帶壓封堵技術(shù)在安塞油田輸油管道維修中的應(yīng)用

宋志俊，劉仲勤，張建紅，陳 娜，周浪花

中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西延安 716000

帶壓封堵技術(shù)在安塞油田輸油管道維修中的應(yīng)用

宋志俊，劉仲勤，張建紅，陳 娜，周浪花

中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西延安 716000

輸油管道在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)需要維修情況，傳統(tǒng)施工需要將管道清空，帶壓封堵技術(shù)不需要清空管道，具有安全、高效、減少施工時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。在簡要介紹了國內(nèi)外油氣管道封堵技術(shù)現(xiàn)狀、帶壓開孔封堵技術(shù)、封堵技術(shù)主要設(shè)備、帶壓封堵施工流程等之后，結(jié)合安塞油田杏某輸油管道安裝截?cái)嚅y施工項(xiàng)目，較為詳細(xì)地介紹了帶壓封堵方案的提出、帶壓封堵可行性分析、管道封堵方式的選擇、封堵維修的過程、盤式帶壓封堵施工實(shí)施效果、施工中的問題及解決方法等內(nèi)容。工程實(shí)踐表明，該管道施工方法與傳統(tǒng)泄壓放空法相比具有很大的優(yōu)勢(shì)，但也表明該技術(shù)所需設(shè)備、設(shè)施質(zhì)量大，工作程序復(fù)雜。而智能定位封堵技術(shù)則采用智能封堵器，具有施工工序少，工藝簡單，不在管道上開孔等優(yōu)點(diǎn)，管道維修封堵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是智能化。

輸油管道；維修；帶壓開孔封堵；泄壓放空；智能定位封堵

輸油管道在服役期間因工藝改造、閥門更換、管道改向和腐蝕破壞等多方面原因需要?jiǎng)踊鹁S修，因?yàn)橛吞锕艿垒斔徒橘|(zhì)具有易燃、易爆的特性，所以以往的管道維修往往需要將管道清空和置換，直至管內(nèi)無可燃物時(shí)方可進(jìn)行維修。這種傳統(tǒng)的維修方式具有停輸時(shí)間長，放空過程容易發(fā)生泄漏及著火事故等缺點(diǎn)，近2年已很少在大管徑輸油管道中應(yīng)用。而帶壓開孔封堵技術(shù)可在不停輸?shù)臈l件下完成管道改造施工，適用于原油、成品油、天然氣等多種可燃流體的管道正常維修與突發(fā)事故的維修[1]。

1 國內(nèi)外油氣管道封堵技術(shù)現(xiàn)狀

國外油氣管道封堵技術(shù)開始于20世紀(jì)20年代，其技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其中智能封堵技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。其工作原理是在收發(fā)球工藝流程中投入智能封堵器（SmartPlug）[2]，該封堵器具有遙控定位、遙控封堵、遙控解封三個(gè)功能，智能球到達(dá)封堵點(diǎn)后，遠(yuǎn)程遙控封堵，封堵器通過金屬扇形裝置擠壓管壁，金屬扇形上有一橡膠圈進(jìn)行密封封堵，施工作業(yè)完成后遠(yuǎn)程遙控解封。我國油氣管道封堵技術(shù)起步較晚，但是發(fā)展迅速，最大封堵管徑已超過1 400 mm，封堵壓力不斷增大。張仕民等[3]設(shè)計(jì)了一種管內(nèi)高壓智能封堵器，其原理和國外技術(shù)相仿，都是由收發(fā)球流程投入封堵器，到達(dá)封堵位置剎車后進(jìn)行封堵，作業(yè)結(jié)束后解封，但封堵過程不同，該方法封堵器是將其外包圍的封堵皮碗頂出，使之與管壁密封而達(dá)到封堵目的。

目前應(yīng)用較為廣泛的是冷凍封堵技術(shù)和帶壓開孔封堵技術(shù)。冷凍封堵技術(shù)原理是向管道內(nèi)注入封堵劑，通過低溫將封堵劑凝固，達(dá)到封堵的目的，但其缺點(diǎn)是不能進(jìn)行大管徑封堵，同時(shí)管道在低溫條件下容易發(fā)生冷脆，為施工帶來安全隱患[4]；帶壓開孔封堵技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛，其工作原理是在需更換的管道上下游開孔，然后安裝封堵器進(jìn)行封堵，施工完后安裝封堵盤，封堵管壁上開孔，最后安裝盲板，帶壓開孔技術(shù)成熟，施工安全可靠，但具有封堵周期長，工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)[5]。

