油氣管網(wǎng)堵漏技術(shù)分析及新技術(shù)應(yīng)用展望

肖旭暉　李媛

摘要：文章針對采油廠油氣管網(wǎng)泄漏問題，結(jié)合管道運行情況和泄漏處理機制，通過分析其中的弊端與不足，明確優(yōu)化點，提出了應(yīng)用新型復(fù)合材料帶壓堵漏技術(shù)，以此提高管道堵漏施工的成功率與施工效率，力求在不停產(chǎn)、不動火或安全動火的情況下完成堵漏，使泄漏損失降到最低，避免事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：油氣管網(wǎng)；管道泄漏；帶壓堵漏；復(fù)合材料；堵漏施工

中圖分類號：TE973 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0035-03

1 采油廠管道泄漏處理機制分析

海洋采油廠油氣管道泄漏簡要處理過程為：（1）發(fā)現(xiàn)：集輸大隊發(fā)現(xiàn)管道檢測系統(tǒng)報警，或護衛(wèi)大隊巡線發(fā)現(xiàn)管道泄漏或盜油盜氣卡子；（2）應(yīng)急啟動：采油廠生產(chǎn)辦啟動油氣管道泄漏應(yīng)急預(yù)案，通知維修大隊，準(zhǔn)備進行堵漏施工；（3）施工：維修大隊通知值班基層隊，根據(jù)管道泄漏情況進行備料等工作，實施堵漏施工；（4）完工驗收：檢驗封堵效果，試壓檢測，堵漏完成后生產(chǎn)單位恢復(fù)生產(chǎn)。

采油廠陸地輸油管網(wǎng)包括兩部分，分別為：（1）海三聯(lián)，海五聯(lián)，海二站——海四聯(lián)；（2）海四聯(lián)——孤六聯(lián)——孤島首站。

這兩部分輸油管網(wǎng)已于2004～2006年建成管道泄漏檢測定位系統(tǒng)，實現(xiàn)了對陸地輸油管網(wǎng)的在線監(jiān)測。

1.1 采油廠油氣管道檢測原理分析

海洋采油廠采用的管道泄漏檢測方案主要是人工巡線加儀表儀器的常規(guī)方案，其中儀表儀器包括管道泄漏檢測定位系統(tǒng)、PCM管道檢測技術(shù)。

人工巡線的應(yīng)用：巡線人員采取車輛或步行等機動方式，逐一檢查摸清外輸管道情況，由于外輸管道多埋于地下，且沿途穿插魚池、濕地、鹽灘等地點，地形復(fù)雜、環(huán)境惡劣，加之沿途工廠及鹽場的建立，這種方法受到了越來越多的應(yīng)用限制。

儀表儀器的應(yīng)用情況：（1）GPS時間標(biāo)簽法的應(yīng)用：集輸大隊所使用的管道泄漏檢測定位系統(tǒng)基于GPS時間標(biāo)簽法，此方法是在負壓波的基礎(chǔ)上，利用GPS進行脈沖信號時間同步，并同步各傳感器數(shù)據(jù)采集的信號，通過采樣頻率與時間標(biāo)簽的換算，分別確定管道泄漏點上游和下游的泄漏負壓波的速度，利用泄漏點上下游檢測到的泄漏特征信號的時間標(biāo)簽差，即可確定管道泄漏的位置；（2）PCM檢測技術(shù)的應(yīng)用：PCM是一種通過分析地下管道中電流的變化，研究埋地管道防腐層狀況的不開挖檢測技術(shù)，可用于埋地管道定位，也可用于管道防腐層狀況檢測。采油廠護衛(wèi)大隊巡線人員利用PCM管道檢測設(shè)備，對管道損傷、穿孔和盜油暗卡等進行探測。

1.2 管道堵漏搶險過程中存在的問題

海洋采油廠維修大隊接到油氣水管道泄漏類突發(fā)事件通知后，其處置簡要過程為：應(yīng)急報告→應(yīng)急準(zhǔn)備→應(yīng)急處置→應(yīng)急終止。

通過維修大隊統(tǒng)計并結(jié)合經(jīng)驗分析，得出了在堵漏施工階段，主要存在以下疑難情況，限制了我們高效完成堵漏施工：（1）現(xiàn)有的堵漏施工方案大多需要動火作業(yè)，如果泄漏現(xiàn)場存在油氣大量外泄等不安全因素，消除這些隱患需要較長時間，在增加施工難度的同時，不安全性也大大提高；（2）一旦發(fā)現(xiàn)泄漏，往往需要停輸泄壓，費時費力，如何在保證不停輸?shù)那疤嵯赂哔|(zhì)高效地完成堵漏，是我們急需解決的問題；（3）泄漏管道常常處于低洼地段，在關(guān)閉漏點兩端泵點與閥門后，泄壓仍然需要較長時間才能完成，嚴重延誤了采油廠外輸、生產(chǎn)任務(wù)。

