CN105467000B - 埋地管道管体缺陷非开挖检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种埋地管道管体缺陷非开挖检测方法及装置，属于埋地管道检测方法及设备领域，为解决现有的埋地管道非开挖检测方法无法定量分析管体缺陷的问题而设计。本发明提供的埋地管道管体缺陷非开挖检测方法为根据磁梯度张量和磁场矢量值获得管体缺陷点与地面测量点的距离值；根据管体缺陷点与地面测量点的距离值、磁场矢量值获得管体缺陷磁矩从而定量评价管体缺陷等级。本发明提供的埋地管道管体缺陷非开挖检测装置至少包括壳体和设置在壳体内的用于检测磁场矢量值的多个检测元件。本发明埋地管道管体缺陷检测方法能够定量评价缺陷等级且缺陷评价的准确性和可靠性较高。本发明埋地管道管体缺陷检测装置对管体共生缺陷具有较高分辨力。

Description

埋地管道管体缺陷非开挖检测方法及装置

技术领域

本发明涉及埋地管道检测方法及设备领域，具体涉及一种埋地管道管体缺陷非开挖检测方法及用于实现上述检测方法的装置。

背景技术

管道运输是石油、天然气的主要运输方式，陆地长输油气管道一般采用埋地铺设方式。埋地油气管道在运行中受土壤与输送介质腐蚀、疲劳、自然灾害、违章施工、打孔偷盗等影响，易发生腐蚀、变形、开裂、泄漏、燃烧、爆炸等事故，为确保油气管道安全运行，必须及时检测、发现管道缺陷并评价其对管道安全的影响。埋地油气管道检测分为内检测和外检测：(1)内检测是将检测仪器置于管道内部，利用管道压力驱动完成检测，其缺点是对管径、弯管曲率半径、压力、介质流速等有限制，检测前需清管、检测成本高、存在堵管风险。(2)外检测是将检测仪器置于管道外部，根据仪器是否与管道本体直接接触，又分为开挖检测和非开挖检测，其中，开挖检测属破坏性检测，需要开挖、剥去管道防腐(保温)层、检测、管道包覆、回填等操作，工程量大、耗时长、且评估可靠性与开挖管段有关。当前埋地油气管道迫切需要非开挖检测技术，一方面，不与管道直接接触，无需清管、开挖，降低检测成本，另一方面，对管道参数及其运行条件无限制，检测要求低，操作风险小。

现有一种埋地管道非开挖磁法检测方法，检测步骤为：经地磁场磁化后的埋地管道本身所具有的磁性为励磁源，埋地管道为检测对象，采用磁场强度的分辨率为1nT的磁通门传感器，磁通门传感器测量出地面以上的磁场强度和衰减量，同时对检测结果进行向下延拓、导数换算数据处理，根据处理后的数据对埋地管道质量进行检测，从而达到检测埋地管道有无缺陷及腐蚀程度的目的。

上述磁法检测存在以下缺陷：(1)检测精度与磁传感器灵敏度有关；(2)除梯度处理、导数换算外，还需更完善的数据处理手段，以抑制地磁场、管道磁场及其它干扰磁场，并突出缺陷磁场；(3)缺乏有效数据分析方法，不能定量分析管体缺陷；(4)向下延拓属不适定问题，没有严密准确的理论计算方法，且向下延拓具有高通滤波特性，局部噪声和干扰会被放大，使得向下延拓计算失败。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种能够定量评价缺陷等级的埋地管道管体缺陷非开挖检测方法。

本发明的另一个目的是提出一种缺陷评价的准确性和可靠性较高的埋地管道管体缺陷非开挖检测方法。

本发明的再一个目的是提出一种对管体共生缺陷具有较高分辨力的埋地管道管体缺陷非开挖检测装置。

为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种埋地管道管体缺陷非开挖检测方法，所述检测方法为：根据磁梯度张量和磁场矢量值获得管体缺陷点与地面测量点的距离值；根据所述管体缺陷点与地面测量点的距离值、磁场矢量值获得管体缺陷磁矩从而定量评价管体缺陷等级。

作为本发明的一个优选方案，所述磁梯度张量通过多个磁场矢量值和传感器之间的预设距离值计算获得，其中，所述磁场矢量值通过位于不同方位的传感器检测获得，所述预设距离值为位于同一轴线上的相邻两个传感器之间的距离。

