طريقة تقنية للكشف عن تشوه خطوط أنابيب الصلب للنفط والغاز

أولاً، اتجاه تطويرخط أنابيب فولاذيتقنيات الفحص. أثناء تشغيل خطوط أنابيب النفط والغاز الفولاذية لمسافات طويلة، تتعرض هذه الخطوط عادةً للتآكل من عوامل داخلية وخارجية. ينتج التآكل الداخلي بشكل رئيسي عن التأثير المشترك لوسيط النقل، وتراكم السوائل في الأنبوب، والأوساخ، والإجهاد الداخلي فيه. أما التآكل الخارجي، فينتج عادةً عن تلف أو خلل في الطلاء. يُعالج التآكل الداخلي عمومًا من خلال إدارة حالة الأنابيب وإضافة مثبطات التآكل. في السنوات الأخيرة، ومع تعزيز إدارة تشغيل خطوط الأنابيب من قبل مالكيها، وفرض متطلبات صارمة على وسائط النقل، تم التحكم في التآكل الداخلي إلى حد كبير. حاليًا، يتجه تطوير مكافحة التآكل في خطوط أنابيب النفط والغاز لمسافات طويلة، محليًا وعالميًا، نحو حماية الأنابيب من التآكل الخارجي، لذا يركز فحص خطوط الأنابيب أيضًا على عيوب الطلاء وعيوب الأنابيب الناتجة عن التآكل الخارجي. في السنوات الأخيرة، ومع الانتشار الواسع لتكنولوجيا الحاسوب وتطبيقاتها، تطورت تقنيات الكشف محليًا وعالميًا بسرعة، وتطورت تقنيات الكشف عن خطوط الأنابيب تدريجيًا إلى فرعين: الكشف الداخلي والكشف الخارجي (الكشف عن الطلاء، والكشف الذكي). عادةً ما يكون الطلاء تالفًا، ويتعرض الأنبوب أسفل موضع التلف للتآكل أيضًا. تهدف تقنية الكشف الخارجي لخطوط الأنابيب إلى تقييم فعالية الطلاء والحماية الكاثودية، والكشف عن عيوب التآكل في جسم الأنبوب من خلال فحص الحفر. وتُعدّ معظم خطوط الأنابيب الحالية التي تُجرى فيها عمليات الكشف الداخلي فعّالة للغاية. أما تقنية الفحص داخل خط الأنابيب، فتُستخدم بشكل أساسي للكشف عن عيوب مثل التآكل الداخلي والخارجي، والتشوه الموضعي، وشقوق اللحام، كما تُتيح أيضاً تقييم سلامة الطلاء بشكل غير مباشر.

ثانيًا، تقنية الكشف خارج خط الأنابيب. عادةً ما تستخدم خطوط الأنابيب المدفونة نظام حماية يتألف من طلاء وحماية كهربائية للتحكم في التآكل الخارجي. هاتان الطريقتان متكاملتان: فالطلاء يوفر حماية كاثودية، أي أنه اقتصادي وفعال، وتتيح الحماية الكاثودية التحكم في الطلاء عند حدوث ثقوب دقيقة أو تلف. تُعتبر هذه الطريقة الأفضل للحماية، وقد استُخدمت على نطاق واسع في مكافحة تآكل خطوط الأنابيب المدفونة. يُعد الطلاء خط الدفاع الأول لحماية خطوط الأنابيب المدفونة من التآكل الخارجي، ويؤثر تأثيره الوقائي بشكل مباشر على كفاءة تيار الحماية الكهربائية. أشارت الورقة رقم 7 من المؤتمر السنوي لجمعية مهندسي التآكل NACE993 إلى أن: "يجب أن يكون الطلاء الصحيح مناسبًا للمكونات المدفونة، حيث توفر 99% من احتياجات الحماية، بينما توفر الحماية الكاثودية النسبة المتبقية". لذلك، يجب أن يتمتع الطلاء بخصائص شاملة جيدة مثل العزل الكهربائي، والالتصاق، والاستمرارية، ومقاومة التآكل، كما أن الحفاظ على سلامته أمر بالغ الأهمية. يتأثر الأداء الشامل للطلاء بعوامل عديدة، مثل مواد الطلاء، وتقنية التعبئة، وجودة الإنشاء، وبيئة التآكل، ومستوى الإدارة، وغيرها. بعد فترة من تشغيل خط الأنابيب، يتراجع الأداء الشامل للطلاء بدرجات متفاوتة، ويتجلى ذلك في التقادم، والتشققات، والتقشر، والتلف، وغيرها من الحالات، حيث يتآكل سطح جسم الأنبوب نتيجة التلامس المباشر أو غير المباشر مع الهواء والتربة. إذا لم يتم الكشف عن الطلاء وصيانته بفعالية، فسيؤدي ذلك في النهاية إلى ثقب الأنبوب، وتمزقه، وحوادث التلف.
