提高石油天然氣長(zhǎng)輸管道清管器定位效率的研究

鄧 登，劉 江，薄振剛，趙之淵，霸 磊

1中國(guó)石油管道局工程有限公司東南亞項(xiàng)目經(jīng)理部，河北 廊坊

2中國(guó)石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊

1.引言

石油天然氣長(zhǎng)輸管道施工程會(huì)因各種原因造成管道變形點(diǎn)，因此在清管測(cè)徑過(guò)程中管道變形量超出允許范圍的地方會(huì)造成清管器被卡的現(xiàn)象，而管道多在山地、河流、溝谷等地區(qū)鋪設(shè)，清管器被卡點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱卡球點(diǎn))需要多人手持跟蹤儀沿管道鋪設(shè)線路步行進(jìn)行尋找[1][2][3]。而以往工程由于各種計(jì)算數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確導(dǎo)致定位范圍較大，且因管道埋藏深導(dǎo)致跟蹤儀信號(hào)衰減，造成跟蹤儀尋找被卡清管器(以下簡(jiǎn)稱找球)過(guò)程耗時(shí)耗力，并存在安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了進(jìn)一步縮小清管器的定位范圍，減少搜尋清管器過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，降低搜尋成本，筆者展開了清管器定位效率的研究。

2.影響清管器定位效率的因素分析

經(jīng)過(guò)對(duì)中國(guó)石油管道局工程有限公司第四分公司(以下簡(jiǎn)稱“四公司”)試壓干燥中心 2009～2013年清管測(cè)徑過(guò)程中發(fā)生的清管器被卡(以下簡(jiǎn)稱卡球)、找球進(jìn)行調(diào)查，共計(jì)51次找球作業(yè)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。由表1可知，最大、最小搜尋范圍分別為17 km和0.5 km，最長(zhǎng)搜尋時(shí)間為9 d，最短搜尋時(shí)間為3 h，清管器總體定位效率低。

Table 1.The statistical table of frequency search for stuck pig表1.清管器被卡尋找頻次統(tǒng)計(jì)表

QC (quality control)小組在對(duì)上述51次找球中遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)造成清管器定位效率低的影響因素主要有搜尋范圍廣、搜尋人員少、跟蹤儀信號(hào)不穩(wěn)定、管道樁號(hào)信息不準(zhǔn)確等，具體表現(xiàn)如表2所示。

Table 2.The influence factors of pig positioning表2.定位效率影響因素表

由上述調(diào)查結(jié)果可知，“搜尋范圍廣”這一主要癥結(jié)解決后能提高定位效率。而清管器在管道中的運(yùn)行距離是由空壓機(jī)注入管道中的氣量來(lái)決定的，若能準(zhǔn)確地測(cè)定推動(dòng)清管器運(yùn)行的氣量，則將準(zhǔn)確定位清管器的位置。

QC小組以山西煤層氣(二期)管道工程為研究試驗(yàn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目86%的管道采取氣體試壓方式，因此可以通過(guò)管道試壓時(shí)的壓力變化準(zhǔn)確測(cè)定空壓機(jī)的真實(shí)排氣量。通過(guò)上述分析，QC小組認(rèn)為清管器搜尋范圍縮小至500 m以內(nèi)，進(jìn)而使清管器的最終搜尋時(shí)間縮短至3h以內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)了提高定位效率的目標(biāo)。

3.主要影響因素要因分析

針對(duì)“搜尋范圍廣”這一主要癥結(jié)，QC小組成員采用“頭腦風(fēng)暴法”，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)6個(gè)方面把所有與該問(wèn)題有關(guān)的原因一一列舉出來(lái)，并畫出因果分析關(guān)聯(lián)圖，如圖1所示。

從“搜尋范圍廣”的因果分析關(guān)聯(lián)圖上共找到8個(gè)末端原因，QC小組通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量等方法對(duì)8個(gè)末端原因進(jìn)行了要因確認(rèn)，最終QC小組確定了影響搜索范圍廣的3條要因分別是：壓力記錄自動(dòng)化水平低、空壓機(jī)真實(shí)排量估算不準(zhǔn)和清管器漏氣量估算不準(zhǔn)。

Figure 1.The cause and effect diagram of wide range search圖1.“搜尋范圍廣”因果分析關(guān)聯(lián)圖

4.制定解決對(duì)策及實(shí)施

4.1.制定對(duì)策

QC小組經(jīng)過(guò)進(jìn)一步討論，針對(duì)上述3條要因，根據(jù)“5W1H”(why, what, where, when, who, how)原則，進(jìn)一步研究對(duì)策、確定目標(biāo)、制定措施，并將各項(xiàng)措施落實(shí)到專人負(fù)責(zé)，同時(shí)規(guī)定了完成時(shí)間和活動(dòng)的地點(diǎn)，具體見表3。

Table 3.The countermeasure table表3.對(duì)策表

4.2.對(duì)策實(shí)施

4.2.1.提高壓力監(jiān)控設(shè)備的科技含量和自動(dòng)化水平

將機(jī)械壓力表?yè)Q成四公司自行研制的預(yù)投產(chǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)管道壓力進(jìn)行監(jiān)控和采集，并在清管測(cè)徑過(guò)程中將預(yù)投產(chǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)壓力記錄頻次設(shè)置為1 s/次，壓力記錄準(zhǔn)確到小數(shù)點(diǎn)后2位，單位為bar，以保證在清管器運(yùn)行過(guò)程中對(duì)管道壓力實(shí)施不間斷的、更準(zhǔn)確的監(jiān)控和采集。