2 帶壓開孔封堵技術(shù)

根據(jù)封堵機(jī)械方式的不同，帶壓開孔封堵技術(shù)分為盤式封堵、囊式封堵、筒式封堵和折疊封堵。囊式封堵技術(shù)適用壓力較低，一般不超過0.3 MPa[6-7]；折疊式封堵技術(shù)開孔直徑為管徑的1/3，適用于管徑較大的管道，但不適用于高壓管道；筒式封堵技術(shù)開孔管徑大于管道直徑，但施工費(fèi)用較高；盤式封堵技術(shù)開孔大小和管道直徑相一致，適用于各種壓力的管道封堵。目前安塞油田應(yīng)用較多的是盤式封堵技術(shù)。

3 封堵技術(shù)主要設(shè)備

3.1 開孔機(jī)

帶壓開孔機(jī)主要由計(jì)數(shù)器、液壓馬達(dá)、筒鉆和中心鉆組成，見圖1。其中計(jì)數(shù)器用來判斷開孔程度，防止鉆不透和鉆過度的情況發(fā)生，液壓馬達(dá)是開孔器的動(dòng)力來源，在液壓馬達(dá)上安裝汽油電機(jī)，為鉆頭提供持續(xù)的開孔動(dòng)力，中心鉆具有定位功能，防止鉆頭鉆偏而使筒鉆鉆頭發(fā)生斷裂，筒鉆是開孔的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于開孔作業(yè)。

圖1 開孔機(jī)示意

3.2 封堵機(jī)

封堵機(jī)主要由計(jì)數(shù)器、液壓馬達(dá)、封堵執(zhí)行器和封堵皮碗組成，見圖2。計(jì)數(shù)器可以判斷封堵執(zhí)行器是否達(dá)到封堵點(diǎn)，液壓馬達(dá)主要為封堵執(zhí)行器封堵提供動(dòng)力，封堵執(zhí)行器到達(dá)封堵位置后轉(zhuǎn)向90°，而后進(jìn)行封堵，封堵皮碗起到密封封堵執(zhí)行器和管壁的作用。

圖2 封堵機(jī)示意

3.3 封堵三通和封堵夾板閥

封堵三通需要焊接到輸油管道上，在施工完成后并不拆除，長期保留在管道上，主要用于連接封堵設(shè)備與管道，見圖3；封堵夾板閥的作用是在安裝開孔機(jī)、封堵機(jī)時(shí)，確保管道內(nèi)壓力及流體的密封，見圖4。

圖3 封堵三通

圖4 封堵夾板閥

4 帶壓封堵施工流程

帶壓開孔封堵流程：在需要維修的輸油管道上下游焊接封堵三通，三通要附帶法蘭、螺栓及配套的塞堵盤；焊接好封堵三通后，安裝封堵夾板閥；夾板閥安裝后，安裝開孔機(jī)開孔；開孔后撤掉開孔機(jī)，安裝封堵機(jī)進(jìn)行封堵；封堵后，進(jìn)行管道維修作業(yè)；作業(yè)完成后，撤掉封堵機(jī)，安裝塞堵盤，拆除封堵夾板閥，最后安裝盲板而結(jié)束施工。流程見圖5。

圖5 管道帶壓封堵施工流程

5 盤式帶壓封堵施工案例

5.1 帶壓封堵方案的提出

安塞油田杏某輸油管道全長60 km，管道規(guī)格準(zhǔn)219 mm×5.0 mm，管容2 000 m3，建設(shè)時(shí)未安裝截?cái)嚅y。由于管道位于延安老區(qū)水源地王窯水庫上游，因此需要安裝截?cái)嚅y以防止供給70余萬人口的水源被污染。20世紀(jì)90年代，安塞油田管道施工采用壓縮空氣將管內(nèi)原油吹掃至下游站后進(jìn)行連頭的方式，雖然該方法費(fèi)用低，但施工時(shí)因?yàn)楣艿纼?nèi)油氣混合物遇明火很容易發(fā)生爆管事故，因此早已禁止使用。進(jìn)入21世紀(jì)以來，安塞油田管道施工多數(shù)使用直接開孔放空，黃油墻封堵方式，但該方法存在施工時(shí)間長、費(fèi)用高的缺點(diǎn)。隨著管道施工技術(shù)和管理水平的提高，帶壓開孔技術(shù)逐漸成熟，因此杏某輸油管道與新建截?cái)嚅y可使用帶壓封堵技術(shù)進(jìn)行連接。