作为本发明的一个优选方案，所述检测方法具体包括下述步骤：

步骤A、通过磁场矢量值、所述预设距离值计算获得所述磁梯度张量；

步骤B、通过所述磁梯度张量、磁场矢量值计算获得管体缺陷点与地面测量点的距离在X、Y、Z轴方向的投影值；

步骤C、通过磁场矢量值、所述步骤B中获得的管体缺陷点与地面测量点的距离及其三个投影值计算获得缺陷磁矩在X、Y、Z轴方向的投影值；步骤D、根据缺陷磁矩定量评价管体缺陷等级。

作为本发明的一个优选方案，所述检测方法中磁梯度张量G的计算公式为：

其中，B_1x表示1号传感器检测的X向磁场值；B_2x表示2号传感器检测的X向磁场值；B_3x表示3号传感器检测的X向磁场值；B_4x表示4号传感器检测的X向磁场值；B_1y表示1号传感器检测的Y向磁场值；B_2y表示2号传感器检测的Y向磁场值；B_3y表示3号传感器检测的Y向磁场值；B_4y表示4号传感器检测的Y向磁场值；B_1z表示1号传感器检测的Z向磁场值；B_2z表示2号传感器检测的Z向磁场值；B_3z表示3号传感器检测的Z向磁场值；B_4z表示4号传感器检测的Z向磁场值。

作为本发明的一个优选方案，管体缺陷点与地面测量点的距离r在X、Y、Z轴方向的投影值r_x、r_y、r_z为：

其中，G为磁梯度张量；B_0x表示0号传感器检测的X向磁场值；B_0y表示0号传感器检测的Y向磁场值；B_0z表示0号传感器检测的Z向磁场值。

作为本发明的一个优选方案，缺陷磁矩m在X、Y、Z轴方向的投影值m_x、m_y、m_z为：

其中，μ₀为常数。

作为本发明的一个优选方案，缺陷磁矩m越大时磁荷密度越高，管体缺陷的形状越尖锐；缺陷磁矩m越大时磁荷数量越多，管体缺陷的尺寸越大。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种用于实现上述检测方法的埋地管道管体缺陷非开挖检测装置，至少包括壳体和设置在所述壳体内的用于检测磁场矢量值的多个检测元件。

作为本发明的一个优选方案，所述检测元件为三轴磁传感器。

作为本发明的一个优选方案，包括位于中心的0号磁传感器、在X轴方向上且位于所述0号磁传感器两侧的与其间距均为d/2的1号磁传感器和2号磁传感器以及在Y轴方向上且位于所述0号磁传感器两侧的与其间距均为d/2的3号磁传感器和4号磁传感器。

本发明的有益效果为：

(1)、本发明的埋地管道管体缺陷非开挖检测方法根据磁梯度张量和磁场矢量值获得管体缺陷点与地面测量点的距离值；根据管体缺陷点与地面测量点的距离值、磁场矢量值获得管体缺陷磁矩从而定量评价管体缺陷等级，由于磁梯度张量主要由管体缺陷引起(地磁场、管道磁场等背景磁场对其影响很小)，因此，能更好突出缺陷磁场，提高缺陷信号信噪比。

(2)、本发明的检测方法通过选取磁梯度张量进行检测是由于：磁梯度张量各分量具有特定方向滤波特性，可识别管体缺陷、尤其是裂纹缺陷的方向；磁梯度张量对叠加磁性目标具有较高分辨力，可用于检测、评价管体共生缺陷；磁梯度张量具有旋转不变特征量，使得测量过程无需对检测装置严格定向；磁梯度张量有丰富的数据处理和特征提取方法，能更好刻画缺陷磁场的分布特征与规律，从而提高缺陷评价的准确性和可靠性。通过磁梯度张量进行检测是一种全新的理念，解决了现有的通过磁法检测时存在的诸多问题，对埋地管道管体缺陷非开挖检测技术的发展具有重要意义。

附图说明

图1是本发明优选实施例提供的无缺陷管体的地面磁场分布图；

图2是本发明优选实施例提供的有缺陷管体的地面磁场分布图；

图3是本发明优选实施例提供的埋地管道管体缺陷非开挖检测装置的典型结构示意图；

图4是本发明优选实施例提供的埋地管道管体缺陷非开挖检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

优选实施例：

本优选实施例公开一种埋地管道管体缺陷非开挖检测方法和用于实现该方法的装置。埋地管道管体缺陷非开挖检测装置至少包括壳体和设置在壳体内的用于检测磁场矢量值的五个检测元件，其中，检测元件优选为三轴磁传感器。