تعتمد تقنية الكشف عن الطلاء على استخدام معدات خاصة للكشف عن الأداء الشامل للطلاء دون ملامسته للأرض، وذلك دون الحاجة إلى حفر خط الأنابيب. وتتمثل هذه التقنية في تحديد مواقع عيوب التلف والتقادم في الطلاء بدقة علمية واقتصادية، وتحديد حجمها، وإجراء إحصاءات مصنفة، بالإضافة إلى تقييم شامل لحجم وكمية العيوب، واقتراح خطة إصلاحية لتوجيه مالك خط الأنابيب لفهم حالة طلاء خط الأنابيب وإجراء الصيانة اللازمة لضمان سلامة الطلاء. بدأ تطبيق تقنية الكشف عن الطلاء في خطوط الأنابيب محليًا في منتصف ثمانينيات القرن الماضي. وتشمل طرق الكشف بشكل أساسي الكشف القياسي عن جهد الأنبوب/الأرض، واختبار مقاومة عزل طلاء بيرسون، واختبار تيار الأنبوب. تلعب نتائج الاختبار دورًا هامًا في التقييم الشامل للطلاء، ولكن لا تزال هناك فجوة كبيرة في تحديد مواقع العيوب بدقة وتقديم توجيهات مناسبة للإصلاح. في السنوات الأخيرة، وبفضل قروض البنك الدولي والتبادلات مع شركات خطوط الأنابيب الأجنبية، أصبحت معدات اختبار خطوط الأنابيب الخارجية رخيصة نسبيًا وسهلة التشغيل. تُستخدم تقنيات الكشف الخارجي لخطوط الأنابيب الأجنبية على نطاق واسع في اختبارات طلاء خطوط أنابيب النفط والغاز المحلية طويلة المدى. وقد وصلت تقنيات الكشف إلى مستوى الدول المتقدمة، وتشمل تقنيات الكشف الخارجي المستخدمة على نطاق واسع في العمل الفعلي ما يلي: الكشف القياسي عن جهد الأنبوب/الأرض، والكشف باستخدام طريقة بيرسون، واختبار الجهد ذي المسافة القريبة، واختبار تيار الترددات المتعددة، واختبار تدرج التيار المستمر.
1. تقنية الكشف عن موقع الأنابيب/الموقع القياسية (P/S): تُستخدم هذه التقنية بشكل أساسي لمراقبة فعالية الحماية الكاثودية، وذلك باستخدام جهاز قياس متعدد لاختبار الجهد بين قطب CU/CuSO4 المؤرض ونقطة محددة على السطح المعدني للأنبوب. ومن خلال منحنى فرق الجهد، يتم فهم توزيع الجهد لتحديد الفرق بين الجهد الحالي والجهد السابق، وقياس حالة الطلاء من خلال التأكد من مطابقة جهد الحماية الكاثودية المقاس للمعايير. هذه الطريقة سريعة وبسيطة، ولا تزال تُستخدم على نطاق واسع في الإدارة اليومية ومراقبة طلاء الأنابيب والحماية الكاثودية من قِبل إدارات إدارة الأنابيب.
2. تقنية مراقبة بيرسون (PS): تُستخدم هذه التقنية للكشف عن عيوب الطلاء ومناطقها. ولأنها لا تتطلب تيار الحماية الكاثودية، يكفي تحميل إشارة التيار المتردد (000 هرتز) من جهاز الإرسال على خط الأنابيب، مما يجعل العملية بسيطة وسريعة، وقد شاع استخدامها في مراقبة الطلاء. مع ذلك، فإن دقة نتائج الكشف منخفضة، إذ قد يؤدي تداخل التيار الخارجي واختلاف أنواع التربة ومجموعات أقسام الطلاء إلى تغيرات في الإشارة، كما أن تحديد العيوب وحجمها يعتمد على خبرة المشغل.