5.2 帶壓封堵可行性分析

杏某輸油管道帶壓封堵技術(shù)是否可行的關(guān)鍵是管道停輸時(shí)間能否滿足帶壓封堵停輸時(shí)間的要求。杏某輸油管道首站庫容較大（2.5萬m3），實(shí)際庫容1.4萬m3，輸油量2 500 m3/d，因此停輸維修管道并不影響原油的生產(chǎn)，另外停輸也可減少開孔對(duì)管道強(qiáng)度產(chǎn)生的不利影響。帶壓封堵及連頭時(shí)間共需12 h（三通焊接2 h，安裝平板閥1 h，開孔2 h，封堵2 h，放空1 h，連頭2 h，解封1 h，盲堵1 h），杏某輸油管道輸油油溫55℃，原油凝點(diǎn)26℃，滿足停輸時(shí)間的要求。

5.3 管道封堵方式的選擇

管道需要維修的位置為管道縱斷面的最低點(diǎn)和中間高度點(diǎn)，停輸后管道靜壓分別為3.5 MPa和1.2 MPa，由于囊式和折疊式封堵技術(shù)適用于低壓管道，并不適用于該管道，而盤式開孔封堵技術(shù)適用于該管道，且較筒式封堵技術(shù)更經(jīng)濟(jì)，因此選用盤式開孔封堵技術(shù)。

5.4 封堵維修的過程

2016年11月，杏某輸油管道進(jìn)行盤式帶壓開孔封堵維修，管道規(guī)格為準(zhǔn)219 mm×5 mm，開孔直徑為DN200。施工流程為焊接三通→開孔→封堵→焊接管道→解封→盲堵。封堵維修工作圓滿地完成了截?cái)嚅y與輸油管道的連接，這是安塞油田首次使用該方法成功地進(jìn)行管道的封堵施工。其具體過程如下：

（1）作業(yè)坑開挖。上游封堵點(diǎn)、上游連頭點(diǎn)、下游封堵點(diǎn)、下游連頭點(diǎn)的作業(yè)坑尺寸均為長×寬= 4 m×3 m，管底至溝底距離均為0.8 m，見圖6。

圖6 盤式帶壓封堵管道維修示意

（2）防腐層清除、三通焊接。清除管道防腐層，檢測(cè)管道橢圓度和管道壁厚，吊裝組對(duì)封堵三通、平衡短節(jié)，焊接三通、短節(jié)，三通焊道進(jìn)行滲透探傷檢查。

（3）開孔。其一，安裝球閥，開平衡孔后關(guān)閉球閥，拆除小型鉆孔機(jī)；其二，安裝盲堵孔夾板閥門；其三，安裝筒刀和鉆頭，將開孔機(jī)安裝到夾板閥上，并進(jìn)行壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)介質(zhì)為氮?dú)?，試?yàn)壓力等于管道的運(yùn)行壓力；其四，開孔作業(yè)，在確保結(jié)合面無泄漏后開始開孔作業(yè)，開孔過程中需要檢測(cè)可燃?xì)怏w的含量；其五，開孔完成后，關(guān)閉夾板閥，拆除開孔機(jī)。

（4）封堵。組裝封堵器并將封堵頭安裝到封堵器上，檢查皮碗的質(zhì)量并安裝到封堵頭上，在下游安裝封堵器并下封堵頭，降低待廢棄管段的油壓力到0.5 MPa以下，持續(xù)觀察10 min，如果除了待廢棄管段的壓力不再升高且密封部位沒有泄漏聲，則說明封堵成功。

（5）排油、斷管作業(yè)。利用抽油泵從平衡孔將封堵段內(nèi)原油抽干凈，將手動(dòng)割刀安裝到管道上，對(duì)需連頭管段進(jìn)行冷切割斷管，斷管過程中，使用冷卻液保持?jǐn)喙茉O(shè)備刀片不過熱。

（6）動(dòng)火連接。在焊接前，需要檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度，合格后實(shí)施修口打磨。通過一個(gè)彎頭進(jìn)行組對(duì)，焊接過程中，若有輕微泄漏，則在2 in（1 in= 25.4 mm）平衡孔處做引流處理。焊接完成后進(jìn)行超聲波探傷及X射線探傷。

