非接触式磁应力检测技术在长输管道外检中的应用

非接触式磁检测技术在长输管道 外检中的应用

 注：文章选自《天然气与石油 2019》杂志

                   朱圣平  许  航

                         广西天然气管道有限责任公司，   广西  北海  536000

Application of Non-Contact Magnetic Detection in External Test of Long Distance Pipeline

Zhu Shengping， Xu Hang

Guangxi N atural Gas Pipeline C o．， Ltd．， Beihai， Guangxi， 536000， C hina

Abstract :  The phenomenon of stress concentration will occur at the corresponding position before the  failure fracture of the long-distance pipeline．However， traditional non-destructive testing and magnetic flux  leakage testing  technology  cannot  make  corresponding  early-warning  for  stress  concentration．The  non- contact magnetic detection technology uses the characteristics of magnetic memory of ferromagnetic materials  to collect  and  analyze  the  gradient  of  the  space  magnetic  field  above  the  pipe．It  can  find  the  stress  concentration area of the material and the early damage of the material．The stress concentration area of  Guangxi natural gas pipeline  is  successfully  detected  by  non-contact  magnetic  detection  technology．The  metal magnetic memory detector is used to verify the excavation of points with greater hidden danger．The  conclusion is consistent with the non-contact magnetic detection technology， which proves the feasibility of  non-contact magnetic detection technology．

Keywords :  Non-contact magnetic detection technology ;  Stress concentration ;  Early damage

                                                     收稿日期 : 2018－11－31

                                                  基金项目 : 中国石化广西液化天然气(LNG) 项目(716101)

                                                         作者简介 : 朱圣平( 1967－)，男，湖北荆州人，高级工程师，学士，主要从事长输管道工程建设和运营管理工作。

0    前言

石油、天然气管道用钢多为低合金钢，这 类 材 料 具 有优良的强度及塑韧性，在失效断裂前往往会出现塑性 形变和局部应力集中的现象 。导致管道应力集中发生 的原因很多，一方面施工过程控制不严、强行组对、管沟 底部石块挤压管道、回填时管道下方悬空、弹性敷设曲

率半径过小、土体沉降等都会导致管道宏观意义上的应

力集中［1］ ; 另一方面，管材本身缺陷、焊接带来的热应力 及组织应力、腐蚀形成腐蚀坑等材质的不均匀性都会造 成管道微观应力集中 。在管内交变压力的长时间作用

下，材料的疲劳极易在这些应力集中区引起管道失效开  裂［2－3］ 。所以对管线钢来说，在产生可检测到的裂纹或  缺陷之前，就可能因为焊接、腐蚀、外力、材质本身及工  作载荷等因素产生了应力集中，这些区域往往就是材料  后期失效的萌生点［4］ 。因此，通过对应力集中区的检测  可以找到管体破坏的根源，提前对问题管段进行处理， 避免事故 的 发 生，这 对 国 家 经 济 和 能 源 安 全 有 着 重 要  意义［5－6］ 。

1    非接触式磁检测技术原理

管道施工期 间 的 检 测 以 射 线、超 声 和 磁 粉 检 测 等  方 法 为 主，针 对 的 是 材 料 内 部、表 面 及近表面的缺陷， 以检出宏观体 积 缺 陷 或 裂 纹 为 主 要 目 的，对 事 故 产 生  了一定的预 防 作 用 。在 管 道 服 役 期，主 要 通 过 漏 磁 检  测对管道进行 检 测，同 样 也 是 针 对 材 料 表 面 或 近 表 面  的宏观体积缺 陷，这 种 方 法 需 要 比 较 严 格 的 清 管 和 磁  化条件，只有当 外 加 磁 场 方 向 最 大 限 度 地 同 管 体 的 缺  陷正交时，才能产生最大的漏磁场，从而通过检测仪发  现管体缺陷，在一定程度上检测出问题管段，但是其抗

干扰能力差、容易出现虚假数据，往往会造成不必要的 开挖［7－8］ 。传统的检 测 方 法 对 管 道 的 缺 陷 检 测 起 到 了 一定的作用，但 无 法 早 期 发 现 因 应 力 集 中 而 产 生 的 裂 纹萌生点［9－10］ 。

本文检测金属应力的非接触式磁检测技术与金属 磁记忆检测仪都是利用金属磁记忆的检测方法 。金属 磁记忆可以准确地检测出埋地管道的应力集中区和塑

性形变区，并根据磁异常综合指数判断其相应的危险程

度［11－13］ 。铁磁性材料埋设后受到地磁场的磁化，会在相 应位置产生叠加于地磁场之上的附加磁场 。地磁场的 梯度与管道附加磁场的梯度相比显得非常微弱，因此用 检测仪采集的空间磁场梯度数据主要是由埋地管道激 励出来的附加磁场的信息 。在应力作用下铁磁性材料 的磁畴组织会发生定向和不可逆的重新取向，宏观上影

