一种在役油气管道河流穿越段电磁‑声波检测方法与流程

本发明属于工程管道检测领域，尤其涉及一种在役油气管道河流穿越段电磁-声波检测方法。

背景技术：

水下管道是敷设在江、河、湖、海的水下用来输送液体、气体或松散固体的管道。水下管道不受水深、地形等条件限制，输送效率高、耗能少。大多数埋于水下土层中，因而检查和维修较困难。登陆部分常处于潮差段或波浪破碎区，易受风浪、潮流、冰凌等影响。

水下穿越管道作为长输管道系统中的重要组成部分，一旦发生露管、悬空将直接威胁到管道的安全运行。目前水下穿越管道检测方法与手段主要包括潜水员观测、多波束条带探测、集束光水下图像系统探测、水下机器人探测、one-pass水下穿越管道检测系统，其中one-pass水下穿越管道检测系统有成熟先进的技术和设备，但其并不具备良好的经济实用性。

技术实现要素：

本发明的内容在于，提供一种在役油气管道河流穿越段电磁-声波检测方法，该方法通过电磁-声波组合测试方式，可以将穿越段管道位置坐标、标高、稳管、穿越段管道、套管及环境状况等，以声像、数据的形式储存，从而为以后穿越段管道的监测提供基础数据和资料，以了解穿越段管道的变化。该方法非接触的检测穿越管道的实际状态(包括穿管的埋深、覆土层厚度、防腐层破损点等参数)，还能检测穿越河流段的地形参数数据，并在后续工作中将上诉检测数据进行综合处理得出穿管评价状态报告。该方法具有稳定、数据可靠、自动化成度高、经济性好的优点。并且通过参考穿管评价状态报告，可以为水下穿越管段的安全评价及大修提供了直接依据。

本发明的方案如下，一种在役油气管道河流穿越段电磁-声波检测方法，包括以下步骤：步骤1、资料收集：收集待检测穿越管段的理论状态数据；

步骤2、现场踏勘：收集待检测穿越管段的影响因素数据；

步骤3、管道检测：采用电磁-声波检测方法检测穿越管段的实际状态数据，并将获得的穿越管段的实际状态记录；

步骤4、评价数据及分析处理：对步骤3中得到的数据与步骤1和步骤2中的理论状态数据和影响因素数据整合处理成穿越管段状态评价数据；

步骤5、数据结果处理及出具报告：整理步骤1至4中所有的检测数据，并将检测数据进行后处理，并出具检测报告。

由于采用上诉技术方案，采用了电磁-声波检测方法检测穿越管段的实际状态，与目前采用的各种水下管道检测方法相比，具有操作灵活方便、成本低等优点。并且由于步骤5的数据处理，可以直观的反应穿管实际状态与理论状态的差别，为后续水下穿越管段的安全评价及大修提供了直接依据。

进一步的，在所述步骤1中，所述的穿越管段的理论状态数据包括管段的地理位置数据、管段穿越长度数据、管段管径尺寸数据、管段防腐层类型数据。

由于采用上诉技术方案，在初期调查时，将穿越管段的理论数据进行汇总，通过分析判断初步评估管道适合于哪种检测方法及可能面临的问题，确定现场踏勘重点。

进一步的，在所述步骤2中，所述穿越管段的影响因素数据包括河面宽度、水流流速、各穿越断面的竣工资料和已知控制点成果。

由于采用上诉技术方案，在需要检测的河流段实地调查，实地测试取得河面宽度、水流流速、各穿越断面的竣工资料和已知控制点成果的数据，为步骤3的检测方法提供现场实地数据支撑。并且由于充分考虑上诉数据的介入因素，能够更好的在步骤3中细化、制定检测方案。

进一步的，在所述步骤3中，所述组合测试方法包括：步骤a、利用电磁法对管道定位深度检测及管道防腐层破损点检测；步骤b，使用声纳技术测量水深并测绘河床等高线。

由于采用上诉技术方案，可以在步骤a中采用低频电磁信号探管仪和动态影像仪测量管道的埋深检测及管道防腐层破损点检测；在步骤b中采用常见的声纳测深仪测量水深。

进一步的，还包括将步骤a和步骤b中的检测数据通过rtk-gps技术进行处理，将所述的数据分别关联gps位置信息，并将关联gps位置信息后的数据记录。

由于采用上诉技术方案，以步骤3的电磁法和声纳技术为基础，辅以实时动态载波相位差分技术(rtk)，将穿管状态、穿越河流的地形参数和gps组合处理，目的在于将数据能真实、可视的反映。并且由于gps-rtk技术中能在系统内组成差分观测值进行实时处理，能够方便的找到不同穿管状态、穿越河流的地形的三维位置(x，y，z)，具有一一对应性。将gps-rtk应用于穿越段管道敷设情况检测，检测更加准确、快速。所述的通过rtk-gps关联关联gps位置信息的方式，可采用通过ashtechz-xrtk快速卫星定位系统实现。