1.3 現(xiàn)有問題的解決方法

基于多年的油氣管道堵漏經(jīng)驗，維修大隊已能熟練應(yīng)用多種堵漏方案完成施工，而隨著采油廠產(chǎn)量的逐年增加，對油氣外輸管道的性能要求逐年增高，現(xiàn)今急需尋找一種新型堵漏方案，力求在不停產(chǎn)、不動火或安全動火的情況下完成堵漏，使泄漏損失降到最低，避免事故發(fā)生。結(jié)合現(xiàn)有管道實際情況綜合考慮后，復(fù)合材料管道修復(fù)等新型技術(shù)可提供不動火、高效率等技術(shù)優(yōu)勢，彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足。

2 堵漏施工方案優(yōu)化

2.1 堵漏施工現(xiàn)狀分析

2.1.1 維修大隊堵漏施工現(xiàn)狀分析。

油氣管道泄漏事故可分為以下6類：（1）管道腐蝕穿孔泄漏；（2）焊縫破裂泄漏；（3）打孔盜油、盜氣泄漏；（4）法蘭連接松動泄漏；（5）地震、風(fēng)暴潮等因素造成的油氣管道斷裂；（6）其他因素引起的

泄漏。

由于現(xiàn)有技術(shù)及施工條件等原因限制，維修大隊對于油氣管道泄漏穿孔一般采取焊接法、盲筒止竊法等需要停輸泄壓或動火作業(yè)的方案進行堵漏，以下為常用方案：（1）焊接法；（2）堵焊法；（3）捆扎法；（4）盲筒止竊法；（5）鋼帶拉緊補漏法。

這5種堵漏方案配合堵漏工具，可以安全快捷地完成現(xiàn)階段應(yīng)急堵漏任務(wù)，但大多需要采取停輸泄壓的方式進行施工，這樣不僅延誤外輸生產(chǎn)進度，而且耽誤最佳堵漏時間。

2.1.2 國內(nèi)帶壓堵漏施工現(xiàn)狀分析。帶壓堵漏是一種將不可控的泄漏通過夾具等方式變?yōu)榭煽匦孤┖螅訇P(guān)閉泄漏的技術(shù)。帶壓堵漏技術(shù)主要需要解決如下技術(shù)難題：（1）低壓直管堵漏速度慢，須放空；（2）低壓彎頭須放空電焊，隱患大，延誤生產(chǎn)。

注劑式密封技術(shù)已成為石油石化行業(yè)比較成熟的堵漏技術(shù)，現(xiàn)階段被國內(nèi)普遍采用的是以注劑式密封為核心技術(shù)的帶壓堵漏方案。對于壓力在2～3MPa壓力以上的石油、天然氣管道泄漏以及法蘭、閥門等疑難位置的泄漏，可以采用注劑式密封技術(shù)。

注劑式密封技術(shù)的操作步驟如下：（1）結(jié)合管道結(jié)構(gòu)和泄漏點數(shù)據(jù)，預(yù)制夾具；（2）在泄漏管道和預(yù)制夾具間注入經(jīng)過調(diào)配的密封注劑，建立新的密封體系；（3）注入密封注劑后，注劑壓力遠遠大于泄漏介質(zhì)壓力，介質(zhì)泄漏被強行止住，通過密封注劑自身的凝結(jié)度，能夠維持住一定的工作密封比壓，并在短時間內(nèi)形成一個堅韌的、富有彈性的新密封結(jié)構(gòu)，達到封堵泄漏點的目的。

注劑式密封技術(shù)已成為一套成熟的堵漏流程方案，但同時因為注劑式密封工藝具有耗時長、對操作技巧要求高、施工難度大、成本高等缺陷，固在埋地管道的一般堵漏施工中不采取該方案。

注劑式密封技術(shù)在復(fù)雜多樣的泄漏現(xiàn)場有著以下應(yīng)用難題：（1）夾具對泄漏本體的適應(yīng)能力不強，無法提高不可控泄漏點的夾具預(yù)制和操作速度；（2）泄漏管道結(jié)構(gòu)脆弱，夾具設(shè)計不應(yīng)對泄漏本體形成二次破壞；（3）注劑式密封專用夾具質(zhì)量較大，人工抬舉操作困難；（4）現(xiàn)場缺乏能夠補注和注入微縫的密封

注劑。

綜合以上原因，注劑式密封技術(shù)在具體堵漏施工中的劣勢仍十分明顯。

2.2 基于開挖的復(fù)合材料管道缺陷修復(fù)技術(shù)

通過查閱國內(nèi)外新型管道堵漏技術(shù)和相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用情況，結(jié)合采油廠管道運行特點，筆者注意到基于開挖的復(fù)合材料管道缺陷修復(fù)技術(shù)有著高模量、修復(fù)層質(zhì)量輕、施工方法簡單、成本低等優(yōu)勢，符合我廠迅速堵漏恢復(fù)管道設(shè)計性能的要求。

