高壓復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)在塔河油田的應(yīng)用

龐文彬，梁婷婷，王 超，賈 超

中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆烏魯木齊 830011

高壓復(fù)合軟管具有彈性好、柔軟，耐高壓、耐磨損、耐油、耐溶劑、耐老化，耐H2S、CO2、高CI-等輸送介質(zhì)腐蝕的特點(diǎn)。采用高壓復(fù)合軟管進(jìn)行管道修復(fù)可有效提升管道內(nèi)防腐性能，延長管道壽命[1]。

1 高壓復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)簡介

高壓復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)是在原金屬管道內(nèi)襯入一條非金屬管，形成內(nèi)襯非金屬管防腐性能與原金屬管道機(jī)械性能合二為一的管中管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其修復(fù)后的結(jié)構(gòu)與PO管修復(fù)后結(jié)構(gòu)基本一致[2]。

1.1 高壓復(fù)合軟管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

高壓復(fù)合軟管（簡稱HPCH）由內(nèi)襯層、增強(qiáng)層、保護(hù)層三層結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。

圖1高壓復(fù)合軟管結(jié)構(gòu)

內(nèi)襯層為管道提供密封輸送空間，承擔(dān)管輸介質(zhì)耐溫、耐蝕等功能，材質(zhì)為熱塑性彈性體聚乙烯（PE）和聚氨酯（TPU）。增強(qiáng)層為管道提供強(qiáng)度，承擔(dān)內(nèi)襯安裝施工過程中拉力荷載和輸送運(yùn)行過程壓力荷載，材質(zhì)為高強(qiáng)型滌綸長絲纖維。外保護(hù)層為管道提供保護(hù)，承擔(dān)內(nèi)襯安裝過程磨損，材質(zhì)為熱塑性彈性體聚氨酯（TPU）。

1.2 高壓復(fù)合軟管修復(fù)的技術(shù)特點(diǎn)

高壓復(fù)合軟管裸管承壓為6.0 MPa，最高爆破壓力為18 MPa；管材重量輕，DN100的管材重量僅有2.3 kg/m；施工距離長，單次最長可達(dá)到5 km；施工速度快，可達(dá)到300～400 m/h；彎頭通過性強(qiáng)，可一次性通過R=5D、R=4D（R為曲率半徑，D為管徑）的彎頭；可修復(fù)管道管徑范圍廣，適用于DN70～DN400管道的修復(fù)，特別適用于長距離、彎頭多、征地難、涉水的管道內(nèi)防腐修復(fù)作業(yè)。

2 高壓復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)工藝應(yīng)用

2.1 工程概況

塔河油田八區(qū)、十區(qū)南區(qū)塊整體季節(jié)性水域面積廣，季節(jié)性河流與塔里木河相連通，生態(tài)環(huán)境敏感，區(qū)域內(nèi)有民族聚集區(qū)，人文環(huán)境復(fù)雜。為延長管道使用壽命，提高管道內(nèi)防腐能力，確保管道長期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度地減少因管道腐蝕穿孔對周邊環(huán)境造成污染，于2017年11月對TH1027*X井單井集輸管道進(jìn)行高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)穿插修復(fù)。

2.2 內(nèi)襯管管材選擇

為確保TH1027*X井單井管道修復(fù)后內(nèi)穿插層與原管道完全貼合，同時為盡可能降低管道內(nèi)穿插后通徑變窄對生產(chǎn)過程的影響，選擇了與原管道內(nèi)徑、壓力相匹配的高壓復(fù)合軟管，見表1。

表1 高壓連續(xù)復(fù)合軟管主材和管件選型

2.3 現(xiàn)場施工工序

（1）施工現(xiàn)場踏勘。施工前組織對TH1027*X單井管道進(jìn)行全程踏勘和評估，明確待修復(fù)管道的埋地走向、彎頭拐點(diǎn)位置、地理地貌環(huán)境。TH1027*X井管道全程2.93 km，穿越庫車縣保護(hù)區(qū)內(nèi)的林草地，管道沿途無直角拐點(diǎn)。經(jīng)過評估分析確認(rèn)，高壓復(fù)合軟管穿越過程因扭矩集中造成局部扭轉(zhuǎn)的可能性低，故將起點(diǎn)操作坑選擇在井場加熱爐出口處，終點(diǎn)操作坑選擇在計(jì)轉(zhuǎn)站進(jìn)站閥組處，計(jì)劃一次性全程穿插修復(fù)。

（2）待修復(fù)管道斷管作業(yè)。確定斷管位置后開挖5 m×15 m矩形操作坑，在利用井口預(yù)裝掃線接頭對單井管道進(jìn)行鹽水掃線后進(jìn)行空氣吹掃，徹底將管道內(nèi)部的采出液（氣）置換，確保下一步切割斷管動火施工安全，防止發(fā)生爆炸、中毒等事故。

（3）管道內(nèi)壁吹掃清管作業(yè)。利用壓縮空氣為介質(zhì)推動專業(yè)清管器進(jìn)行管道內(nèi)部清洗。

（4）內(nèi)穿插方式選擇及牽引力選擇。內(nèi)穿插方式選擇：內(nèi)穿插方式常用的有壓U型穿插法和壓O型穿插法，高壓復(fù)合軟管具備高承壓的性能，故此次施工選用壓U型穿插法。施工現(xiàn)場在起點(diǎn)操作坑利用軟管壓U機(jī)對高壓復(fù)合軟管進(jìn)行變形縮徑30%～35%，同時人工輔助在壓縮后的管道外部纏繞一層專用膠帶，其作用是固定保持軟管U型狀態(tài)，提高軟管的通過性，壓縮前后的高壓復(fù)合軟管對比如圖2所示。