进一步的，所述步骤a中的防腐层破损点检测方法包括，在水面上采用acvg间接检测技术对管道防腐层漏损点进行检测，把a字架的两个电极分别设置于船头和船尾并与水面接触，所述测量船在管道正上方沿着管道方向以不大于1m/s的速度检测管道破损点信息。

在上诉技术方案中，利用常见的acvg间接检测技术对管道漏损点进行检测，其中一种较为常见的做法为：将低频电磁信号探管系统发射机架设在岸上发射信号，把发射机的信号频率调至合适值；在非铁制船体上使用rd8000接收机准确探测水下管道位置，并用经过改造的a字架检测破损点(把a字架的两个电极一个置于船头并于水面接触，另一个固定在船尾并与水面接触)，船在管道正上方沿着管道方向以不大于1m/s速度检测管道破损点信息，此处检测速度由技术人员设定，推荐的速度值为0.5m/s。当发现有破损点后船停止前进，然后使用常规a字架在该处前后左右进一步确定管道破损点的具体位置，并采集该破损点处的管道埋深、gps坐标、db值大小等信息。

其中采集到的管道防腐层破损点后，acvg间接检测系统会检测出有一个确定的对应db值，根据不同的行业标准进一步判断该处是否应修复(判断db值)。

进一步的，所述步骤b包括2个环节：环节1、测水深与步骤a中管道定位深度测量同步进行，所述数据采集采用手动方式；环节2、测深仪自动数据采集，并将每个测量点的gps高程与水深数据进行采集，并将数据合并处理后测绘出河床等高线。

进一步的，所述环节1包括，使用低频电磁信号探管仪和动态影像仪确定管道的中心位置，并同时探测管道定位深度，在确定位置的同时采用rtk系统与测深仪对管道进行瞬时定位，并测出此点的瞬时水深；所述环节2包括，将测深仪固定在船的一则，随着船行的速度测深仪随着船行的速度测深仪按每3秒一次的频率自动采测水深数据并储存。

由于采用上诉技术方案，环节1将管道定位深度测量与水深测量同步进行，在测量管道定位深度的位置同时测量水深，就可以得到管道覆土层的厚度，其中：

管道覆土层厚度＝管道定位深度-管内信号至管顶的距离-水深。

所述管内信号至管顶的距离推荐为：d400以下规格管道建议1/2管径；d400以上规格管道建议1/3管径。并且通过将测量的所有管道覆土层厚度数据与水深数据及gps信息进行整合，即可绘制管道俯视图(包括管道两侧各30m范围的河床等高线和陆地标识物)和管道与河床的剖面图。

环节2的目的在于，测深仪可按一定间距或者一定时间间隔进行自动数据采集，将每个测量点的gps高程减去该点的水深即可测绘河床等高线，从而了解河床的情况。其中，在测量水下河床地形图的时候，将测深仪固定在船的一则。此时在岸上利用全站仪进行全数字化地形数据采集，管道覆土层厚度h可以由管道定位深度hp与水深hg确定：h＝hp-hg。所述的全站仪可以采用莱卡tc720全站仪、拓普康全站仪、s3水准仪组成。

当水下穿越管道距离较长或地形起伏较大，持别是在丘陵地区和山区时，大地水准面的形状更为复杂，为取得理想的拟合高程精度，可采取二次多项式进行分段拟合。

如存在m个这样的高程变化点ζm，就可以依据上式列出m个方程:

通过最小二乘法可以求解出多项式的各项系数，从而确定高程。

其中：

dbi＝bi-b0i；

dli＝li-l0i；

n为gps网的点数。

进一步的，还包括对管道水平变形量测量；所述管道水平形变测量方法包括：使用探管仪确定管道检测基准线；实测管道gps信息绘制管道实际线路；将检测基准线与管道实际线路比较并通过gps数据计算得出管道水平位移的距离。

由于采用上诉技术方案，理论上穿越段管道在俯视图上应表示为出、入河床点连接的直线段，管道水平形变测量的方法是通过探管仪确定穿越段管道走向后在河流两岸的管道位置处测量gps信息，即可绘制管道检测基准线。

在水面上按一定间隔实测管道gps信息，可绘制管道实际走向线路，将检测基准线与管道实际走向线路绘制在同一张图上，就可以看出管道是否发生了水平位移，通过gps数据计算，可得出管道水平位移的距离。该数据的目的在于，通过管道水平形变测量有助于了解河床受冲刷的情况，并为下次检测提供数据基础。

