柔性復(fù)合管在油田集輸中的應(yīng)用

李 凱 張賢波 李康銳 曹 宏 劉 宵

1.西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065；

2.中國(guó)石油塔里木油田公司開(kāi)發(fā)事業(yè)部，新疆 庫(kù)爾勒 841000

0 前言

塔中油田位于塔克拉瑪干沙漠中央位置， 自從1996 年投入開(kāi)發(fā)以來(lái)，至今已有16 年，各種油氣水管道300 多條，目前綜合含水已達(dá)90%。 油田產(chǎn)出水礦化度高（90 000 mg／L），以（K+＋Na+）、Cl-離子為主，大部分為含CaCl2水型，pH 值低的腐蝕特性。近幾年來(lái)，隨著塔中油田I 號(hào)坡折帶奧陶系油氣的大面積開(kāi)發(fā)，H2S也伴隨著原油、天然氣進(jìn)入輸送系統(tǒng)，腐蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了0.076 mm/a 的標(biāo)準(zhǔn)， 使得管線(xiàn)腐蝕穿孔頻繁，陸續(xù)的停產(chǎn)修復(fù)不僅嚴(yán)重影響著安全生產(chǎn)， 造成人力、物力的極大浪費(fèi)，而且環(huán)境污染也頗為嚴(yán)重。 塔中油田每年因腐蝕穿孔刺漏造成的直接經(jīng)濟(jì)損失上千萬(wàn)元。 為了減輕由于管線(xiàn)腐蝕、結(jié)垢等造成的影響，油田公司于2010 年開(kāi)始在塔中油田開(kāi)展柔性復(fù)合管的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。

1 柔性復(fù)合管的性能和特點(diǎn)

柔性復(fù)合管是一種由高分子復(fù)合材料制成的具有高強(qiáng)度、高壓力、耐腐蝕、摩阻系數(shù)小、保溫性好、柔性好、 壽命長(zhǎng)等優(yōu)特性的石油天然氣工業(yè)用管材，見(jiàn)圖1。其結(jié)構(gòu)由里至外由芯管、增強(qiáng)層、外包層組成，其中芯管為硅烷交聯(lián)高密度聚乙烯管或納米改性的聚氯乙烯管； 增強(qiáng)層為芯管上編織或者纏繞的增強(qiáng)纖維絲（繩）或鋼絲繩，各增強(qiáng)纖維層之間采用粘結(jié)劑粘結(jié)；外包層為聚乙烯防腐保護(hù)層［1］。 工作壓力為0～32 MPa；尺寸為17～300 mm（內(nèi)徑）。

圖1 柔性復(fù)合管結(jié)構(gòu)

柔性復(fù)合管相比鋼管和玻璃鋼管，其優(yōu)點(diǎn)主要包括：a） 耐腐蝕，抗酸堿性強(qiáng)；b）內(nèi)壁光滑抗結(jié)垢，摩阻系數(shù)小，非常適用于高礦化度油氣田；c） 柔性好，質(zhì)量輕，輸送流體阻力小，使用中可自由彎曲，在實(shí)際施工中有效減少了因地形起伏、地質(zhì)斷層等環(huán)境對(duì)油氣管線(xiàn)施工的影響和損害，使用壽命長(zhǎng)，一般為30～50 a；d）傳熱系數(shù)低，絕熱性能好，最高使用溫度可達(dá)110 ℃，不用防腐保溫；e） 操作方便，施工簡(jiǎn)單快捷，單根長(zhǎng)度可達(dá)1 000 m，現(xiàn)場(chǎng)施工使用不銹鋼卡或絲扣連接，可省去焊接工序，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短施工時(shí)間；f）便于運(yùn)輸，彎曲半徑小于1 m，整盤(pán)裝運(yùn)；g） 管線(xiàn)長(zhǎng)度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行“定制”生產(chǎn)，不僅增加了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的適應(yīng)性， 而且減少了管材的浪費(fèi)；h） 抗低溫沖擊性能好，最低工作溫度可達(dá)-35 ℃；i） 儲(chǔ)存方便，占地面積小，可作為應(yīng)急管道使用，應(yīng)急功能靈活。

2 柔性復(fù)合管的實(shí)際應(yīng)用

2.1 應(yīng)用情況

隨著單井含水的上升，高礦化度的污水加劇了管線(xiàn)的腐蝕穿孔， 塔中油田在2010 年對(duì)站外部分單井集輸管線(xiàn)采用柔性復(fù)合管進(jìn)行更換，首先對(duì)TZ16-5、TZ161 這2 口自投產(chǎn)以來(lái)腐蝕穿孔累計(jì)達(dá)30 次以上的單井進(jìn)行更換，其主要應(yīng)用情況見(jiàn)表1。