3. تقنية اختبار الجهد بين الفترات المتقاربة (CIS، CIPS): يُشابه اختبار الجهد بين الفترات المتقاربة (CIS) واختبار جهد الاستقطاب بين الفترات المتقاربة (CIS) طريقة اختبار جهد الأنبوب/الأرض القياسية (P/S)، حيث يعتمد جوهرها على اختبار الجهد بين الأنبوب والأرض واختبار جهد انقطاع التيار الكهربائي. من خلال اختبار الجهد المكثف وجهد الحماية الكاثودية على خط الأنابيب، يُمكن تحديد فعالية الحماية الكاثودية، كما يُمكن تحديد موقع وحجم العيب بشكل غير مباشر، مما يعكس حالة الطلاء. مع ذلك، لهذه الطريقة بعض القيود، فدقتها منخفضة، وتعتمد على خبرة المُشغل، كما أنها تتأثر بسهولة بالتشويش الخارجي، وقد تصل بعض أخطاء القراءة إلى 200-300 مللي فولت.
4. اختبار تيار الأنبوب متعدد الترددات بتقنية PCM: تُعدّ طريقة نقطة المنتصف متعددة الترددات بتقنية PCM تقنية حديثة لرصد تسرب الطلاء، وهي طريقة مُحسّنة للكشف عن الطلاء تعتمد على طريقة اختبار تدرج تيار الأنبوب. تعتمد هذه الطريقة على اختيار جهاز PCM متطور نسبيًا، وقياس التيار وفقًا لفترة الكشف المعروفة، وقياس توزيع تدرج التيار، ورسم صورة شاملة لخط الأنابيب بأكمله. تُمكّن هذه الطريقة من تحديد مقطع خط الأنابيب الذي يُعاني من تسرب كبير في إشارة التيار بسرعة وبتكلفة منخفضة، ثم يقوم الحاسوب بتحليل وتقييم حالة الطلاء، وبعد ذلك يستخدم إطار "A" الخاص بجهاز PCM للكشف عن تدرج جهد السطح لتحديد نقطة انقطاع الطلاء بدقة. تتوافق هذه الطريقة مع خطوط الأنابيب ذات المواصفات والمواد المختلفة، ويمكنها الكشف عن خط الأنابيب بأكمله على مسافة طويلة، كما أنها أقل تأثرًا بتغيرات مواد الطلاء والبيئة الأرضية. تُستخدم قيمة مقاومة السطح Rg لتصنيف الدرجة الفنية لطلاء خط الأنابيب، وتقييم حالة طلاء خط الأنابيب، واقتراح طريقة صيانة الطلاء. باستخدام ملف اقتران مخصص، يمكنه أيضًا إجراء فحص الطلاء على خطوط الأنابيب تحت الماء.
5. طريقة تدرج الجهد المستمر (DCVG): تكشف هذه الطريقة عن تدرج الجهد المتولد في التربة نتيجةً لتيار الحماية الكاثودية المتدفق إلى الجزء المتضرر من غلاف خط الأنابيب المدفون (أي انخفاض الجهد في التربة)، وتحسب سمك الغلاف بناءً على نسبة انخفاض الجهد. تتميز هذه الطريقة بعدم تأثر حجم العيب في الغلاف بالتيار المتردد، كما أنها تُحدد ما إذا كان خط الأنابيب يعاني من التآكل من خلال تحديد اتجاه تدفق التيار داخل أو خارج خط الأنابيب.