復(fù)合材料管體缺陷修復(fù)技術(shù)是利用涂敷在缺陷部位的高強度填料以及管體和纖維材料層間的強力膠，將集中在管道缺陷部位的應(yīng)力均勻地傳遞到復(fù)合材料修復(fù)層上，復(fù)合材料與缺陷管道緊密結(jié)合、協(xié)同變形，合理分布缺陷管道應(yīng)力，從而起到補強目的。與傳統(tǒng)的金屬材料修復(fù)方法相比，復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)具有明顯的優(yōu)點：（1）復(fù)合材料比強度、比模量高；（2）復(fù)合材料可設(shè)計性強；（3）復(fù)合材料有多種成型工藝，便于進行大面積或者結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的補強；（4）修復(fù)過程無需停輸、修復(fù)時間短、成本低、現(xiàn)場修復(fù)所需設(shè)備簡單。復(fù)合材料的這些優(yōu)點基本滿足了長輸油氣管道對管體修復(fù)材料的技術(shù)要求，已成為管道缺陷修復(fù)技術(shù)的一個發(fā)展趨勢。

目前，復(fù)合材料管道缺陷修復(fù)技術(shù)主要有兩種修復(fù)方法：一種是預(yù)成型法，一種是濕纏繞法。

2.2.1 復(fù)合材料管道缺陷修復(fù)技術(shù)-預(yù)成型法。預(yù)成型法是采用不飽和聚酯和玻璃纖維在工廠中預(yù)先根據(jù)含缺陷管道的管徑制備復(fù)合套筒，然后在修補現(xiàn)場通過強力膠將復(fù)合套筒粘結(jié)于管道表面，從而起到恢復(fù)管道強度的目的。

復(fù)合修復(fù)材料的技術(shù)指標(biāo)如下：適用運行壓力≤25MPa（管道補強時）；適用溫度：-29℃～82℃；抗拉伸強度516～688MPa；材質(zhì)：單向電化級玻纖/間苯二甲酸聚酯樹脂；彈性模量：≥3.45×104；屈服應(yīng)變率≤1.5；電阻率≥1×109Ω2/cm；膠抗剪切強度>8.2MPa；填料抗壓強度>55MPa；23℃固化時間≤2.5h。

復(fù)合材料預(yù)成型法的優(yōu)點：與其他修復(fù)方法相比，可在不動火和無需停輸和降壓的條件下，完成整個堵漏操作。復(fù)合材料易于安裝，施工方便快捷，只需少數(shù)人力操作，不需大型挖掘施工機具及設(shè)備配合，整個過程省時省力，從纏繞到膠體固化僅需3小時，之后即可進行保溫、防腐和回填操作，100%恢復(fù)管道的運行能力。復(fù)合材料預(yù)成型修復(fù)方法是一種永久性的修復(fù)技術(shù)，其長期可靠性已經(jīng)在國內(nèi)外眾多堵漏案例中得到現(xiàn)場應(yīng)用的驗證。

復(fù)合材料預(yù)成型法的缺陷：復(fù)合材料預(yù)成型修復(fù)方法因管道的缺陷位置、缺陷范圍和深度的不同而受到一定應(yīng)用限制。

2.2.2 復(fù)合材料管道缺陷修復(fù)技術(shù)-濕纏繞法。濕纏繞法（Wet wrap），首先將不含樹脂的柔性纖維布纏繞在需要補強的油氣管道上，同時將樹脂涂刷在纖維布上，在一定溫度和時間下樹脂將會固化，并與纖維形成復(fù)合材料，復(fù)合材料緊貼在需補強管道之上，分擔(dān)了大部分結(jié)構(gòu)和介質(zhì)沖擊載荷，從而起到修復(fù)管道的目的。濕纏繞法用于管道缺陷修復(fù)中一般以環(huán)氧樹脂為復(fù)合材料的基體、以碳纖維片材為復(fù)合材料的增強材料。

該方法在我廠管道補強修復(fù)中已有相關(guān)應(yīng)用。

這種技術(shù)的優(yōu)點主要有：（1）作業(yè)簡便、快速，現(xiàn)場修復(fù)設(shè)備簡單；（2）碳纖維布柔韌性好，可修復(fù)高焊縫余高、嚴重錯邊、嚴重變形等管體缺陷，也可用于彎頭、三通等異型件的缺陷修復(fù)；（3）碳纖維的比強度高、比模量高，修補厚度薄，僅為鋼材厚度的1/5就能達到相同補強效果；（4）可采用不同的粘結(jié)樹脂和施工工藝，適用溫度范圍廣。

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作者簡介：肖旭暉（1990-），男，山東聊城人，勝利油田海洋采油廠助理工程師，研究方向：海上平臺綜合維修、油氣水暖管道堵漏與補強技術(shù)等。