进一步的，在步骤4中，将步骤1至3所有取得的检测数据利用南方cass系统进行绘制出图，包括：绘制穿越断面的平面带状图、河床断面图、管道埋深的断面图，判断管道是否露出河床表面或悬空结论，并出具穿越管道的检测报告。

由于采用上诉技术方案，利用现有技术中常用的南方cass系统进行绘图、出具数据检测报告，将所述数据可视化的处理，直观的为后续水下穿越管段的安全评价及大修提供直接依据。

综上所述，由于采用了上诉技术手段，本发明的有益效果为：

1、本发明的油气管道河流穿越电磁-声波检测方法，通过使用一套可操作性强、经济实用的水下穿越管道检测系统来实现。与目前采用的各种水下管道检测方法相比，该方案具有性能稳定、数据可靠、自动化成度高、操作灵活方便、技术先进、成本耗费低等明显优点。

2、本发明的在役油气管道河流穿越电磁-声波检测方法，技术成熟，应用实例多，管道检测深度：小于等于20m；管道埋深检测精度：深度5m内±3％h，深度5—10m内±10％h，深度10—20m内±20％h；h为管道埋深；水深检测深度：0.3m—600m；水深检测精度：±1cm+0.1％h；h为水深；gps定位精度：水平±1cm，高程±2cm。

3、本发明的在役油气管道河流穿越电磁-声波检测方法，灵敏度也大大提高，漏检率大大降低，检测费用大大降低，操作风险低，易于现场实施。

4、多种探测设备集成使用，探测精度高，通过得到的管道剖面图和平面图、管道附近河床地形模拟图、结合竣工图可分析出稳管措施和管道位移情况。

附图说明

图1为本发明的检测方法所使用的系统组成框图；

图2为管道覆土层厚度确定方法的示意图；

图3为电磁法定位管道定位深度检测的示意图：

图4为电磁法定位管道定位深度的原理示意图；

图5为在水面上采用acvg间接检测技术对管道防腐层漏损点的a字架布置示意图；

图6为通过本方法得出的河床剖面图、俯视图的示意图；

图7为利用该方法所进行的具体测量某穿越管道断面图；

图8为利用该方法所进行的具体测量某穿越管道地形图；

图中标记：1、a字架；2、电极；h、管道覆土层厚度；hg、水深；hp、管道定位深度。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图1至图8对本发明的结构作详细的描述。

实施例1：如图1至6所示，一种在役油气管道河流穿越段电磁-声波检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、资料收集：收集待检测穿越管段的理论状态数据；所述理论状态数据包括地理位置数据、管段穿越长度数据、管段管径尺寸数据、管段防腐层类型数据。

步骤2、现场踏勘：收集待检测穿越管段的影响因素数据；所述穿越管段的影响因素数据包括河面宽度、水流流速、各穿越断面的竣工资料和已知控制点成果。

步骤3、管道检测：采用电磁-声波检测方法检测穿越管段的实际状态数据，并将获得的穿越管段的实际状态记录；所述组合测试方法包括：步骤a、利用电磁法对管道埋深检测及管道防腐层破损点检测；步骤b、使用声纳技术测量水深并测绘河床等高线；所述的步骤a和步骤b中的检测数据通过rtk-gps技术进行处理，将所述的数据分别关联gps位置信息，并将关联gps位置信息后的数据记录；所述组合测试方法还包括：对管道水平变形量测量；所述管道水平形变测量方法包括：使用探管仪确定管道检测基准线；实测管道gps信息绘制管道实际线路；将检测基准线与管道实际线路比较并通过gps数据计算得出管道水平位移的距离。

步骤4、评价数据及分析处理：对步骤3中得到的数据与步骤1和步骤2中的理论状态数据和影响因素数据整合处理成穿越管段状态评价数据；具体做法为，将步骤1至3所有取得的检测数据利用南方cass系统进行绘制出图，包括：绘制穿越断面的平面带状图、河床断面图、管道埋深的断面图，判断管道是否露出河床表面或悬空结论，并出具穿越管道的检测报告。

步骤5、数据结果处理及出具报告：整理步骤1至4中所有的检测数据，并将检测数据进行后处理，并出具检测报告。

优选的，如图3和4所示，所述步骤a中的防腐层破损点检测方法包括采用acvg间接检测技术对管道防腐层漏损点进行检测。

优选的，所述步骤b包括2个环节：环节1、测水深与步骤a中管道定位深度测量同步进行，所述数据采集采用手动方式；环节2、测深仪自动数据采集，并将每个测量点的gps高程与水深数据进行采集，并将数据合并处理后测绘出河床等高线。

