PCM对天然气管道外防腐层的检测评价.pdf

6 6 石油仪器 P E T R0L E U M I NS T R UME N I S 2 01 4年 4月 方法研究 P C M 对天然气管道外防腐层的检测评价 徐琰 湖北省天然气发展有限公司湖北 武汉 摘 要 文章介绍了用 P C M 多频管中电流法对管道外防腐层破损点进行检测的原理和外防腐层安全评价方法。结合 P C M 对湖北省境 内某长输天然气管道的现场试验 ，验证了该方法的准确性和科 学性。同时，根据现场经验 ，给 出了 P C M 在使用过程 中的建议与注意事项 。 关 键 词P C M；破损点；检测；防腐层评价 中图法分类号T E 8 8 文献标识码 B 文章编号1 0 0 4 9 1 3 4 2 0 1 4 0 2 0 0 6 6 0 3 0 引 言 目前埋地钢质管道是天然气传输的主要载体， 而 外防腐层与阴极保护相结合的方式是普遍采用的复合 防腐技术 。 外防腐作为管道防腐保护主要手段其功能 是阻隔钢质管和外界腐蚀环境的接触 ， 而阴极保护只 是针对防腐层破损处的钢质管道外壁实施保护 。 理想 的外防腐层应具备有足够的使用寿命 、 绝缘性和连续 性 ， 但防腐层在制作和施工过程中不可避免地会出现 缺陷损伤，并在埋人地下后 ，受环境、地质等因素的 影响 ，会产 生剥离、腐 蚀、老化、穿孔、泄露等现 象 ，直接影响到管道的安全运行和使用寿命 ， 造成严 重的经济损失_ 1 ] 。利用 P C M 对管道防腐层进行非开 挖式的检测和评价 ，就能有 目的、高效、经济地对管 道进行维护和维修，跟踪保障管道的安全运营 。 1 P CM 检测评价原理 1 ． 1 P CM 检测评价的构成 P C M 检测评价 系统由检测仪和数据分析处理两 部分组成 。其中检测仪由发射机、接收机、A字架及 地极构成 ，如图 1 所示 。发射机 的作用是 向钢质管道 输入一个特定频率或多个频率组合的激励信号， 接收 机则用于在地面上采集管道中激励信号， 采集信号 的 强弱是定性判断外防腐层有无漏点的依据 ， A字架用 于对外防腐层破损点进行精确定位。 数据分析处理部 分则将采集数据经过数学处理计算 出各管段防腐层平 均绝缘电阻值 ，并根据其绝缘值来评定外防腐层，确 定质量等级 。 图 1 P C M 检测仪组成 1 ． 2 P CM 检测原理 自发射机施加给检测管道的正弦交变电流信号会 沿管道两侧传播，同时管道周围会产生与流经电流大 小成正比的电磁场 ，随着传输距离的增加 ，电流信号 将有规律地衰减_ 1 j 。一般管道外防腐层性能越好，其绝 缘电阻值越高，电流衰减系数越小，反之则大 2 J 。按一 定间距采集的管中电流， 与距离 呈指数关系衰减， 即 ， ／ o e 一 1 式中 ／ o 为发射机供人点的管道电流值 ； 为接收 器检测点与供人点的间距 ；。 【 为衰减系数 。 在利用 P C M 对管道实施检测时形成的管 一地回 路可看成分布参数电路 ，其等效电路如图 2所示，其 中， 尺 表示管道的纵 向阻抗 ， ￡ 表示管道 电感 ，G 。 表示 土壤 的内阻抗，G 表示管道防腐层横向漏电导纳 ，C 表示管道的分布电容 。 图2 管一地回路等效电路 第一作者简介 徐琰，女，1 9 8 4年生，硕士研究生。2 0 1 2年 6月毕业于西南石油大学油气测控专业 ，现在湖北省天然气发展有限公司从事省 内天然气长输管线建设 工作 。