*姜濤 彭方輝 秦勇 馬彬翔 李生楠
(長(zhǎng)慶油田第二采油廠 甘肅 745000)
油田腐蝕環(huán)境復(fù)雜,油氣管道在較短服役年限內(nèi)便產(chǎn)生腐蝕穿孔問(wèn)題,往往造成嚴(yán)重的安全隱患和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。然而,常規(guī)的技術(shù)手段已不能滿足隱患管道全面維護(hù)、失效風(fēng)險(xiǎn)快速削減的迫切需求[1]。對(duì)腐蝕嚴(yán)重管段全面開(kāi)挖更換不僅成本高、耗時(shí)長(zhǎng),而且受建筑物或水域等管道敷設(shè)限制因素的制約,難以實(shí)施[2-3]。因此,在復(fù)雜腐蝕環(huán)境下開(kāi)展油氣管道非開(kāi)挖防腐修復(fù)工作尤為重要。目前常見(jiàn)的HTPO管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)可一次修復(fù)管道0.5~1.0km[4-6],原位固化修復(fù)技術(shù)可一次修復(fù)管道0.1~0.3km[7],水泥砂漿襯里修復(fù)技術(shù)可一次修復(fù)管道1.2~1.5km[8],對(duì)于油田內(nèi)部連接油井與計(jì)量站、聯(lián)合站的集輸管道,煉油廠及油庫(kù)內(nèi)部的管道等等中短距離管線修復(fù)意義重大[9-10]。高密度聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)是按照待修復(fù)管道的內(nèi)徑,選擇符合修復(fù)管道工況要求的相應(yīng)規(guī)格的高密度聚乙烯管,通過(guò)等徑壓縮的工藝將其穿插至待修復(fù)管道中,然后通過(guò)自然釋放恢復(fù)的方式,使內(nèi)襯管與金屬管道內(nèi)壁緊密的貼合,形成合二為一的“管中管”復(fù)合結(jié)構(gòu),輸送介質(zhì)與金屬管道不發(fā)生直接接觸,從而達(dá)到解決管道腐蝕、延長(zhǎng)使用壽命的目的。
然而,經(jīng)過(guò)高密度聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)修復(fù)后的管道若因被盜油開(kāi)孔、挖掘破壞或自然災(zāi)害等外力原因破壞造成管道破漏后,往往造成高密度聚乙烯內(nèi)襯與金屬管道同時(shí)破損。其破漏處內(nèi)外管線的修復(fù),是目前工程施工中亟待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。為此,本文提出一種高密度聚乙烯(HTPO)內(nèi)襯管破損修復(fù)技術(shù)方案,可以盡快修復(fù)破漏處,恢復(fù)管道輸油能力。
高密度聚乙烯HTPO克服了進(jìn)口硅橡膠強(qiáng)度低、TPU耐熱差的缺陷,在油田的輸油、輸氣、油氣混輸、污水管道應(yīng)用前景廣闊。
對(duì)于內(nèi)襯管的壁厚及需求的材料物理性能,需要考慮修復(fù)后管道的運(yùn)行壓力、使用壽命、舊管道能提供的支撐力等條件來(lái)確定,同時(shí)還要依據(jù)舊管道管體的損壞程度來(lái)選擇,通常選擇HTPO內(nèi)襯管的壁厚為6~12mm之間,對(duì)其參數(shù)的要求見(jiàn)表1和表2。
表1 內(nèi)穿插技術(shù)需求HTPO管道的材料物理性能(單位:mm)
表2 內(nèi)穿插技術(shù)需求HTPO管道的材料物理性能
HTPO管道執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):Q/JTBS 001—2011《內(nèi)襯修復(fù)用耐高溫聚烯烴合金(HTPO)管道》。
管道內(nèi)穿插修復(fù)技術(shù)是利用外徑比舊管道內(nèi)徑略小的HTPO管,通過(guò)變形或縮徑設(shè)備使其直徑減小,通過(guò)牽引機(jī)將其穿入舊管道,有外力或內(nèi)襯管自身特性恢復(fù)到原來(lái)的直徑,使其漲貼到舊管道的內(nèi)壁上,與舊管道緊密貼合,形成“管中管”復(fù)合結(jié)構(gòu)。
①管道清管、除銹
清管作業(yè)主要是通過(guò)高壓清管器,清除管段內(nèi)的泥垢、油、水等雜物。管道替油掃線后使用清垢、除瘤設(shè)備反復(fù)清管,并用內(nèi)窺裝置檢查,垢渣、焊瘤清除十分徹底,清管過(guò)程簡(jiǎn)單,管內(nèi)處理相較內(nèi)翻襯工藝要求較低。
②管道內(nèi)穿插
首先將選用的外徑略大于鋼管內(nèi)徑的耐高溫高密度聚乙烯(HTPO)通過(guò)專用滾輪縮徑機(jī)進(jìn)行縮徑,使其直徑縮小10%左右。然后通過(guò)牽引機(jī)的牽引,將縮徑后的HTPO按照一定的速度拉入主管道。拉力撤消以后,HTPO能夠慢慢恢復(fù)到原來(lái)的直徑,一般24h后可以觀察到HTPO完全恢復(fù)形變,緊密貼合至舊管道內(nèi)壁,后期運(yùn)行也不易凹陷、變癟。
圖1 內(nèi)穿插示意圖
圖2 穿插工藝流程圖
③施工工序
內(nèi)襯修復(fù)受地表環(huán)境、地形影響,單次修復(fù)管段一般在0.5~2km之間。其施工工序?yàn)椋?/p>
探管尋線—選取施工段—開(kāi)挖施工操作坑—內(nèi)壁清洗除銹—清污除垢、拖鎦去刺及污垢外運(yùn)—HTPO管熱熔對(duì)接—HTPO管線試壓檢查—HTPO管8~12m/min速度穿插—切割多余材料—置試壓接頭—HTPO管直徑恢復(fù)—塑料法蘭成型—管件內(nèi)襯預(yù)制—全線法蘭連接、擠塑密封(或內(nèi)聯(lián)外焊)—試壓投產(chǎn)—施工坑填土—現(xiàn)場(chǎng)清理。