本实施例中，检测装置实际上是一种磁梯度张量典型检测仪器，如图3所示，具体包括位于中心的0号磁传感器、在X轴方向上且位于0号磁传感器两侧的与其间距均为d/2的1号磁传感器和2号磁传感器以及在Y轴方向上且位于0号磁传感器两侧的与其间距均为d/2的3号磁传感器和4号磁传感器。

检测元件的数量并不限于五个，也可以根据实际使用需求进行设置，具体排布方式也不局限于本实施例中的典型结构，也可以根据检测方法的需要进行排布。

使用时，检测人员在地面手持磁梯度张量检测仪(即埋地管道管体缺陷非开挖检测装置)，通过探测管道上方地面磁场强度的变化实现管体缺陷的在线检测。

基于上述埋地管道管体缺陷非开挖检测装置的检测方法，其中，检测机理是由于地磁场和缺陷应力通过改变管体材料磁导率会引起管道空间磁场的强度变化，如图1和图2中所示的对比图(管道上方的线条即为管体的地面磁场分布图)。本实施例中，主要采用磁梯度张量的检测方式，磁梯度张量主要由管体缺陷引起(地磁场、管道磁场等背景磁场对其影响很小)，因此，能更好突出缺陷磁场，提高缺陷信号信噪比，此外，选择通过磁梯度张量的计算进一步检测管体缺陷是由于磁梯度张量具有如下优势：磁梯度张量各分量具有特定方向滤波特性，可识别管体缺陷、尤其是裂纹缺陷的方向；磁梯度张量对叠加磁性目标具有较高分辨力，可用于检测、评价管体共生缺陷；磁梯度张量具有旋转不变特征量，使得测量过程无需对检测装置严格定向；磁梯度张量有丰富的数据处理和特征提取方法，能更好刻画缺陷磁场的分布特征与规律，从而提高缺陷评价的准确性和可靠性

如图4所示，埋地管道管体缺陷非开挖检测方法具体包括下述步骤：

步骤A、通过磁场矢量值、预设距离值计算获得磁梯度张量G；具体为：

其中，B_1x表示1号传感器检测的X向磁场值；B_2x表示2号传感器检测的X向磁场值；B_3x表示3号传感器检测的X向磁场值；B_4x表示4号传感器检测的X向磁场值；B_1y表示1号传感器检测的Y向磁场值；B_2y表示2号传感器检测的Y向磁场值；B_3y表示3号传感器检测的Y向磁场值；B_4y表示4号传感器检测的Y向磁场值；B_1z表示1号传感器检测的Z向磁场值；B_2z表示2号传感器检测的Z向磁场值；B_3z表示3号传感器检测的Z向磁场值；B_4z表示4号传感器检测的Z向磁场值。

步骤B、通过磁梯度张量、磁场矢量值计算获得管体缺陷点与地面测量点的距离r在X、Y、Z轴方向的投影值r_x、r_y、r_z为：

其中，G为磁梯度张量；B_0x表示0号传感器检测的X向磁场值；B_0y表示0号传感器检测的Y向磁场值；B_0z表示0号传感器检测的Z向磁场值。

步骤C、通过管体缺陷点与地面测量点的距离、步骤B中获得的三个投影值以及磁场矢量值计算获得缺陷磁矩m在X、Y、Z轴方向的投影值m_x、m_y、m_z为：

其中，μ₀为常数。

步骤D、根据缺陷磁矩定量评价管体缺陷等级，其中，缺陷磁矩m的大小与磁荷密度和磁荷数量成正比，缺陷磁矩m越大时磁荷密度越高，管体缺陷的形状越尖锐；缺陷磁矩m越大时磁荷数量越多，管体缺陷的尺寸越大。

本实施例中仅给出了一种较佳的检测和计算方式，但本发明并不局限于上述方式的检测，只要是根据磁梯度张量和不同方向的磁场值获得管体缺陷点与地面测量点的距离值；根据管体缺陷点与地面测量点的距离值、磁场矢量值获得管体缺陷磁矩从而定量评价管体缺陷等级的方法都在本发明的保护范围之内，例如，可以通过不同的矩阵计算公式或其他拟合公式以及优化的数据处理方式进行计算和分析，能够定量评价获得管体缺陷等级即可。

