孫鵬

四川德源管道科技股份有限公司

摘要：介紹了一種創(chuàng)新型的多模差動渦流內(nèi)檢測技術(shù)，該技術(shù)可以應(yīng)用于非標發(fā)球裝置、低壓低流速等油氣田小口徑集輸管道的內(nèi)檢測，為油氣田管道的風險管控提供了新的解決方案。

關(guān)鍵詞：低壓低流速；小口徑；內(nèi)檢測；多模差動渦流

目前部分油氣田管道受低壓低流速、變徑管等因素制約，存在過盈量較大、橢圓形變、彎頭曲率半徑較大、非標收發(fā)球裝置等復雜工況，容易發(fā)生卡球風險，影響管道內(nèi)檢測工作的正常開展。電磁渦流內(nèi)檢測器具有與常規(guī)皮碗清管器相似的機械結(jié)構(gòu)，在保證檢測器通過性良好的情況下，具備管道內(nèi)腐蝕缺陷檢測能力，為油氣田集輸管道檢測提供了一種新的解決方案。

1  渦流內(nèi)檢測原理及特點

1.1  原理

電磁渦流檢測是基于電磁感應(yīng)原理的一種無損檢測方法，其原理如圖 1所示。首先，通過激勵信號源產(chǎn)生標準的正弦交變電流通入檢測探頭的激勵端，交變電流使得檢測線圈周圍產(chǎn)生變化的磁場，通常稱該磁場為原磁場。變化的磁場又使得在待測導體內(nèi)感應(yīng)出電渦流信號。其次，導體中感應(yīng)出的電渦流信號也會產(chǎn)生自己的磁場（通常稱該磁場為感應(yīng)磁場），渦流感應(yīng)磁場同樣會與線圈發(fā)生電磁感應(yīng)作用，進而在線圈上感生電壓。當導體中某些因素發(fā)生改變，如出現(xiàn)缺陷或電導率、磁導率、形狀、尺寸發(fā)生變化時，將影響渦流的強度和分布，進而引起線圈感應(yīng)電壓的變化。通過測定線圈感應(yīng)電壓（阻抗）變化而實現(xiàn)無損檢測的方法就是渦流檢測。

圖 1 渦流檢測原理圖

多模差動渦流內(nèi)檢測技術(shù)是在電磁渦流內(nèi)檢測的基礎(chǔ)上，采用差動耦合的方式進行信號激勵，并利用渦流檢測對試件性能的多種參數(shù)作出反應(yīng)，從而建立多種識別模型進行不同缺陷判別的內(nèi)檢測技術(shù)。

1.2  特點

多模差動渦流內(nèi)檢測技術(shù)因其高度集成化和類似于清管器的外形設(shè)計，以及優(yōu)異的傳感器性能，使得內(nèi)檢測器具有長度短、重量輕、通過性好、檢測靈敏度高、檢測速度快等特點，可以應(yīng)用于低壓低流速以及發(fā)球裝置為清管閥管道的內(nèi)檢測。

2  多模差動渦流內(nèi)檢測系統(tǒng)

多模差動渦流內(nèi)檢測系統(tǒng)并非單指內(nèi)檢測設(shè)備，該系統(tǒng)由多模差動渦流內(nèi)檢測機器人、無源智能跟球儀、檢測分析軟件、智能跟球軟件、用戶檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及內(nèi)檢測缺陷定位技術(shù)組成。該系統(tǒng)實現(xiàn)了從檢測作業(yè)、檢測器跟蹤、信號分析、缺陷定位以及用戶內(nèi)檢測數(shù)據(jù)管理的全流程管理，其中無源智能跟球儀和智能跟球軟件組成了無源智能跟球系統(tǒng)。

2.1  多模差動渦流內(nèi)檢測器

多模差動渦流內(nèi)檢測器整體結(jié)構(gòu)由驅(qū)動皮碗、里程輪系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)和渦流傳感器組成（圖 2）。具有特點如下：

（1）與清管器外形類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計。外形尺寸與清管器類似，高度集成化，體積小巧、重量輕、長度短，收發(fā)球操作像清管一樣簡單，能夠通過1.5 D彎頭，可以使用標準發(fā)球筒、非標發(fā)球筒、清管閥、臨時發(fā)球裝置進行檢測作業(yè)。

（2）大提離高靈敏度渦流探頭配備大提離、高靈敏度低功耗渦流探頭，能夠快速、準確地檢測出管道內(nèi)部裂紋、腐蝕、金屬損失、焊縫異常、針孔等異常缺陷。

（3）推動壓差低至0.1 MPa。高度集成化的設(shè)計，使得檢測器體積小巧、重量輕，低至0.1 MPa的推動壓差即可完成檢測器的運行。

（4）寬泛的檢測速度范圍。采用專利技術(shù)的高頻采樣探頭，能夠?qū)崿F(xiàn)0.1 m/s～8 m/s范圍內(nèi)有效的、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)采集。

（5）對管道清潔度要求不高。專業(yè)研發(fā)的大提離、高靈敏度低功耗渦流探頭對管道清潔度要求不高，檢測前只需要1～2次清管，大大降低了檢測前清管對管道生產(chǎn)的影響。

圖 2 多模差動渦流內(nèi)檢測器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2  無源智能跟球系統(tǒng)

