非接触式磁应力检测技术及其应用*

注：本文选自《油气田地面工程杂志》（2020）

                                                                  非接触式磁应力检测技术及其应用*

                                                     李春雨 1     李本全 1     冯昕媛 1    乔柏翔 2     曹军峰 3     李程 1

                                                                                                                         1 中国石油青海油田钻采工艺研究院

                                                                                                                          2 中国石油青海油田采油一厂

                                                                                                                          3 中国石油青海油田监督监理公司

Non-contact Magnetic Stress Detection Technology and Its Application

LI Chunyu1， LI Benquan1， FENG Xinyuan1， QIAO Boxiang2， CAO Junfeng3， LI Cheng1        1Drilling & Production Technology Research Institute of PetroChina Qinghai Oilfield Company 2 No.1 Oil Production Plant of PetroChina Qinghai Oilfield Company

3Engineering Supervision Company of PetroChina Qinghai Oilfield Company

Abstract：The non-contact magnetic stress detection technique can be used to detect base metal dam - age and defects by measurement additional magnetic field variations due to piping stress anomalies. It can realize the trenchless comprehensive detection of pipe body defects， which has certain practical signifi- cance for the safe detection of pipes that cannot be detected internally. The gathering and transportation pipeline in Qinghai Oilfield is located in the Gobi desert environment with relatively little interference around the pipeline， so it is a favorable area to apply non-contact magnetic stress detection. The appli- cation and verification results of pipeline magnetic stress detection show that when the defect damage de - gree  of pipeline body  is small， the accuracy  of magnetic stress detection  results can  reach  more than 90% . However， when the overall corrosion of the pipeline is serious， there are leakage points or very serious defects， the magnetic stress test will underestimate its severity， resulting in the failure to detect the defects with serious wall thickness loss or inaccurate test results， which should be used after demon- stration.

Keywords： non- contact  magnetic  stress  detection；  leakage  magnetic  field；  trenchless  inspection； pipeline defect； pressure test

油田埋地管道在服役期间 ，不可避免地会遭受 到机械损伤、腐蚀等破坏 ，同时管道本体存在的缺 陷也会导致管道失效 ，不仅会造成巨大的经济损 失 ，也会导致环境污染风险 ，甚至造成人员伤亡事 件 ，给管道安全平稳运行带来隐患 。管道安全检测与评价是发现并消除管道隐患的重要手段 ，经过多 年发展 ，管道检测技术逐渐形成两大类：一类是直 接检测技术 ，如内检测、超声导波检测等； 另一类 是 间接检测技术 ，如 内腐蚀直接评价（ ICDA） 和 外腐蚀直接评价（ECDA） 相关检测评价技术 。 目前最准确、有效的检测手段是管道内检测 ，但是由 于内检测对管道管径、管输压力、收发球装置以及 管道通过性等方面具有较高要求 ，多应用于大 口 径、长距离管道 ，油田内部油气集输管

道应用较少。

油田内部油水集输管道内腐蚀泄漏是油田金属 管道主要的失效形式之一 。油田集输管道具有距离 短、管径小、压力低、内部结垢等问题 ，同时管道 大多未设计收发球筒 ，一般无法开展内检测 。 内腐 蚀直接评价技术在油水混输管道特别是高含水原油 管道和水管道应用效果不明显 。外腐蚀直接评价无 法全面发现管道存在的缺陷 ，只能局部进行检测评 价 。小口径油水管道缺陷全面检测是目前管道完整 性管理检测评价面临的主要技术难题之一 ，非接触 磁应力检测技术理论上可实现任意管径、长度的金 属管道缺陷全面检测 ，具有较高的应用价值。

本文分析了管道非接触式高精度磁应力检测的 技术原理、特点和缺陷评价与分级情况 ，并通过开 展管道非接触磁应力检测和压力试验对比分析 ，确 定了非接触磁应力检测技术的准确性与适用性 ，为 管道非接触式磁应力检测技术应用提供了参考。

