牛振宇1 何毅2 姚斌2 馬勇1

1.長(zhǎng)慶工程設(shè)計(jì)有限公司； 2.長(zhǎng)慶油田分公司油田開(kāi)發(fā)事業(yè)部

摘要：隨著非金屬管道在油氣田中的廣泛應(yīng)用，在線無(wú)損檢測(cè)成為保障非金屬管道安全運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)難題[1]。選取在役非金屬管道（1條柔性復(fù)合管和1條玻璃鋼管）為研究對(duì)象，首次系統(tǒng)應(yīng)用微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行缺陷檢測(cè)與評(píng)價(jià)。通過(guò)地面間接檢測(cè)與開(kāi)挖直接檢測(cè)相結(jié)合的方式，獲取了管道的埋深、走向、高程等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并對(duì)管體內(nèi)部纖維間隙、基體變形、分層、材料退化等缺陷進(jìn)行高精度成像分析。結(jié)果表明，微波檢測(cè)技術(shù)能夠有效識(shí)別該類非金屬管道的制造缺陷與服役缺陷，檢測(cè)靈敏度高、結(jié)果直觀，為非金屬管道完整性管理提供了科學(xué)依據(jù)，可為非金屬管道的缺陷檢測(cè)提供參考。

關(guān)鍵詞：微波無(wú)損檢測(cè)；非金屬管道；柔性復(fù)合管；玻璃鋼管

柔性復(fù)合管、玻璃鋼管等因其耐腐蝕、輕量化、易安裝等特性，在油氣田注水、集輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[2]。但非金屬材料在長(zhǎng)期服役中易受介質(zhì)滲透、壓力波動(dòng)、環(huán)境侵蝕等因素影響，導(dǎo)致管體內(nèi)部出現(xiàn)分層、纖維斷裂、材料退化等缺陷。傳統(tǒng)超聲波、渦流等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)非金屬材料的穿透能力受限，操作復(fù)雜，難以滿足在線檢測(cè)需求[3]。研究適用于非金屬管道的檢測(cè)技術(shù)成為行業(yè)迫切需求。長(zhǎng)慶油田某采油廠選取2條在役非金屬管道，探索應(yīng)用微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展缺陷檢測(cè)，以驗(yàn)證其適用性與可靠性，為油田非金屬管道的安全運(yùn)行與維護(hù)提供技術(shù)支撐。

1  微波檢測(cè)技術(shù)原理

微波無(wú)損檢測(cè)是一種基于電磁波與介電材料相互作用的檢測(cè)方法[4]。其原理是通過(guò)分析微波在材料中的反射、透射及相位變化，反演材料內(nèi)部缺陷的形貌與分布，檢測(cè)原理見(jiàn)圖 1。

圖 1 微波無(wú)損檢測(cè)原理圖

2  檢測(cè)方法

2.1  檢測(cè)評(píng)價(jià)對(duì)象

試驗(yàn)選取1條4.5 km柔性復(fù)合管注水干線，投運(yùn)于2021年10月，管徑133 mm，壁厚24 mm，輸送介質(zhì)為采出水，運(yùn)行壓力15.5 MPa；1條3.6 km玻璃鋼管注水干線，投運(yùn)于2012年5月，管徑125 mm，壁厚10 mm，運(yùn)行壓力12.5 MPa。

2.2  檢測(cè)流程

（1）數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理。收集與整理管道設(shè)計(jì)、制造、安裝、竣工、運(yùn)行管理等資料，檢測(cè)與評(píng)價(jià)歷史記錄及資料，失效數(shù)據(jù)文件等。

（2）地面間接檢測(cè)。使用相控雷達(dá)定位儀在地面上方對(duì)管道進(jìn)行探測(cè)，包括管道位置、走向、埋深、高程等，結(jié)合RTK測(cè)繪儀與ArcMap軟件生成管道三維地理走向圖。

（3）高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)選取原則。裸露管段、埋深不足管段、高后果區(qū)管段、高風(fēng)險(xiǎn)管段，選取比例為每公里1～2處。

（4）微波直接檢測(cè)。在2條受檢管道共選取15處高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)開(kāi)挖進(jìn)行微波檢測(cè)（圖 2），采用微波對(duì)管體進(jìn)行全周向掃描，采集缺陷數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件生成缺陷圖譜，結(jié)合缺陷類型及評(píng)判等級(jí)進(jìn)行缺陷定級(jí)。

圖 2 現(xiàn)場(chǎng)直接檢測(cè)

3  結(jié)果與分析

3.1  管道埋深及高程

使用非金屬管探測(cè)設(shè)備，以平均每5 m～10 m一個(gè)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)管道全程的走向、埋深、高程進(jìn)行檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集，結(jié)果見(jiàn)圖 3和圖 4。

圖 3 柔性復(fù)合管管道埋深及高程圖

圖 4 玻璃鋼管道埋深及高程圖

2條管道的埋深實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1，其中柔性復(fù)合管外露更加嚴(yán)重，其埋深最大值為 0.9 m，整體埋深小于0.6 m的點(diǎn)位占比為41%，說(shuō)明該條管道未來(lái)的外露風(fēng)險(xiǎn)更高。玻璃鋼管的埋深最大值為1.2 m，整體埋深小于0.6 m的點(diǎn)位占比為26%，也存在一定程度的外露風(fēng)險(xiǎn)。