邮编4 3 0 0 7 4 2 01 4年 第 2 8卷 第 2期 徐琰 P C M对天然气管道外防腐层的检测评价 6 7 在理论上 ， 可以把原本并不均匀的参数看成均匀 地分布于回路的每一微段 之中 ， 电路模型得以大为简 化[引 ，得到式 2 ,／ 2 丁 R G- c o 2 L C√ R 6 D 上 G ∞ C 2 从式 1 中不易直接看出采集到的管中电流 与 衰减系数a 之间的关系，为此将管中电流辟专 换成分 贝 电流 来进行判断 ，即 K2 0 1 g ／ 3 】 ， I a B 2 一 1 ／ 2 “ 2 一 4 当测 得管道 中某 两点 处 电流值 时 ，将式 1 、 2 、 3 代人 4 可得到 y 8 ． 6 8 6 a F 妒，t ，P ，R，R P ，C， 5 其中 为管径 ；f 为管道壁厚 ； P 为管材电阻率 ； 一叠 衄 圆 为绝缘电阻 。 由此可见 ，分 贝电流变化率】 ， 与衰减系数0 [ 成正 比。当检测 同类型管道 时，管道各 电特性参数是定 值 ，故 的异常变化必是由 的变化引起 。因此现 场检测时可以根据检测到电流信号衰减变化来对外防 腐层性能进行实时定性判定 。 当管道外防腐层分布均匀完整时 ， 其绝缘电阻率 的差别不大 ，管道中分贝电流 与管道距离贼 线性 关系， 其中线性斜率的大小由管道防腐层的电阻率决 定 。 在管道外防腐层出现破损时，电流会通过破损点 流向大地 ，就会出现破损点处电流衰减率 Y值会 突然增大 ， 电流衰减率与距离的曲线图上就会产生明 显的脉冲突变 ，以此判断出该点处防腐层异常_ 4 ] ，对 比如图 3 所示 。 兽 V 鳝 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 40 0 0 5 0 O 0 距离， m 距离 a 防腐层良好时 b 防腐层破损时 图3 防腐层分贝电流衰减示意图 1 ． 3 P C M 评价标准 在定性地确定 了防腐层存在破损点后 ， 需要通过 软件计算出外防腐层绝缘电阻值来定量判断防腐层质 量状况 。 根据行业标准 埋地钢质管道沥青防腐层绝 缘大修技术规范 及 埋地钢质管道干线电法保护技 术管理规程 ，外防腐层安全质量状况分级评价如表 1 [ 5 ] 所 示 。 表 1 外防腐安全质量状态分级评价 2 实例应用分析 2 ． 1 检测评价操作步骤 检测对象是湖北省境内某条天然气长输管道 ， 选 取其中检测 的 7 5 0米管段进行实例分析 ，管道直径 6 1 0 mm，壁厚 l 2 ． 7 mm，管道钢级为 L 4 1 5 M，管道 防腐采用 3 P E和强制电流阴极保护相结合 的方式， 设 计压力为 6 - 3 MP 。检测评价流程见图 4 。 骤1 P C M发射机H 步骤2 P C M接收杌l _ 步骤3 数据处理 萋 lI耋 J J J J蓁 J J I J萋 Jf J J I I羹 II I J l J 图4 检测评价流程图 步骤 1 首先将发射机机一端与待检管道连接， 8 融 ∞ 鼹“ ， E 弓v _ 繁麟 2 01 4年 第 2 8卷 第 2期 朱建新 袖套式复合射孔技术在胜利油田的应用 7 1． 固井状况 射孔段上下 5 0 r n固井质量良好、套 管完好 。 适用范围 新井射孔后投、旧井改造 ；水井降压 增注 ；油井近井污染带改造 ，改善渗流特性 ；解除由 于修井 、补孔等作业造成的产层近井带堵塞 。 6 袖 套式 复合射 孑 L 技术在胜 利油 田现场应 用 实例 [ 、 ] 油井应用实例 1见表 3 。 N3 5 一 斜 3 3井济阳坳陷东营凹陷牛庄一 六户洼陷带 N3 5 一 B砂体 。 N3 5块沙三中储层埋藏深 ， 压实作 用强 ， 胶结较致密 ，储油物性较差 ，储层岩性较细 。 