٦. مقارنة بين عدة طرق اختبار: في السنوات الأخيرة، اختبر الباحث فعالية الطلاء والحماية الكاثودية على عدة خطوط أنابيب، مثل خط سيتشوان لونغ تسانغ، وخط غونغ زي، وخط لو وي، وخط شين داو، وغيرها. من جهة، تمت مقارنة الطرق المذكورة، وتبين أن جميع تقنيات الكشف عن عيوب الطلاء تعتمد على تطبيق إشارات تيار مستمر أو متردد على خط الأنابيب، والاختلاف بينها يكمن فقط في البنية والأداء والوظيفة. لكل طريقة مزاياها وعيوبها، وهي فعالة في تقييم الأداء الشامل للطلاء. وللتغلب على قصور أي تقنية كشف منفردة، وجد الباحث أن الجمع بين عدة طرق للكشف عن عيوب الطلاء يُعوض أوجه القصور في التقنيات المختلفة أثناء الفحص الميداني. بالنسبة لخطوط الأنابيب المحمية بالحماية الكاثودية، يُعتمد أولًا على قيمة الاختبار في سجل الإدارة اليومي (P/S)، ثم تُستخدم تقنية CIPS لقياس جهد التلامس بين الأنبوب والأرض. يمكن تحديد فعالية نظام الحماية الكاثودية من خلال قياس جهد انقطاع التيار. بعد اكتشاف عيب في الطلاء، تُستخدم تقنية DCVG لتحديد خصائص الكاثود والأنود لكل عيب، ثم تُستخدم لتحديد مركز العيب. يُستخدم انخفاض الجهد الناتج عن تسرب تيار العيب المقاس عبر التربة لتحديد حجم العيب وشدته، ويُستخدم هذا كأساس لاختيار الإصلاحات. بالنسبة لخطوط الأنابيب غير المزودة بحماية كاثودية، يمكن استخدام تقنية اختبار PCM لتحديد قسم الأنبوب الذي يعاني من تسرب كبير في إشارة التيار، ثم تُستخدم تقنية إطار "A" أو تقنية كشف بيرسون في PCM لتحديد نقطة تلف الطلاء بدقة وتحديد حجم التلف. يمكن أيضًا استخدام تقنية اختبار PCM لخطوط الأنابيب المزودة بحماية كاثودية، ولكن دقة الكشف فيها أقل قليلاً من دقة تقنية DCVG. نظرًا لأن جميع تقنيات الكشف عن الطلاء تعتمد على الإشارات الكهربائية على خط الأنابيب، فإن هناك بعض أوجه القصور في مختلف التقنيات، وقد لا يتم اكتشاف بعض عيوب الطلاء. لا يمكن لهذه الإشارات أن تتدفق إلى الأرض لتشكل حلقة، ولا يمكن البحث عنها إلا بوسائل أخرى. بسبب تأثير الحماية، فهو غير مناسب لعبور خطوط الأنابيب ذات الأغلفة؛ ولا تستطيع جميع التقنيات تحديد ما إذا كان الطلاء قد تقشر أم لا.

ثالثًا، تقنية الكشف داخل خطوط الأنابيب: تتمثل تقنية الكشف داخل خطوط الأنابيب في إضافة معدات اختبار غير تدميرية متنوعة إلى جهاز التنظيف الآلي (PIG)، وتحويل وظيفته من التنظيف التقليدي إلى جمع المعلومات ومعالجتها وتخزينها، وغيرها. يستطيع جهاز الكشف الذكي عن عيوب خطوط الأنابيب (SMART PIG) متعدد الوظائف الكشف عن عيوب خطوط الأنابيب من خلال حركة جهاز التنظيف الآلي داخلها. في عام 1965، نجحت شركة Tuboscopc الأمريكية في تطبيق تقنية اختبار التسرب المغناطيسي (MFL) غير التدميرية للكشف الداخلي عن عيوب خطوط أنابيب النفط والغاز الطويلة، وتوالت بعدها تقنيات الكشف الداخلي غير التدميرية الأخرى، مما يُظهر آفاقًا واسعة لتطبيقاتها. في الوقت الحالي، تُعد شركات المراقبة الأجنبية المعروفة مثل Tuboscopc وGE PII في الولايات المتحدة، وBritish Gas في المملكة المتحدة، وPipetronix في ألمانيا، وCorrpro في كندا، وقد وصلت منتجاتها إلى مستوى التعدد والتنوع. يمكن تقسيم أجهزة الكشف الداخلية إلى مقاييس قياس السماكة للكشف عن التشوه الهندسي للأنابيب، وأجهزة كشف تسرب الأنابيب، وأجهزة كشف تسرب التدفق المغناطيسي للكشف عن العيوب الحجمية الناتجة عن التآكل، وأجهزة كشف الشقوق المستوية. كما تشمل أجهزة كشف التيارات الدوامية للكشف عن العيوب، وأجهزة الكشف فوق الصوتية، وأجهزة كشف الشقوق القائمة على موجات القص المرنة. وفيما يلي عرض موجز لبعض الطرق الشائعة الاستخدام.
