。多波束测深声纳系技术可以对整个海的深度和覆盖程度进行测量，目前，多波声速测声纳技术仍在发展，未来有可能它会适应不同的探测需求。

3 海底管道环境影响检测技术的应用

油田所处的海域主要是内浅地层地质为主，结构比较复杂，主要深度为九米，从上而下，依次可以划分为三层，第一层为黏土和粉砂，第二层为淤泥质黏质或粉质黏土，第三层为黏质土和粉质黏土。海底管道检测技术的实施极易受到海底环境的影响，有一些海底管道所处的环境淤泥比较多，土层容易液化，所以说在检测时难度比较大，而且同时有一些海底管道所处的环境容易发生海啸、台风、地震等地质灾害，这些灾害对管道本身会造成很大的影响，管道容易破坏，一旦破坏，就影响油气的生产和运输。所以对于一些地质环境不太好的海底管道，要进行实时的监测，要能够了解海底管道运行的实际情况。同时在建设海底管道时，选择的地理位置一定要合理，避免因为环境对海底管道的运行造成影响，这样结果得不偿失，还不利于油气的生产和运输，影响经济的发展。

3.1 所在海域水深地形测量

油田主要采用多波束测深系统对海底管线所在海域的水深进行综合测量，可以测量海域的深度。管道和海底地形的变化，多波束测深为卷尺测量，测量宽度为水深的7～8倍，多波束测线平行于海底管线路径轴线放置。为实现全覆盖，现场勘测线的数量和间距应根据海底管道的深度确定，相邻勘测线之间的重叠应控制在间距的1/3左右。相邻辐照线区域重叠过多，影响辐照效率。

3.2 海底管道位置探测

油田主要使用侧扫声纳设备来检测海底管道在海床上的位置，通常在海底管道路线中轴线的左右两侧放置两条测线。使用侧扫声纳探测水下管道时，通过侧拖进行测量工作，在测量船的侧面安装固定装置，将探测器置于水下，以减少安装和水之间的测量位置误差。探测器通过电缆连接到控制器，测量船在水下管道路线上航行。检测器检测到的信号被处理并传输到计算机系统。数据采集软件用于执行数据采集。

4 检测技术在海底管道完整性管理方面的应用

海底管道完整性管理对于油气的生产和运输具有重要意义，海底管道完整性管理主要是对海底管道运行过程中所存在的一些问题和潜在风险进行识别和评估，并采取一定的措施来解决这些风险和问题，提高海底管道的运行的稳定性和可靠性，避免海底管道出现问题或者断节，而对油气的生产和运输产生巨大的影响。海底管道完整性管理的核心内容就是将海底管道运行的风险控制在合理且接受的范围之内，对海底管道的运行进行预防和监测，主要体现在两个方面，第一在海底管道还没有投入使用之前，一定要对海底管道进行检测，并设置一定检测计划，优化记录检测的数据和结果，对检测的数据和结果进行评价和分析，并且要制定长期的检测计划。在海底管道运行的过程中，需要对海底管道所出现的问题进行记录，而同时也要对所采取的措施进行记录，这样在后期检测的过程，如果出现同样的问题，就可以及时解决，降低了解决的难度。第二就是在海底管道的运行阶段，对海底管道进行检测，检测海底管道的位置是否发生变化，掩埋的深度，是否出现腐蚀的情况等，并记录相关的数据同时要对相关数据进行整理，整理完以后，与原始最初所检测得到的数据进行对比，进而去分析海底管道运行的变化趋势，以便于延长海底管道的使用寿命。

5 结语

近来，油田将各种检测技术应用于海底管道的日常维护管理，但在应用过程中存在一些问题，如海上平台空间受限，单条管道检测条件不足。并且传感器的不稳定运行速度使得操作和控制变得困难，这是一个很大的问题。这些问题对海底管道检测数据在日常管理中的应用产生了一定的影响。目前，中国海底管道的内检测技术和外检测技术仍然存在着一定的问题，与国外差距较大。这些问题不利于油气生产和运输，同时也会阻碍了中国经济的发展，所以相关人员需要加强对海底管道内检测技术和外检测技术的重视，政府要加大投资的力度，加强对海底管道的研究，提高海底管道的发展水平，不断地优化海底管道的设备。