在清管測(cè)徑施工中，通過(guò)預(yù)投產(chǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)通球壓力不間斷地、準(zhǔn)確地監(jiān)控和采集，將壓力記錄的準(zhǔn)確率從最小刻度0.2 bar提高到0.01 bar，使壓力記錄的準(zhǔn)確率從之前的98%提高至99.9%；同時(shí)將壓力記錄頻次由以前的15 min/次提高到1 s/次，進(jìn)而能及時(shí)準(zhǔn)確地判斷出清管器的被卡時(shí)間，避免因超時(shí)和記錄誤差將更多的注氣量納入清管器定位計(jì)算中造成的定位范圍擴(kuò)大。

4.2.2.通過(guò)氣壓段壓力變化計(jì)算出空壓機(jī)真實(shí)排量

1) 管徑711 mm、壁厚7.9 mm的管道單公里容積為：

2) 空壓機(jī)排量計(jì)算：

式中：V為管道單公里容積，m3；r為管道內(nèi)半徑，mm；Qa為空壓機(jī)排量，m3/h；p為管道壓力，bar；ha為空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)間，h。

通過(guò)對(duì)3個(gè)氣壓試驗(yàn)段的壓力監(jiān)控得出空壓機(jī)低壓時(shí)的排氣量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。通過(guò)上述措施不僅準(zhǔn)確掌握了管道信息數(shù)據(jù)，而且通過(guò)預(yù)投產(chǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)在管道升壓過(guò)程中采集的壓力信息，準(zhǔn)確地推算出了空壓機(jī)排量，使空壓機(jī)排量準(zhǔn)確率達(dá)到了98%，避免了因空壓機(jī)排氣量估算不準(zhǔn)引起清管器定位計(jì)算誤差值超出500 m的目標(biāo)范圍，對(duì)策目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，為準(zhǔn)確定位奠定了基礎(chǔ)。

Table 4.The statistical table of air displacement for air compressor表4.空壓機(jī)排量統(tǒng)計(jì)表

4.2.3.結(jié)合測(cè)定的空壓機(jī)真實(shí)排量計(jì)算清管器漏氣率

1) 清管器運(yùn)行距離理論計(jì)算(以清管器平均壓力計(jì)算，該值可由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得)：

式中：Lg為清管器運(yùn)行理論計(jì)算距離，m；hg為清管器運(yùn)行時(shí)間，h；pg為清管器平均壓力，bar。

2) 清管器漏氣率：

式中：Ral為清管器漏氣率，%；Qg為清管器漏氣量，m3/h；Lg,a為清管器實(shí)際運(yùn)行距離，m。

通過(guò)上述實(shí)施不僅準(zhǔn)確采集到運(yùn)行過(guò)程中的pg，而且準(zhǔn)確地推算出了Ral，約為 4.3%，避免了因忽略清管器的漏氣率而造成的清管器定位范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，為提高清管器定位效率夯實(shí)了基礎(chǔ)。

5.效果驗(yàn)證

上述對(duì)策實(shí)施完成后，QC小組進(jìn)行了全面的檢查和驗(yàn)證。

2013年6月28日，在山西煤層氣試壓干燥項(xiàng)目GAC078G～GAB194試壓段的測(cè)徑施工中，10:30從首端GAC078G發(fā)送一枚帶跟蹤儀發(fā)射器的清管器，運(yùn)行2.36 h后，預(yù)投產(chǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控到壓力持續(xù)迅速上升，判斷清管器被卡住，清管器停止運(yùn)行。通過(guò)對(duì)預(yù)投產(chǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)采集到的壓力值的計(jì)算，用2臺(tái)信號(hào)接收器在1.9 h內(nèi)準(zhǔn)確定位到了清管器的被卡位置，定位誤差范圍為257 m。隨后線路施工單位將卡球點(diǎn)管道斷管后發(fā)現(xiàn)，管道橢圓變形量達(dá)14 mm。

2013年7月13日，在山西煤層氣試壓干燥項(xiàng)目GAC078G～GAC134的清管作業(yè)過(guò)程中，14:30從首端GAC078G發(fā)送一枚帶跟蹤儀發(fā)射器的清管器，運(yùn)行1.41 h后，預(yù)投產(chǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控到壓力持續(xù)迅速上升，判斷清管器被卡住，清管器停止運(yùn)行。通過(guò)對(duì)預(yù)投產(chǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)采集到的壓力值的計(jì)算，用2臺(tái)信號(hào)接收器在2.2 h內(nèi)準(zhǔn)確定位到了清管器的被卡位置，定位誤差范圍為311.7 m。隨后線路施工單位將卡球點(diǎn)管道斷管后發(fā)現(xiàn)，管道內(nèi)淤泥太多造成堵管。

6.結(jié)語(yǔ)

筆者針對(duì)清管器定位效率進(jìn)行了探討與分析，結(jié)合 QC小組的活動(dòng)成果，主要針對(duì)影響清管器定位效率的相關(guān)因素進(jìn)行了分析和論述，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了提高清管器定位效率的措施的有效性和可行性，為今后石油天然氣長(zhǎng)輸管道的清管測(cè)徑施工提出了建設(shè)性措施，大幅縮短了清管測(cè)徑的時(shí)間，并降低了清管器定位過(guò)程中的施工成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。