响了铁磁材料的磁化率，并在应力集中区形成最大地漏

磁场变化，进而引起管道外一定范围内磁场变化，非接  触式磁检测技术正是通过捕捉这部分变化的空间磁场， 从而确定铁磁材料的应力集中区，并根据磁场变化形态  来决定缺陷的危险程度［14－17］ 。相较于漏磁检测，金属磁  记忆检测无需停输、表面处理及额外磁化，设备简单，更  加适于新建或在役管道的应力检测［18］ 。

金属磁记忆检测仪的技术较为成熟，在国内外多条 管道上已得到应用，不足之处是该技术需要对管道进行 开挖，贴近管道采集数据，只能在可能的风险较大点开 挖验证，无法对全段管道进行研究分析 。非接触式磁检 测技术正是针对于此而开发出来的新型管道磁特征数 据采集方 法，可 以 避 免 管 道 开 挖 且 对 全 线 管 道 进 行 检 测，降低了管道外检的费用。

为进一步验证非接触式磁检测技术在实际检测工 作中的可 行 性，本 次 试 验 选 取 了 一 段 新 建 埋 地 长 输 管 道，检测该段管道的应力集中点并根据磁异常综合指数

判断其相应的危险程度，最后通过开挖检测对结果进行 验证［19］ 。

2    检测应用

试验管段位于广西天然气管道山背岭阀室至花屋 洞阀室之间，全长 18. 5 km，管道材质为 X 70 M，外径为 813 mm，壁厚为 14. 2 mm，外 防 腐 为 3 PE，设 计 压 力 为 10 MPa 。非接触式磁检测技术采用非接触式三维高精 度磁应力检测仪对管道正上方的空间磁场梯度数据进 行采集，并确定磁异常点分布和综合应力水平。

在用 PCM 检测完埋地管道的走向和埋深后，探管小  组利用 PMDT 探测仪沿着管道正上方采集空间磁场梯度  数据，并通过式( 1) 对各点的磁异常综合指数进行计算，

将计算结果与表 1 对照，发现试验管道存在 2 个 Ⅱ级应 力集中点及 1 120 个Ⅲ级应力集中点，没有发现 Ⅰ级应

力集中点。

F = A ·e( 1－ )                                                                                    ( 1)

式中 : F 为磁异常综合指数 ; A 为矫正系数，表明了管道 缺陷对磁场变化的影响 ; QɑH，Qφ  为异常区沿管道轴线方 向及背景“静区”中磁场强度分部密度［20］，A/m。

                                                      注:此文为学术论文，涉及相关内容我方已删除，原文链接在文章结尾

4    结论

本文以新建的埋地输气管道为试验对象，应用非接 触式磁检测技术通过非开挖的方式对管道进行了试验 性的外检测工作，并且通过技术较为成熟的金属磁检测 仪对两个风险较大点进行了开挖验证，与试验结果完全 一致 。因此非接触式检测技术可以作为一种新型的检测 长输管道的有效手段，与传统的内外检测技术相互配合验 证，作为确定管道腐蚀率、损伤率和修复时间的依据，此外 该技术费用较低，不需要开挖就可以得到更加全面的管道 信息，也可以作为一种定期监控缺陷部位的技术手段 。本 次试验只进行了 1 次充分性试验，作为发展中的新技术今 后还应进行更多的充分性和必要性验证。

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西南油气田钻成中国石油最深页岩气井

2019 年 5 月 20  日，西南油气田足 206 井钻至 6 240 m 完钻，水平段长 1 500 m，刷新中国石油页岩气水平井井深纪录，为渝西

区块深层页岩气开发奠定基础。

足 206 井是西南油气田渝西区块部署的一口深层页岩气水平评价井，储层埋藏深度 4 245 m，井底静止温度达 130 ℃，是一口 大位移三维水平井，钻井施工及精准着陆难度大。

钻进过程中，西南油气田实行地质工程一体化工作模式，精准建立地质导向模型，使用高性能地质导向工具，整合国内外优 势资源、先进管理模式和先进技术，强化各环节过程管理，严格控制井眼轨迹，克服超深、超高温、大位移带来的水平段地质导向钻 井难题，顺利完成钻井任务。

(曾  妍  摘自中国石油网）

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