圖2 U型壓縮前后的高壓復(fù)合軟管對比

牽引力選擇原則：牽引過程最大牽引力不得超過軟管安全許用應(yīng)力，最大牽引力等于內(nèi)襯摩擦阻力及管道彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力之和。在牽引過程中需監(jiān)控牽引力變化，防止內(nèi)襯壓力過大，這需要考慮內(nèi)襯層材料的彈性模量與拉伸強(qiáng)度的時間依賴行為，聚乙烯內(nèi)襯耐短期承載能力強(qiáng)，耐長期載荷能力相對要低，在穿插安裝過程中應(yīng)考慮管道內(nèi)襯對牽引力的耐久性。內(nèi)襯材料高密度聚乙烯和中密度聚乙烯的彈性模量和安全牽引力隨時間變化的推薦值如表2所示[3]。

表2 高、中密度聚乙烯彈性模量和安全牽引力隨時間變化的推薦值

（5）管道內(nèi)穿插作業(yè)。高壓復(fù)合軟管在起點(diǎn)經(jīng)過軟管壓U機(jī)器壓縮變徑處理后，從終點(diǎn)處牽引機(jī)引出鋼絲繩捆綁固定在高壓復(fù)合軟管前段，牽引其通過待修復(fù)原管道，施工過程示意見圖3。牽引機(jī)牽引力按表2推薦值進(jìn)行測算，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際氣候、工況條件等進(jìn)行修正后控制在200～250 kN，牽引速度控制在280～300 m/h，冬季施工時緩慢牽引，并時刻關(guān)注牽引力的變化，一旦超值立即停止，通過反復(fù)活動接卡后繼續(xù)施工。特別需要注意的是在內(nèi)穿插過程中高壓連續(xù)復(fù)合軟管與鋼絲繩連接處必須安裝旋轉(zhuǎn)環(huán)，以釋放施工過程中鋼絲繩與軟管傳遞的扭矩，防止局部扭矩集中造成軟管發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

圖3 高壓復(fù)合軟管施工工藝示意

（6）變形高壓復(fù)合軟管的復(fù)原。U型變形縮徑高壓復(fù)合軟管插入安裝合格后，需要進(jìn)行壓縮空氣加壓，使空氣的膨脹力沖破膠帶的束縛力，從而使得高壓復(fù)合軟管完全復(fù)原，并與管道內(nèi)壁緊密貼合，保持復(fù)原力直至管道達(dá)到環(huán)境溫度后斷開設(shè)備。在整個復(fù)原變形過程中應(yīng)持續(xù)檢測壓力、溫度的變化，對于采用自然恢復(fù)的方式，復(fù)原時間應(yīng)不少于24 h。

（7）試壓投運(yùn)。管道全程修復(fù)完畢后對管道的強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，試壓介質(zhì)為油田產(chǎn)出水，試壓壓力4.0 MPa，打壓時按強(qiáng)度試驗(yàn)壓力的30%和60%梯次緩慢升壓，各穩(wěn)壓30 min，當(dāng)管道無泄漏，無壓降時，繼續(xù)加壓到4.0 MPa后停機(jī)，穩(wěn)壓，穩(wěn)壓時間≥24 h，壓降≤1%，強(qiáng)度試壓合格后進(jìn)行投運(yùn)。

2.4 施工難點(diǎn)及技術(shù)措施

（1）施工難點(diǎn)。為確保管道內(nèi)穿插修復(fù)后可長期、安全地運(yùn)行，施工工藝連頭均需做出地面。但個別管道因作業(yè)環(huán)境受限，工藝連頭點(diǎn)可埋地處置，這是因?yàn)檫B頭點(diǎn)鋼質(zhì)管道與高壓連續(xù)復(fù)合軟管膨脹系數(shù)不一致，易導(dǎo)致工藝連頭部位松動的緣故。

（2）技術(shù)措施。在埋地?cái)喙苓B頭工藝點(diǎn)處加裝哈佛節(jié)裝置，見圖4，即在斷管處接頭涂抹一定厚度的粘接樹脂，膠粘一個同材質(zhì)的法蘭盤，法蘭盤采用O型密封圈密封，安裝鈦合金內(nèi)套壓環(huán)，與待修復(fù)管道擠壓實(shí)現(xiàn)高壓連續(xù)軟管的緊密固定，法蘭盤利用螺栓緊固，最后焊接鋼套包裹，注入聚合物水泥砂漿，待砂漿凝固后完成連接處理。防腐密封連頭點(diǎn)，并固定牢靠，杜絕因埋地管道材質(zhì)膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致運(yùn)行管道工藝連頭點(diǎn)松動，引發(fā)刺漏隱患。

圖4 斷管處處理工藝

3 結(jié)束語

高壓復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)先后在塔河油田TH1027*X、TK87*CH、TP13*井3條共9.29 km老化舊金屬單井管道修復(fù)中應(yīng)用，一次最大修復(fù)管道長度2.93 km，解決了穿越大面積水域管道開挖更換的難題，管道修復(fù)后設(shè)計(jì)壓力4.0 MPa、設(shè)計(jì)溫度70℃，管道修復(fù)至今單井生產(chǎn)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)運(yùn)行正常，未發(fā)生因管徑縮小導(dǎo)致回壓高和管道泄漏污染事件。

[1]葛鵬莉，羊東明，韓陽，等.內(nèi)穿插修復(fù)技術(shù)在塔河油田的應(yīng)用[J].腐蝕與防腐，2014，35（4）：384-386.

[2]秦川，郝靜.淺談城市排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)[J].西南給排水，2015（2）：30-35.

[3]ST/T 4110-2007，采用聚乙烯內(nèi)襯修復(fù)管道施工技術(shù)規(guī)范[S].