1  非接触磁应力检测技术

1.1  技术原理

非接触磁应力检测是利用金属磁记忆效应来检 测铁磁性金属管道应力集中[1-3]的一种方法 。管道缺 陷作为应力集中源 ，在管道应力作用下产生应力集 中 ，导致管道缺陷及附近区域磁特性发生变化 ，在 地磁场作用下产生畸变磁场 ，以漏磁场的形式表现 出来[4-7] ，通过检测管道漏磁场强弱实现管道缺陷检 测和评价。

非接触磁应力检测技术应用的原理包括磁致弹 性效应、磁致塑性效应、漏磁效应和螺旋漏磁通的 空间分布规律[8-11] 。其中大地漏磁场作为检测时管 道的磁化磁场 ，其空间分布规律对非接触磁应力检 测 技 术 尤 其 重 要 ， 特 别 是 在 埋 地 管 道 缺 陷 识 别 方面。

在管道内流体压力作用下 ，管道受力主要是环 向应力和轴向应力 ，根据材料力学原理 ，考虑环向 应力和轴向应力可计算管道某处位置所受当量应 力 。管道某处当量应力及其大小会影响该处磁场分 布 ，同一管道中应力集中越严重 ，当量应力越大， 剩余磁场强度越大 ，通过检测漏磁场能够确定管道 的应力集中区 ，从而发现金属组织损伤以及管道宏 观缺 陷[12- 13] 。管道 的磁化可 以用磁化模型来描述，地 磁 场 和 应 力 对 结 构 的 影 响 可 以 用 有 效 场 来 量 化[14]。

根据俄罗斯联邦矿工业委员会发布的《运用非 接触式磁检测方法进行管道技术状况诊断指南》， 由管道磁化强度、三维磁场梯度、背景磁场参数可 确定相应的磁异常系数 F  ，如式（ 1） 所示 。磁异 常系数 F 与管道缺 陷导致 的漏磁场相关 ，在一定 范围内与“管道缺陷”严重程度相关。

æ      Q2 ö

è      Q1 ø                                                （ 1）

式 中： A 为矫正系数 ，根据基础数据探坑检测确 定；  Q1 为异常区沿管道轴线方向磁场强度分布密 度 ，A/m ； Q2 为异常区沿背景“静区”中磁场强度 分布密度 ，A/m。

1.2  技术特点

在油田集输管道检测评价领域 ，非接触磁应力 检测具有以下优点：①可以实现管道全面检验 ，避 免管道缺陷的漏检问题； ②利用地磁场对管道进行 磁化 ，不需要额外磁化设备 ，不需要与被检管道直 接接触； ③操作简单 ，检测速度快、效率高 ，可实 现大规模检测； ④不受管道形状和尺寸限制 ，可实 现管道 100%检测。

非接触磁应力检测技术在现场使用时具有以下 限制条件：①管材必须为铁磁性材料； ②管道埋深 ≤20倍管径； ③对管道穿透型缺陷和直径＜ 1 mm 缺 陷不敏感 ，管道穿孔时不可检出； ④并行、同沟敷 设以及管道交叉对检测准确性产生一定影响； ⑤漏 磁内检测会对管道磁状态产生影响 ，应在内检测 2 年后开展磁应力检测； ⑥漏磁场较弱 ，易受其他信 号干扰 ，管道沿线不能有高压、电气化铁路等设施。

注：因本文属于论文，相关内容我方已删除，原文链接文章结尾

5  结束语

非接触磁应力检测技术通过测量管道应力异常 点导致的附加磁变化来识别管道本体损伤和缺陷， 能够实现管道管体缺陷非开挖全面检测 ，对于无法 进行内检测管道的缺陷全面检测具有一定实际意 义 。但应注意的是 ，当管道整体腐蚀较严重 ，存在 超过 70%壁厚损失的缺陷时 ，磁应力检测容易低估 其严重程度 ，导致严重壁厚损失缺陷无法检出或检 测结果不准确 ，应论证后使用。

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作者简介

李春雨：工程师 ，硕士 ，2013 年毕业于 中 国石油大学（北  京） 材料科学与工程专业 ，从事管道和站场完整性管理、 集输工艺研究工作 ，0937-8922101 ，lchunyqh@petrochina.  com.cn ，甘肃省敦煌市七里镇 ，736200。

（编辑  关梅君）

            原文链接： http://www.yqtdmgc.com