表 1 試驗(yàn)管道埋深數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.2  柔性復(fù)合管檢測(cè)結(jié)果

柔性復(fù)合管主要缺陷類型及評(píng)判等級(jí)見(jiàn)表 2。

表 2 柔性復(fù)合管（類）材料缺陷類型及評(píng)判等級(jí)

柔性復(fù)合管選取的6個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)開(kāi)挖微波檢測(cè)圖譜分析顯示（圖 5）， 6個(gè)點(diǎn)位共10處存在不同程度的缺陷，依據(jù)表 2缺陷類型及評(píng)判等級(jí)，逐個(gè)分析單個(gè)缺陷的類型及程度，進(jìn)而評(píng)定單個(gè)缺陷的等級(jí)，分別是纖維間隙（Ⅰ級(jí)）1處、基體變形（Ⅱ級(jí)）2處、分層或纖維與基體（Ⅲ級(jí)）3處、材料退化（Ⅳ級(jí)）4處。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)于Ⅰ級(jí)缺陷，可繼續(xù)使用；對(duì)于Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)缺陷可根據(jù)管道的重要性、輸送介質(zhì)的腐蝕性，采取監(jiān)控或者適當(dāng)?shù)木S修維護(hù)；對(duì)于Ⅳ級(jí)缺陷，建議盡快進(jìn)行維修或更換。

圖 5 柔性復(fù)合管典型纖維間隙和材料退化圖譜示例

3.3  玻璃鋼管檢測(cè)結(jié)果

玻璃鋼管主要缺陷類型及評(píng)判等級(jí)見(jiàn)表 3。

表 3 玻璃鋼管（類）材料缺陷類型及評(píng)判等級(jí)

玻璃鋼管選取的9個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)開(kāi)挖微波檢測(cè)圖譜分析顯示（圖 6），4個(gè)點(diǎn)位共5處存在不同程度的缺陷，依據(jù)表 4缺陷類型及評(píng)判等級(jí)，逐個(gè)分析單個(gè)缺陷的類型及程度，進(jìn)而評(píng)定單個(gè)缺陷的等級(jí)，分別是樹(shù)脂不均、缺失（Ⅱ級(jí)）3處、壁厚減薄（Ⅲ級(jí)）2處。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)于Ⅱ級(jí)缺陷建議進(jìn)行監(jiān)控； 對(duì)于Ⅲ級(jí)缺陷可根據(jù)管道的重要性、輸送介質(zhì)的腐蝕性，采取監(jiān)控或者維修措施。

圖 6 玻璃鋼管典型壁厚減薄和樹(shù)脂缺失圖譜示例

4  結(jié)語(yǔ)

微波檢測(cè)技術(shù)具有高靈敏度、非接觸式檢測(cè)、可實(shí)時(shí)成像等優(yōu)點(diǎn)[5]。長(zhǎng)慶油田首次將微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于非金屬管道檢測(cè)，探索了其在缺陷識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的有效性。檢測(cè)結(jié)果顯示，微波技術(shù)能夠精準(zhǔn)定位管體內(nèi)部缺陷，為管道維護(hù)決策提供科學(xué)依據(jù)。下一步將進(jìn)一步優(yōu)化直接檢測(cè)前間接檢測(cè)和高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)選取，提高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)選取的可靠性，同時(shí)，采用數(shù)字射線、相控陣等其他檢測(cè)手段驗(yàn)證微波檢測(cè)結(jié)果[6]。隨著設(shè)備智能化與標(biāo)準(zhǔn)體系的完善，微波技術(shù)有望成為非金屬管道完整性管理的重要手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]于昊言，李勤勤，金淇，等.非金屬管道的微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)綜述[J].測(cè)控技術(shù)，2023，42(05)：12-27.

[2]符中欣，趙春，張昆.油田非金屬管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].石油機(jī)械，2024，52(10)：144-152.

[3]王勇，周立國(guó)，李明.非金屬油氣管道無(wú)損檢測(cè)與適用性評(píng)價(jià)技術(shù)現(xiàn)狀[J].塑料工業(yè)，2022(z1)：1-4。

[4]韓方勇，李金武，王一帆，等.玻璃鋼管的微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2019，30(03)：7-10+50.

[5]邵澤龍，左延田.聚乙烯管道的微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究[J].化工裝備技術(shù)，2024，45(06)：1-5.

[6]彭善碧，趙菂雯，盧泓方，等.國(guó)外石油天然氣行業(yè)非金屬管道檢測(cè)技術(shù)[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2022，18(12)：49-57.

作者簡(jiǎn)介：牛振宇，1982年生，高級(jí)工程師，注冊(cè)安全工程師，西南石油大學(xué)碩士生導(dǎo)師、兼職教師。2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）油氣儲(chǔ)運(yùn)工程，現(xiàn)主要從事油氣管道和站場(chǎng)完整性管理技術(shù)研究工作。聯(lián)系方式：18691804400。