优选的，所述环节1包括，使用低频电磁信号探管仪和动态影像仪确定管道的中心位置，并同时探测管道定位深度，在确定位置的同时采用rtk系统与测深仪对管道进行瞬时定位，并测出此点的瞬时水深；所述环节2包括，将测深仪固定在船的一则，随着船行的速度测深仪随着船行的速度测深仪按每3秒一次的频率自动采测水深数据并储存，并且此时在岸上利用全站仪进行全数字化地形数据采集。

所述环节1将管道定位深度测量与水深测量同步进行，在测量管道定位深度的位置同时测量水深，就可以得到管道覆土层的厚度，其中：

管道覆土层厚度＝管道定位深度-管内信号至管顶的距离-水深。

环节2的目的在于，测深仪可按一定间距或者一定时间间隔进行自动数据采集，将每个测量点的gps高程减去该点的水深即可测绘河床等高线，从而了解河床的情况。其中所述的全站仪可以采用莱卡tc720全站仪、拓普康全站仪、s3水准仪组成。

如图2所示，利用环节2测算的数据，管道覆土层厚度h可以由管道定位深度hp与水深hg确定：h＝hp-hg。

优选的，如图6所示，在管道水平变形量测量后绘制的管道实际走向线路，将检测基准线与管道实际走向线路绘制在同一张图上，就可以看出管道是否发生了水平位移，通过gps数据计算，可得出管道水平位移的距离。

实施例2：如图5所示的，一种优选在步骤a中检测防腐层破损点的具体实施方法，将低频电磁信号探管系统发射机架设在岸上发射信号，把发射机的信号频率调至合适值；在非铁制船体上使用rd8000接收机准确探测水下管道位置，并用经过改造的a字架1检测破损点，把a字架的两个电极2一个置于船头并于水面接触，另一个固定在船尾并与水面接触，船在管道正上方沿着管道方向以不大于1m/s速度检测管道破损点信息，此处检测速度由技术人员设定，推荐的速度值为0.5m/s。当发现有破损点后船停止前进，然后使用常规a字架1在该处前后左右进一步确定管道破损点的具体位置，并采集该破损点处的管道埋深、gps坐标、db值大小等信息。

实施例3：为选取某气矿的某段州河穿越管道506.71米管道进行实地的检测示例，其中图7为所述某穿越管道断面图，图8为所述某穿越管道地形图：

步骤1、首先对该段被检测管道的设计，运行，操作文件进行了分析。该穿越段管道的总长度为506.71米,运行的时间为2007年，其中管径为168mm，防腐层类型为3pe，穿越方式为定向钻，穿越河流名称为州河。定下检测周期为33天。

步骤2、对该条穿越段管道进行现场实地勘察，记录河面宽度，水流流速，向管道部门收集各穿越断面的竣工资料，和已知控制点成果。

步骤3、进行检测，低频电磁信号探管系统和动态影像仪的发射机架设在岸上发射信号。在岸上设立固定控制点，将rtk的基站架在控制点上，并校点。测试比对低频电磁信号探管仪和动态影像仪，以及对gps进行校核。

在非铁制船体上安装好测深仪，并将gps移动站与测深仪连接。调试信号；反复测试水深，管道埋深，河床高程等。

步骤4、对数据进行处理，当所有数据采集完成之后，将采集得的数据全部转入计算机内，如图7所示，利用南方cass专业成图软件绘出穿越断面的平面带状图、河床断面图以及管道埋深的断面图。如图8所示，利用南方cass专业成图软件绘出管道穿越地形图。对于管道是否露出河床表面，或是悬空，可以立即得出结论。

步骤5、汇总各种资料得出检测成果表，并汇报业主方整改。

如下所示，进行步骤1至5后，所得结论与成果表：

a)穿越北岸为铁山北方向，为平坦耕地；南岸为铁山方向，管线沿山坡直上；穿越处河床地形有3-4m起伏；管道正下方河床出现有明显坑状；

b)管道穿越段在水域东边一侧与穿越基准线有最大2.8m的水平偏差，该处水域为主要航道；

c)穿越警示牌完好，但警示牌不明显；

d)管线绝大部分浮管；浮管长度446.7m；平均浮管高度2-3m，管道外防腐层良好；

e)建议参照gb50423-2013《油气输送管道穿越工程设计规范》及相应管道建设、验收资料增加稳管构筑物，避免洪水、砂石对管道的直接冲蚀；加强对该处河段通航船只、采砂船只的监管力度，避免采砂、抛锚对已浮管道的破坏。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。