（7）解除盤式封堵和安裝塞柄蓋盲板。投油平衡結(jié)束后，實(shí)施提封堵作業(yè)，然后拆除封堵器，安裝封堵三通、塞柄盲板。

（8）管道防腐。埋地管道外防腐保溫要求管道外壁噴砂除銹達(dá)Sa2.5級(jí)，防腐層涂環(huán)氧煤瀝青底漆一道，面漆三道，總厚度不小于200 μm，保溫層采用50 mm厚微孔硅酸鈣管殼，防水層纏一道油氈，壓敏膠帶封口。

5.5 盤式帶壓封堵施工實(shí)施效果

在安塞油田輸油管道施工中，首次采用帶壓封堵技術(shù)成功地完成了截?cái)嚅y與輸油管道的連接，該法與以往的管道施工方法相比具有很大的優(yōu)勢(shì)。其一是安全風(fēng)險(xiǎn)低，將管道內(nèi)原油和明火隔離，不會(huì)發(fā)生火災(zāi)、爆炸等安全事故；其二是施工時(shí)間短，帶壓封堵施工時(shí)間為12 h，而泄壓放空施工時(shí)間需要30 h以上；其三是經(jīng)濟(jì)效益高，帶壓封堵施工費(fèi)用要比泄壓放空施工節(jié)省10萬余元。見表1。

表1 帶壓封堵與泄壓放空施工費(fèi)用對(duì)比

6 結(jié)束語

在安塞油田首次采用帶壓封堵技術(shù)，成功地完成了截?cái)嚅y與輸油管道的連接。該管道施工方法與泄壓放空法相比具有很大的優(yōu)勢(shì)，但該技術(shù)的設(shè)備、設(shè)施質(zhì)量大，需要起重機(jī)等大型設(shè)備參與，工作程序復(fù)雜。智能定位封堵技術(shù)采用智能封堵器，其優(yōu)點(diǎn)是施工工序少，工藝簡單，不在管道上開孔，但是成本較高，儀器精密度要求高。管道維修封堵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是智能化，在今后的研究中需要朝著低成本、高精度的方向發(fā)展。

[1]汪龍強(qiáng).管道封堵?lián)屝藜夹g(shù)現(xiàn)狀及展望[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011（2）：100-103.

[2]趙宏林，房曉明，張宏，等.海底管道干式維修用封堵器的設(shè)計(jì)[J].石油機(jī)械，2005（12）：21-23.

[3]張仕民，李彥民，馬永明，等.管內(nèi)高壓智能封堵技術(shù)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，28（6）：59-61.

[4]王元清.鋼結(jié)構(gòu)在低溫下脆性破壞研究概述[J].鋼結(jié)構(gòu)，1994（4）：217-221.

[5]馬明，趙宏，蘇鑫，等.油氣管道封堵?lián)屝藜夹g(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].石油機(jī)械，2014，42（6）：109-112.

[6]黃麟松.淺述管道不停輸開孔封堵技術(shù)[J].廣東化工，2010，12（8）：175-176.

[7]陳瑞，楊金彪，徐曉剛，等.盤式封堵器在管道搶險(xiǎn)作業(yè)中的故障處理[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2012，31（6）：463-465，469.

Technique ofplugging with pressure applied in AnsaiOilfield pipeline maintenance

SONG Zhijun，LIU Zhongqin，ZHANG Jianhong，CHEN Na，ZHOU Langhua
PetroChina Changqing Oilfield No.1 OilProduction Plant，Yan'an 716000，China

Technique of plugging with pressure for pipeline maintenance does not need empting pipeline，which has the advantages such as safety，high efficiency and short time period.This paper introduces briefly the current status of oil and gas pipelines plugging technology at home and abroad，the opening hole plugging with pressure，the main equipment for plugging and the construction flow of plugging with pressure；Then combined with the construction project of installing cut-off valve on an oil pipeline in Ansai Oilfield，this paper illustrates the plugging scheme，reliability analysis，plugging procedure and implementation effect，problems in plugging and countermeasures.The engineering practice shows that this plugging technique has great advantages compared with the traditional plugging technique of pressure relief；but this plugging technique needs heavy equipment and complex construction procedure.The intelligent locating and plugging device has the advantages such as simple construction procedure without opening hole on pipeline，which is the development trend.

oil pipeline；maintenance；opening hole plugging with pressure；pressure relief；intelligent locating and plugging

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.017

宋志?。?986-），男，陜西富縣人，工程師，2009年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)主要從事油田輸油管道施工質(zhì)量及相關(guān)技術(shù)管理工作。Email：215943926@qq.com

2016-12-26