高密度聚乙烯內(nèi)襯管破損修復(fù)技術(shù)采用“內(nèi)連外焊”工藝。針對(duì)原管道破損長(zhǎng)度小于2m的,把破損處割除后在斷口焊接鋼制法蘭,使用內(nèi)襯預(yù)制好帶法蘭的鋼管短截與原管道法蘭連接,恢復(fù)生產(chǎn);原管道破損長(zhǎng)度大于2m的,首先把破損處割除后在斷口焊接鋼制變徑大小頭,取一根比割除部分長(zhǎng)度短1.6m的新鋼制管道,在其兩端焊接變徑并進(jìn)行高密度聚乙烯管內(nèi)襯,然后采用內(nèi)連外焊鋼包裹的工藝與原管道連接。
HTPO管:采用熱熔套焊接,加持電流后電熱絲加溫至210℃,實(shí)現(xiàn)內(nèi)襯管與電熔套筒熔接,焊接工藝簡(jiǎn)單、可靠。電加熱熱熔套筒如圖3所示。
圖3 電加熱熱熔套筒
鋼管段:采用整鋼管對(duì)焊連接形成鋼包裹,鋼包裹與內(nèi)襯管中間環(huán)空部分填充水泥沙漿后,對(duì)天窗補(bǔ)焊,確保了密封性。
彎頭連接:>135°的彎頭可直接穿插內(nèi)襯,<135°的彎頭需更換6D彎頭后實(shí)施穿插內(nèi)襯,作業(yè)步驟簡(jiǎn)單。
管端連接:通過(guò)兩個(gè)鋼法蘭之間加HTPO法蘭實(shí)現(xiàn)內(nèi)襯管在管端的固定,并可與站內(nèi)流程實(shí)施法蘭連接,連頭投運(yùn)方便。
連接示意圖如圖4所示。
圖4 連接方式示意圖
“內(nèi)連外焊”的具體工藝為:鋼管段的連接采用鋼包裹連接,內(nèi)襯管的連接采用電熔套筒連接,中間環(huán)空部分采用水泥沙漿填充,外套鋼管段為整鋼管套接對(duì)焊工藝方式,施工示意圖和施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例分別如圖5和圖6所示。
圖5 鋼包裹連接示意圖
圖6 鋼包裹連接實(shí)例圖
2016年至今由河南特防建設(shè)集團(tuán)有限公司在西峰油田、城壕油田先后完成了6條21.6km高密度聚乙烯內(nèi)穿插修復(fù)技術(shù)施工應(yīng)用實(shí)驗(yàn),總施工里程達(dá)20余公里。以董2轉(zhuǎn)集油管道為例,該管道2003年建成投運(yùn),材質(zhì)為20#鋼,管道設(shè)計(jì)規(guī)格Φ114mm×4.5mm,設(shè)計(jì)壓力4.0MPa,長(zhǎng)度6.8km,管道輸油壓力1.2MPa,運(yùn)行溫度為39℃。2022年8月該管道采用高密度聚乙烯內(nèi)襯完成內(nèi)襯修復(fù)施工,內(nèi)襯前后輸油壓力略微下降≤0.1MPa,末端進(jìn)站溫度上升1.8℃,運(yùn)行參數(shù)正常;且至今未發(fā)生泄漏、內(nèi)襯管脫落變形等失效事故,防腐蝕性能良好。修復(fù)后的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3和表4。
表3 管道材料力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果
表4 管道耐高溫性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果
從運(yùn)行結(jié)果看,高密度聚乙烯內(nèi)襯修復(fù)后雖然管徑降低,輸油壓力略微下降,但滿足生產(chǎn)要求。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證管道修復(fù)后設(shè)計(jì)承壓可以達(dá)到4.0MPa。建設(shè)周期比新建管道大約縮短70%,管道平均服役年限可延長(zhǎng)50%以上,工程費(fèi)用可以節(jié)省20%~30%,具有良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。
(1)高密度聚乙烯內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)可以有效地解決服役時(shí)間長(zhǎng)、穿孔嚴(yán)重且穿越環(huán)境敏感區(qū)管道破損修復(fù)難題,適用于里程短(<6km)、日輸量?。ǎ?20m3/d)且管徑≥Φ76mm的集輸管道。對(duì)外協(xié)難度大、管道新建、無(wú)路由管道實(shí)施修復(fù)有工期短的天然優(yōu)勢(shì)。
(2)高密度聚乙烯內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)非開(kāi)挖修復(fù),環(huán)境天氣影響小,修復(fù)速度快,目前一次最大施工長(zhǎng)度2km,管道修復(fù)后至今運(yùn)行良好。
(3)高密度聚乙烯管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)還可用于高含硫區(qū)塊管道、穿河管段修復(fù)。舊管道輸送介質(zhì)含H2S時(shí),管道服役年限大幅縮短,內(nèi)襯修復(fù)優(yōu)勢(shì)突顯,管道平均服役年限(15年)內(nèi),可節(jié)約費(fèi)用50%以上,并可大幅降低高含硫區(qū)塊管道失效的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。