1. تُستخدم تقنيات قياس القطر المُحسّنة بشكل أساسي للكشف عن التشوه الهندسي لخط الأنابيب الناتج عن قوى خارجية، وتحديد موقع هذا التشوه بدقة. تعتمد بعض هذه التقنيات على أجهزة ميكانيكية، بينما تعتمد أخرى على مبدأ الحث المغناطيسي، ما يُتيح الكشف عن هندسة الحفر، والبيضاوية، والأقطار الداخلية. وتؤثر هذه الاختلافات وغيرها من التشوهات الهندسية على القطر الداخلي الفعلي للأنبوب.
٢. تقنيات كشف التسرب: تُعدّ تقنيتا قياس الضغط التفاضلي والإشعاع الصوتي من أكثر التقنيات نضجًا في الوقت الحالي. تعتمد الأولى على جهاز لقياس الضغط، حيث يُملأ الأنبوب المراد فحصه بسائل مناسب. تُكتشف التسريبات من منطقة الضغط الأدنى في الأنبوب، وتُركّب أجهزة كشف التسرب في هذه المنطقة. أما الثانية، فتعتمد على كشف التسرب الصوتي، باستخدام الصوت المميز الذي يصدر عند حدوث تسرب في الأنبوب، والذي يتراوح تردده بين ٢٠ و٤٠ كيلوهرتز. يقوم جهاز إلكتروني، مزود بمستشعر لاختيار التردد المناسب، بجمع هذا الصوت، ثم يكشف التسرب ويحدد موقعه باستخدام نظام قياس وعلامات.
3. تقنية الكشف عن تسرب التدفق المغناطيسي (MFL): من بين جميع تقنيات الكشف عن خطوط الأنابيب، تتمتع تقنية الكشف عن تسرب التدفق المغناطيسي بأقدم تاريخ، وذلك لقدرتها على كشف العيوب الحجمية الناتجة عن التآكل الداخلي والخارجي لجدار الأنبوب، وانخفاض متطلبات بيئة الكشف، وإمكانية استخدامها في خطوط أنابيب النفط والغاز، وقدرتها على تقييم حالة الطلاء بشكل غير مباشر، مما يجعل نطاق تطبيقاتها واسعًا للغاية. ونظرًا لأن تسرب التدفق عملية تتسم بالتشويش النسبي، تظهر إشارات شاذة في سجل البيانات حتى بدون أي تضخيم، مما يجعل تطبيقها بسيطًا نسبيًا. تجدر الإشارة إلى أنه عند استخدام كاشف تسرب التدفق المغناطيسي للكشف عن خطوط الأنابيب، يجب التحكم في سرعة تشغيل أداة التنظيف، حيث أن تسرب التدفق المغناطيسي شديد الحساسية لسرعة تشغيل حامله، فعلى الرغم من أن استخدام مستشعر التيار بدلًا من ملف الاستشعار يقلل من سرعة أداة التنظيف، إلا أنه لا يُلغي تأثير السرعة تمامًا. عند استخدام هذه التقنية للكشف عن خط الأنابيب، يجب أن يصل جدار الأنبوب إلى التشبع المغناطيسي الكامل. لذا، ترتبط دقة الاختبار بسُمك جدار الأنبوب. فكلما زاد السُمك، انخفضت الدقة. وعادةً ما يكون النطاق الأمثل هو ألا يتجاوز سُمك جدار الأنبوب 2 مم. ولا تُضاهي دقة هذه التقنية دقة الموجات فوق الصوتية، كما أن تحديد الارتفاع الدقيق للعيوب لا يزال يعتمد على خبرة المُشغِّل.
4. تقنية الاختبار بالموجات فوق الصوتية الكهروإجهادية: مبدأ تقنية الاختبار بالموجات فوق الصوتية الكهروإجهادية مشابه.