N3 5 井 区沙三中 N 3 5 一 B砂体为粉、 细粒岩屑长石砂岩 ， 砂岩 碎屑成份主要由石英 、长石、岩 屑组成 ，其中石英平 均含量 4 0 ． 6 ％、长石 3 2 ％，岩块含量为 2 1 ． 4 7 ％，砂岩 分选中等偏好 ，分选系数 1 ． 6 7 ，粒度中值 0 ． 1 7 ，C值 0 ． 4 6 ，孔隙度平均为 1 3 ． 7 ％，渗透率平均为 1 1 1 0 3 I x m ，为低孔低渗储层 。 表 3 油井应用实例 1 水井应用实例 2见表 4 。 S 3 6 ． 斜 6 位于济阳坳陷东营凹陷中央断裂背斜带 史深 1 0 0地区龙居店鼻状构造 。 该井区单砂体内部 的 物性变化受沉积微相控制 ， 核部砂体孔渗性最好 ，中 部次之 ，边部砂体较薄 ，孔渗性最差 。岩性一般为石 英质粉细砂岩 ， 石英含量为 3 1 ％-4 6 ％， 长石含量为 3 1 ％～ 3 9 ％，胶结物含量以泥质为主，一般为 8 ％左 右 ，高岭石含量为 2 6 ％ 5 3 ％， 其次为伊蒙混层粘土 矿物 ，含量为 2 3 ％～ 4 5 ％。储层具有弱酸敏 、非碱 敏、非- 弱盐敏 、弱一 中水敏 、非速敏 。孔隙度平均为 1 1 ． 2 ％，渗透率平均为 9 1 0 _ 。 i． t m2 ，为低孔低渗储层 。 表4 水井应用实例 2 7 结论 袖套式复合射孔技术参考国外超正压射孔作业技 术原理 ， 设计研发了独特的复合固体推进剂配方和产 品，在射孔枪外直接套装袖套式推进剂 ，大大提高了 装药量，在安全可靠的前提下，充分发挥了推进剂的 效能 。不难看出其显著的优势 1 结构简单 、方便现场操作 ； 2 性能稳定 、安全可靠 ； 3 使用范围广泛 ，技术适用性强 ； 4 增注增产效果显著 、推广价值高 。 袖套式复合射孔技术正逐步成为改造低孔渗储层 产能的一项成熟高效技术。 从胜利油 田的成功实例中 看出， 袖套式复合射孔技术必将在以后更为广泛的应 用中为缓解我国能源危机 、 提高能源自给率做出巨大 贡献 。 参 考 文 献 【 1 ]程红伟．袖套式射孔技术的原理及应用 [ J ] ．断块油气田， 2 0 0 3 ，1 0 3 [ 2 】杜勇，李积祥，张丽，等．袖套式推进剂射孔技术在 特低渗油田的应用 [ J 】 ．石油地质与工程，2 0 1 2 ，2 6 3 [ 3 ]孙丽，张敏．袖套式推进剂超正压复合射孔技术及其 应用 [ J ] ．企业技术开发，2 0 1 3 ，3 2 2 8 [ 4 ]窦让林，董大鹏，李刚，等．袖套式射孑 L 压裂复合技术 在文流油田的应用 [ J ] ．油气井测试，2 0 0 3 ，1 2 5 [ 5 】董风铃，张俊茹，李峰华，等．袖套式射孔压裂复合技术 在濮城油田的应用 [ J ] ．内蒙古石油化工，2 0 0 3 ，2 9 4 收稿 15 1 期 2 0 1 3 1 2 - 1 2 编辑 梁保 江 上接 第 6 8页 参 考 文 献 【 1 】 王廉祥． P C M 技术在埋地管线外防腐层破损检测中的应用 [ J ] ．中国石油和化工标准与质量，2 0 0 9 ，2 9 1 1 [ 2 】 周小博． 埋地管道外防腐层 P C M检测技术研究及应用 [ J ] l 现代机械，2 0 0 9 ，1 9 2 [ 3 ] 严大凡， 翁永基． 油气长输管道风险评价与完整性管理 [ M] ． 北京化学工业 出版社，2 0 0 5 ． [ 4 ]于培林，姚安林．油气管道外检测技术的综合应用 [ J ] _天 然气与石油，2 0 0 8 ，2 6 1 【 5 】S Y ／ T 5 9 1 8 ． 2 0 0 4 埋地钢质管道外防腐层修复技术规范 [ s ] 收稿 日期2 0 1 3 1 0 3 0 编辑姜婷