無源智能跟球系統(tǒng)由無源跟球儀和智能跟球軟件系統(tǒng)組成。

（1）無源智能跟球儀。該儀器的數(shù)據(jù)采集單元能夠?qū)崿F(xiàn)對通球過程中產(chǎn)生的多聲源耦合聲場及次聲波陣列信號的采集，并上傳至云端。其輕量化、高度集成、防水防塵、高靈敏度及高采樣率的設(shè)計（圖 3），使得無源智能跟球儀具有現(xiàn)場安裝便捷、可靠性強、靈敏度高的特點；同時，它支持各種通訊技術(shù)的定制化開發(fā)，包括4G、5G、北斗、GPS、Nora網(wǎng)絡(luò)等，以解決不同場景的應(yīng)用需求。

圖 3 無源智能跟球儀現(xiàn)場應(yīng)用圖

（2）智能跟球軟件。智能跟球軟件平臺（圖 4），整合震動次聲信號處理算法以及云臺后臺數(shù)據(jù)處理模型，依托集成事件數(shù)據(jù)庫，智能對清管器/檢測器運行速度、位置等信息進行實時計算、預(yù)測及通報。具體功能包括：過球信號智能判別、檢測器/清管器實時位置和速度計算與推動、跟蹤記錄及報告一鍵導出、地圖應(yīng)用以及與第三方系統(tǒng)對接等。

圖 4 智能跟球軟件平臺界面圖

3  現(xiàn)場應(yīng)用

3.1  “閥發(fā)閥收”應(yīng)用案例

被檢測管道于2019年投運，收發(fā)球裝置均為清管閥，管道規(guī)格為Φ168×6.3 mm，長度約2.9 km，設(shè)計壓力為3.0 MPa，運行壓力為1.65 MPa，日輸送氣量為2.8×104 m3/d～3.2×104 m3/d，輸送介質(zhì)為頁巖氣。

（1）檢測面臨的挑戰(zhàn)。收發(fā)球裝置空間受限，發(fā)球和收球均采用清管閥，常規(guī)檢測器的電子硬件尺寸受限，因而無法采用常規(guī)檢測器進行檢測；工藝控制挑戰(zhàn)大，采用清管閥收球時，由于沒有足夠的減速長度，檢測器存在沖撞清管閥閥芯球筒的風險。

（2）解決方案。為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，根據(jù)收發(fā)球清管閥尺寸定制化設(shè)計和制造了PIGPROX電磁渦流檢測器，并且與客戶針對檢測工藝進行了周密部署與安排。通過采用PIGPRO-TR無源智能跟球系統(tǒng)，在檢測器進站前1 km進行工藝控制，降低檢測運行速度，最終順利完成檢測，并獲得了高質(zhì)量的檢測數(shù)據(jù)。

3.2  低壓低流速原油管道內(nèi)檢測應(yīng)用案例

被檢測管道于2016年投運，線路上無閥室，收發(fā)球筒為標準球筒，管道長度28.45 km，管道規(guī)格Ф219 mm×6 mm。該線于2016年建成投產(chǎn)，設(shè)計壓力2.5 MPa，發(fā)球壓力0.65 MPa，收球壓力0.52 MPa，輸量范圍是420～480 t/d，輸送介質(zhì)類型為含硫化氫原油。

（1）檢測面臨的挑戰(zhàn)。介質(zhì)中含有硫化氫，有較強的腐蝕性；運行壓差約0.1 MPa，理論運行速度小于0.2 m/s，存在運行動力小，運行速度慢的情況，檢測器運行時長約2天，對檢測器長時間穩(wěn)定運行提出挑戰(zhàn)；監(jiān)聽難度大，速度慢，有保溫層，且為沙地，信號不穩(wěn)定，對監(jiān)聽器提出更高的挑戰(zhàn)。

（2）解決方案。根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的風險及挑戰(zhàn)，通過雙方討論，為確保發(fā)球成功，發(fā)球采用以下解決方案：①搜集歷史清管及檢測信息，編寫專項實施方案；②針對該管線進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，新增一節(jié)電池組（圖 5、圖 6），實測續(xù)航時間57 h 23 min，根據(jù)歷史清管時長約51 h，滿足管線檢測要求；③采用公司自研靈敏度高，抗干擾能力強的PIGPRO-TR無源智能跟球設(shè)備。

圖 5 長續(xù)航Φ 219mm電磁渦流內(nèi)檢測器設(shè)計圖

4  結(jié)語

多模差動渦流內(nèi)檢測系統(tǒng)在油氣田管道的成功應(yīng)用，填補了油氣田低壓低流速管道、發(fā)球裝置為清管閥的管道以及不滿足漏磁內(nèi)檢測條件的管道內(nèi)檢測空白，讓原來“unpiggable”的管道變得“piggable”，消除了原來“unpiggable”的管道本體缺陷的管理盲區(qū)。同時PIGPRO-TR無源智能跟球技術(shù)與電磁渦流內(nèi)檢測技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)點式跟球的方式，實現(xiàn)了對檢測器/清管器的實時跟蹤與定位，為管道內(nèi)檢測作業(yè)安全運行提供了有力保障。

作者簡介：孫鵬，1988年生，本科，高級工程師，國家一級注冊建造師、NACE CP3、RT/UT/PT/MT/ECT/MFL等無損檢測工程師，從事油氣輸送管道內(nèi)檢測技術(shù)與市場管理工作。聯(lián)系方式：15708463536，sunpeng@deyuanpipe.com。