上述采用磁梯度张量的检测方式是一种管体缺陷检测方式的新理念，克服了本领域技术人员对磁梯度张量无法进行管体缺陷检测所存在的技术偏见，解决了现有的磁法检测在检测装置精度局限下检测精度较低、数据处理和分析方法不当等问题，此外，管道可以是油气管道、铁磁性管道或者其他材料的管道，因而，上述缺陷检测方法通用性强、适用范围广泛。

最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上是结合附图给出的实施例，仅是实现本发明的优选方案而非对其限制，任何对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。本发明的保护范围还包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案。

Claims (6)

1.一种埋地管道管体缺陷非开挖检测方法，其特征在于，所述检测方法为：根据磁梯度张量和磁场矢量值获得管体缺陷点与地面测量点的距离值；根据所述管体缺陷点与地面测量点的距离值、磁场矢量值获得管体缺陷磁矩从而定量评价管体缺陷等级，埋地管道管体缺陷非开挖检测装置包括位于中心的0号磁传感器、在X轴方向上且位于所述0号磁传感器两侧的与其间距均为d/2的1号磁传感器和2号磁传感器以及在Y轴方向上且位于所述0号磁传感器两侧的与其间距均为d/2的3号磁传感器和4号磁传感器，所述检测方法中磁梯度张量G的计算公式为：

其中，B_1x表示1号传感器检测的X向磁场值；B_2x表示2号传感器检测的X向磁场值；B_3x表示3号传感器检测的X向磁场值；B_4x表示4号传感器检测的X向磁场值；B_1y表示1号传感器检测的Y向磁场值；B_2y表示2号传感器检测的Y向磁场值；B_3y表示3号传感器检测的Y向磁场值；B_4y表示4号传感器检测的Y向磁场值；B_1z表示1号传感器检测的Z向磁场值；B_2z表示2号传感器检测的Z向磁场值；B_3z表示3号传感器检测的Z向磁场值；B_4z表示4号传感器检测的Z向磁场值；

管体缺陷点与地面测量点的距离r在X、Y、Z轴方向的投影值r_x、r_y、r_z为：

其中，G为磁梯度张量；B_0x表示0号传感器检测的X向磁场值；B_0y表示0号传感器检测的Y向磁场值；B_0z表示0号传感器检测的Z向磁场值；

缺陷磁矩m在X、Y、Z轴方向的投影值m_x、m_y、m_z为：

其中，μ₀为常数；

缺陷磁矩m越大时磁荷密度越高，管体缺陷的形状越尖锐；缺陷磁矩m越大时磁荷数量越多，管体缺陷的尺寸越大。

2.根据权利要求1所述的一种埋地管道管体缺陷非开挖检测方法，其特征在于，所述磁梯度张量通过多个磁场矢量值和传感器之间的预设距离值计算获得，其中，所述磁场矢量值通过位于不同方位的传感器检测获得，所述预设距离值为位于同一轴线上的相邻两个传感器之间的距离。

3.根据权利要求2所述的一种埋地管道管体缺陷非开挖检测方法，其特征在于，所述检测方法具体包括下述步骤：

步骤A、通过磁场矢量值、所述预设距离值计算获得所述磁梯度张量；

步骤B、通过所述磁梯度张量、磁场矢量值计算获得管体缺陷点与地面测量点的距离在X、Y、Z轴方向的投影值；

步骤C、通过磁场矢量值、步骤B中获得的管体缺陷点与地面测量点的距离及其三个投影值计算获得缺陷磁矩在X、Y、Z轴方向的投影值；

步骤D、根据缺陷磁矩定量评价管体缺陷等级。

4.一种用于实现如权利要求1-3任一所述的检测方法的埋地管道管体缺陷非开挖检测装置，其特征在于，至少包括壳体和设置在所述壳体内的用于检测磁场矢量值的多个检测元件。

5.根据权利要求4所述的一种埋地管道管体缺陷非开挖检测装置，其特征在于，所述检测元件为三轴磁传感器。

6.根据权利要求5所述的一种埋地管道管体缺陷非开挖检测装置，其特征在于，包括位于中心的0号磁传感器、在X轴方向上且位于所述0号磁传感器两侧的与其间距均为d/2的1号磁传感器和2号磁传感器以及在Y轴方向上且位于所述0号磁传感器两侧的与其间距均为d/2的3号磁传感器和4号磁传感器。