孟山雅

（中海油能源發(fā)展采辦共享中心，天津 300452）

地下金屬管道從其設計、施工到使用中，受一些因素影響其安全隱患較大，且由于其所處位置特殊，導致無法肉眼觀察到管道問題。

1 地下金屬管道檢測常用技術手段

1.1 地下金屬管道管內(nèi)檢測技術

管內(nèi)檢測主要采用在線檢測技術，應用各種管內(nèi)檢測儀器設備。可在不停止生產(chǎn)情況下檢測，及時發(fā)現(xiàn)管道存在隱患以及隱患部位。

首先是變形檢測清管器，可以檢測管道幾何和斷面變形情況、存在的屈曲和彎折現(xiàn)象等。國外智能檢測清管器可以執(zhí)行變形檢測，檢測管道幾何變形與金屬腐蝕。其次是管壁腐蝕檢測清管器，地下金屬管道輸送介質(zhì)會腐蝕管壁，管壁腐蝕檢測清管器主要檢測內(nèi)壁腐蝕情況。管道更換維修的主要原因就是管壁腐蝕、裂紋等，因此加強管壁腐蝕檢測十分必要。

1.2 地下金屬管道管外檢測技術

地下金屬管道所處環(huán)境因地形條件限制而有所差異，需采用特殊的管外檢測手段。由于光波、電磁波會受到干擾，其影響作用距離段，因此在地下金屬管外檢測中主要采用聲學遙感設備、機器人等進行檢測。

（1）多波束測深技術。這種技術利用了聲波作為能量形式，相比于傳統(tǒng)單波束側身技術，可以一次性獲得軌跡上條帶狀區(qū)域地層深度數(shù)據(jù)，其測量范圍大、精度高、速度快，最后可獲得管道埋藏區(qū)域的地形三維特征地圖。

（2）機器人檢測技術，該技術檢測范圍廣、作業(yè)時間長，在地下金屬管道檢測中有著重要作用。主要包括遙控潛水器檢測技術、自治機器人檢測技術等。

（3）人工檢測技術，檢測工作可以直接通過儀器配合目視檢測地下金屬管道外狀態(tài)，但測量區(qū)域有限。可以通過檢測確定管道懸跨狀況，通過專業(yè)設備測量、記錄，確定懸跨的距離和高度等信息，并繪制管道剖面圖。遇到特殊地質(zhì)區(qū)域，則需要使用聲吶設備檢測。

2 淺地層剖面儀應用原理分析

淺地層剖面儀利用聲波在地下沉積物內(nèi)傳播、反射特性對地層設備探測，是在回聲探測技術基礎上發(fā)展而來的。隨著當前對地質(zhì)資源的探索開發(fā)力度加大，地質(zhì)鉆探工程逐漸興起，淺地層剖面儀在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、巷道疏浚建設等方面發(fā)揮著重要作用。相比于鉆孔取樣技術，淺地層剖面儀在地質(zhì)調(diào)查中操作更加便利、探測速度快，可以連續(xù)記錄圖像等。常見的淺地層剖面儀可以按照聲學機理劃分為線性、非線性聲源兩種類型。線性生源功率大、穿透力強、體積大，非線性聲源的穿透力弱、體積小，兩種淺地層剖面儀都是利用聲波穿過不同介質(zhì)下，介質(zhì)的波阻抗差異性導致其產(chǎn)生的回波信號強弱不同特點來實施檢測的，在輸出記錄上形成不同記錄。

聲波在穿透地層下行過程中，經(jīng)過各層介質(zhì)的濾波遇聲阻抗界面返回。因地下的地質(zhì)環(huán)境復雜，有著多種不同的層次，在聲波進入測定區(qū)域后會形成透射、發(fā)射作用，每個反射層次會被接收。具體地質(zhì)反射強度與發(fā)射系數(shù)相關，發(fā)射強度加大，則換能器會接收到較強反射信號，淺地層剖面儀接收到攜帶大量有價值信息的反射信號，在連續(xù)記錄與分析下可獲得地下金屬管道、地質(zhì)結構信息。利用淺地層剖面儀形成圖像可以對地層內(nèi)部結構進行識別，還能判斷埋藏物與地上的空間位置關系等，不同地質(zhì)沉積物深度不同，且由于地層聲阻抗差異性，淺地層剖面儀獲取資料也具有多解性特點。

在實際應用淺地層剖面儀檢測中，會將主機與定位GPS固定在測量設備上，利用GPS系統(tǒng)定位，測量設備即可依據(jù)預定航線以一定速度行駛。地面下安置發(fā)射基陣、接收基陣，根據(jù)作業(yè)區(qū)地質(zhì)狀況，設定好主機發(fā)射聲波脈沖的頻率、功率等，向下重復進行脈沖發(fā)射，回波被接收基陣接收然后將其轉換為電信號，主機在對其初步增益、濾波處理后可以以數(shù)字、紙質(zhì)輸出探測到的情況。測量設備在接收處理回波信號后，即可辨別其具體埋設位置。