表1 TZ16-5、TZ161井柔性復(fù)合管情況表

2.2 集輸管線(xiàn)的施工要點(diǎn)

2.2.1 管溝開(kāi)挖

因該復(fù)合管在塔中油田首次應(yīng)用，為取得最佳使用效果，施工更加謹(jǐn)慎安全，將管線(xiàn)深埋-1.2 m，穿越公路處加鋼套管，以防止外力（機(jī)械挖溝、鉆井、作業(yè)打地錨等）損壞管線(xiàn)。 若溝底有不易清除的堅(jiān)硬物體（巖石、礫石等）應(yīng)鏟除至設(shè)計(jì)標(biāo)高以下0.15～0.2 m，然后鋪上沙土整平夯實(shí)，平整后方可用吊帶吊復(fù)合管下溝。

2.2.2 管線(xiàn)鋪設(shè)

復(fù)合管鋪設(shè)時(shí)， 先將復(fù)合管套在專(zhuān)制的轉(zhuǎn)盤(pán)上，由施工人員拉著管頭走，讓其自然分散，每間距10 m設(shè)1 人，直至復(fù)合管放完為止。 鋪設(shè)時(shí)使其盡可能自然敷設(shè)在管溝內(nèi)，管體決不能進(jìn)行反彎。 不能對(duì)復(fù)合管進(jìn)行強(qiáng)硬的彎曲或者固定，防止發(fā)生塑變。

2.2.3 管線(xiàn)連接

復(fù)合管與復(fù)合管之間需用管件進(jìn)行連接，常用的連接方式有扣壓式、絲扣式，法蘭式和由壬式，根據(jù)其壓力等級(jí)不同選擇不同的連接方式。

2.2.4 管溝回填

回填管溝時(shí)，必須用細(xì)土或沙（最大粒徑不得超過(guò)3 mm）回填至管頂0.2～0.3 m 處，然后用原土回填壓實(shí)，應(yīng)注意不要讓落石、凍土或其他重物碰壞或劃傷復(fù)合管；管溝回填應(yīng)有沉降余量，一般應(yīng)高出地面0.3 m；回填時(shí)應(yīng)從一端開(kāi)始，另一端結(jié)束，禁止從兩端開(kāi)始至中間結(jié)束的回填方式，避免復(fù)合管扭曲變形［2］。

2.2.5 試壓

管線(xiàn)施工后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試壓，試壓合格后進(jìn)行二次回填，然后才能進(jìn)行投產(chǎn)試運(yùn)。

3 柔性復(fù)合管應(yīng)用建議

a）塔中油田處于全球第一大流動(dòng)性沙漠塔克拉瑪干沙漠中央，每年3～10 月為風(fēng)沙季節(jié)，沙丘運(yùn)動(dòng)平均速度可達(dá)6 m／a［3］，沙堆的遷移對(duì)管線(xiàn)運(yùn)行造成很大的影響，見(jiàn)圖2。 在鋪設(shè)管道時(shí)，管線(xiàn)埋深均符合要求，但處于風(fēng)口位置的不出半年時(shí)間經(jīng)過(guò)風(fēng)沙的搬遷， 造成管線(xiàn)懸空見(jiàn)圖3，影響復(fù)合管線(xiàn)的使用壽命，因此在設(shè)計(jì)和施工中要避免將管線(xiàn)鋪設(shè)在風(fēng)口位置處。

圖3 管線(xiàn)風(fēng)沙侵蝕埋深

b） 在鋪設(shè)管道的位置兩側(cè)編織防沙帶——草方格沙障，草方格尺寸1 m×1 m，總體寬度必須在上風(fēng)向6 m，下風(fēng)向3 m。草方格沙障是將蘆葦插入沙層內(nèi)，直立于沙丘上。 在流沙上扎成方格狀的半隱蔽式沙障。蘆葦埋入沙中的深度約12～13 cm， 上露地面高度約12～13 cm［4］。

c）定期對(duì)風(fēng)沙侵蝕裸露管線(xiàn)進(jìn)行檢查和掩埋，并在掩埋后進(jìn)行草方格防沙處理，一方面確保其符合管線(xiàn)埋深要求，另一方面保證柔性復(fù)合管的壽命。

d）投運(yùn)試壓及應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，管線(xiàn)接頭部位容易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，造成打不起壓。 究其原因，主要是施工不規(guī)范引起。 故應(yīng)規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)，提高施工質(zhì)量。 嚴(yán)格執(zhí)行SY/T 6716-2008《石油天然氣工業(yè)用柔性復(fù)合高壓輸送管》規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定和要求。

e） 為了避免因吊裝、磕碰、鏟傷等原因造成柔性復(fù)合管外防護(hù)層破壞，建議對(duì)柔性復(fù)合管的外層結(jié)構(gòu)增加一層硬質(zhì)防護(hù)層，以確保外防腐層的完好。

4 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

由于柔性復(fù)合管相比其他管材具有更多的優(yōu)點(diǎn)，在塔中油田得到大面積的推廣應(yīng)用，其效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

a）柔性復(fù)合管可以彎曲， 鋪設(shè)管道時(shí)節(jié)省人力，與鋼管相比，減少了鋼管的焊接、探傷、補(bǔ)口、防腐等施工工序，施工時(shí)間可節(jié)約50%以上。

b）就裸管而言，鋼制管線(xiàn)比柔性復(fù)合管價(jià)格便宜12%左右，但加上鋼制管線(xiàn)的其他工序費(fèi)用，綜合估算， 鋼制管線(xiàn)比柔性復(fù)合管線(xiàn)綜合建設(shè)成本高25%以上［5］。

c） 現(xiàn)場(chǎng)施工工序簡(jiǎn)單，無(wú)明火作業(yè)，極大提高了油田施工的安全系數(shù)，降低了操作危險(xiǎn)性。

d） 鋼制管線(xiàn)投產(chǎn)3～5 a 后發(fā)生腐蝕穿孔現(xiàn)象，維修工程量大，費(fèi)用高，而柔性復(fù)合管生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，維修費(fèi)低廉，在修復(fù)時(shí)不依賴(lài)動(dòng)力電源，有效縮短了安全維修周期，可迅速恢復(fù)生產(chǎn)。

e）柔性復(fù)合管的隔熱性能較好，遠(yuǎn)小于金屬管的導(dǎo)熱系數(shù)，可節(jié)省保溫費(fèi)用，能夠得到較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)論

目前該柔性復(fù)合管在塔中油田的使用已達(dá)30 km，主要應(yīng)用于單井集輸、污水回灌、單井注水等方面，應(yīng)用效果良好，管線(xiàn)運(yùn)行平穩(wěn)，值得推廣借鑒使用。

［1］ 田建峰，王興龍，郝小云，等. 柔性復(fù)合高壓注醇軟管在長(zhǎng)慶氣田的應(yīng)用［J］. 石油化工應(yīng)用，2008，27（5）：86-88.Tian Jianfeng，Wang Xinglong，Hao Xiaoyun，et al.Application of the Flexibility Compound High Pressure Hose to Add Methanol in Changqing Gas Field［J］. Petrochemical Industry Application，2008，27（5）：86-88.

［2］SY/T 6716-2008，石油天然氣工業(yè)用柔性復(fù)合高壓輸送管［S］.SY/T 6716-2008，F(xiàn)lexible Composite Pipe for High Pressure Transmission for Petroleum and Natural Gas Industries［S］.

［3］ 張 力，李道德，彭順斌. 單側(cè)沉管在沙漠地段長(zhǎng)輸管道施工中的應(yīng)用［J］. 天然氣與石油，2011，29（4）：23-25.Zhang Li，Li Daode，Peng Shunbin. Application of Lowering Pipeline at Single Side to Long-Distance Pipeline Construction in Desert Areas［J］.Natural Gas and Oil，2011，29（4）：23-25.

［4］ 朱國(guó)承，夏 政，郄海霞，等. 毛烏素沙漠油氣管道的工程機(jī)械防護(hù)措施［J］. 天然氣與石油，2011，29（4）：20-22.Zhu Guocheng，Xia Zheng，Qie Haixia，et al.Protective Measures for Construction Machineries of Oil and Gas Pipelines in Mu Us Desert［J］.Natural Gas and Oil，2011，29（4）：20-22.

［5］ 羅貞禮.柔性復(fù)合管在油氣田中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用探討［J］. 新材料產(chǎn)業(yè)，2011，13（6）：55-57.Luo Zhenli. Discussion on Development and Application of Flexible Composite Pipe in Oil and Gas Fields［J］. Advanced Materials Industry.2011，13（6）：55-57.