3 淺地層剖面儀在地下金屬管道檢測中影響因素

3.1 管道與管溝聲學剖面特征

鋪設完成管道之后，挖溝處理會形成一定溝形，管道埋藏狀態(tài)、管溝形態(tài)不同，則會產(chǎn)生多種繞射波空間特征。

地下金屬管道挖溝后容易形成凸起、凹坑等地貌，溝的兩側大多為凸起狀，其本身在溝沿兩側、溝底形成反射弧線。新挖溝的管道，管道剖面測量會受到未淤平管溝影響，特別是埋深較淺的管道，其反射波會與溝沿繞射波疊加，加大管頂辨識難度。

3.2 檢測影響因素

3.2.1 不同信號源影響

在對同一區(qū)域埋藏管道檢測中，不同信號源淺地層剖面系統(tǒng)的檢測結果不同。其中，Chirp技術取得的效果更加顯著，其繞射曲線與管道外形接近，在管道檢測中分辨率較高。PCW技術檢測獲得的埋藏管道記錄，其波束開角較大在管道頂端聲波明顯繞射，繞射波寬度較大，偏離管道外形，但在檢測管道位置、埋深方面則比較準確。

3.2.2 航行速度影響

以Chirp淺地層剖面儀為例，不同航行速度下其對于相同地下金屬管道的檢測結果存在差異。相同頻率的淺地層剖面儀，在水深相同情況下航行速度慢，則探測到管道頻次高，會形成更加明顯的繞射曲線，容易從淺地層剖面儀記錄上識別出管道位置。航行速度快，則繞射曲線不夠明顯，同時曲線狀態(tài)與管道真實形態(tài)的差別也比較大。

3.2.3 水深影響

在水深加大的情況下，管道會產(chǎn)生愈加明顯的繞射波，水深越大繞射波寬度愈大，在此水深條件下難以對管道掩埋狀態(tài)進行判斷，只可確定管道所處位置。

4 淺地層剖面儀在地下金屬管道檢測中檢測方法與成果分析

實際應用淺地層剖面儀進行地下金屬管道檢測中，需結合檢測目的、埋藏區(qū)域地形特點等布設檢測線，對于發(fā)現(xiàn)管道存在懸空等問題的區(qū)段，其檢測線也應相應加密，以準確定位管道位置、懸空段長度等。測線與管線相交，從點到線探查管道空間賦存狀態(tài)，并結合磁力調(diào)查數(shù)據(jù)等對地下金屬管道平面位置、埋藏狀態(tài)進行更加準確的判斷。

4.1 儀器設備選擇與安裝

當前可使用線性調(diào)頻脈沖技術、非線性調(diào)頻脈沖技術這兩種新型淺地層剖面儀。兩者的特點各部相同，特定工程檢測需要，比如對穿透更加側重，則適合采用線性調(diào)頻脈沖剖面儀，則檢測效果較好。如果所檢測管道埋設比較淺，需要保證其分辨率足夠高，則適合選擇參量陣淺地層剖面儀。

4.2 檢測成果分析

地下金屬管道檢測中，檢測成果分析關系著檢測有效性。在處理數(shù)據(jù)資料過程中，需要考慮到不同情況下地下管道波組形態(tài)變化，以獲得準確的埋深數(shù)據(jù)。如果管道處于特殊地質(zhì)條件或者水文地質(zhì)狀況較差區(qū)域，則外業(yè)資料中存在干擾因素，會加大識別難度。干擾較強無法依據(jù)淺地層剖面儀記錄判斷管道位置的情況下，可以結合磁力探測、側掃聲吶等資料進行分析，保證結構準確性。如果地下金屬管道懸空，需結合側掃聲吶數(shù)據(jù)分析管道懸空高度、長度。地面面以下埋藏的管道，側掃聲吶與磁力儀對其檢測有限，需主要靠淺地層剖面儀探測資料獲得管道信息。

首先是淺埋狀態(tài)，淺埋金屬管道剖圖中其弧狀管道信號清楚，上方沉積物自然回淤、下方信號屏蔽明顯，則表示該處管道受到地下水沖刷影響較小，其狀態(tài)較為穩(wěn)定。

其次是回填碎石狀態(tài)，檢測管道埋藏狀況就是檢測管道敷設后上方覆蓋層是否達標?？山Y合側掃聲吶、敷設施工資料共同分析判斷反射物質(zhì)，以及管道被碎石覆蓋情況。

最后是管道出露狀態(tài)，根據(jù)管道位置以及預挖溝形態(tài)，以及管道信號和上方碎石保護層狀態(tài)，結合管道頂部、埋藏位置，可以得到管道出露高度。

5 結語

在實際地下金屬管道檢測中，應注重經(jīng)驗總結和問題分析，能夠借助其他測量手段探測，重視外業(yè)測量采集質(zhì)量，以保證資料識別度、成果分析成效。不斷提升淺地層剖面儀檢測水平，才能為金屬管道運營維護提供有效參考。