安塞油田管道修復(fù)體系建設(shè)與研究

解析 李瑩 王義 楊曉輝 張明 馬相陽

長慶油田分公司第一采油廠

安塞油田地處鄂爾多斯盆地中部，油田地面集輸管道系統(tǒng)以山梁溝峁為依托，翻山跨河。油田目前所轄集輸管道2000余條。管道材質(zhì)均為無縫碳鋼管[1]，其中20#鋼材占比59.6%，L245N鋼占比40.4%。根據(jù)管道腐蝕情況分析，管道失效主要原因依然是內(nèi)腐蝕引起的管道本體材質(zhì)破損，占90%以上[2]。

管道防腐主要以環(huán)氧粉末噴涂外防腐為主，該防腐技術(shù)是目前行業(yè)應(yīng)用的主要管道外防腐工藝之一。2014年，安塞油田引入內(nèi)環(huán)氧玻璃內(nèi)涂層防腐技術(shù)，該技術(shù)以改性環(huán)氧樹脂作為基體，纖維作為增強體，CP樹脂作為改性助劑，構(gòu)成強有力的物理和化學(xué)黏附，形成穩(wěn)定的黏接界面。通過試驗驗證，應(yīng)用效果良好[3]。

1 管道修復(fù)技術(shù)體系

管道修復(fù)工藝在國外起步較早，技術(shù)較為成熟。如聚烯烴材料為主體的修復(fù)技術(shù)、液體凝固材料的修復(fù)技術(shù)、原位固化修復(fù)技術(shù)(CIPP)，以及管道修復(fù)配套機具等已得到廣泛應(yīng)用。1993年，中國石油集團工程技術(shù)研究院在中原油田實施了管道修復(fù)防腐示范工程。隨后，中國石油工程技術(shù)研究院又先后開發(fā)了穿插襯塑管道、原位固化法氣翻工藝技術(shù)等修復(fù)技術(shù)。

2014年，安塞油田首次開展管道補強修復(fù)[4]以來，逐漸形成管道修復(fù)體系并不斷豐富，形成以在役管道HCC環(huán)氧玻璃內(nèi)涂層為主的三項管道修復(fù)主體技術(shù)和四項管道修復(fù)治理原則[5]。

1.1 管道補強技術(shù)

管道修復(fù)補強技術(shù)是指用玻璃纖維/單纖維復(fù)合材料對管道實施外部修補補強的工藝技術(shù)。采用該技術(shù)在管道發(fā)生腐蝕失效后，仍能保持密閉，避免發(fā)生泄漏。經(jīng)過現(xiàn)場試壓，管道補強達到15.7 MPa，保證穩(wěn)壓不泄漏。管道補強修復(fù)技術(shù)具有以下特點：①免動火，施工過程管線不停輸、不降壓；②補強修復(fù)操作安全、迅速，無需動用大型設(shè)備；③耐腐蝕、耐老化，使用壽命長；④補強修復(fù)層為絕緣體，使管道免受電化學(xué)腐蝕。

1.2 在役管道內(nèi)涂防腐技術(shù)

通過對管道腐蝕特性的研究發(fā)現(xiàn)，目前油田集輸系統(tǒng)管道腐蝕主要以內(nèi)腐蝕為主，安塞油田于2014年引入管道內(nèi)防腐技術(shù)，對新建管道實施內(nèi)涂防腐。但是內(nèi)防腐技術(shù)局限于應(yīng)用在新建管線，無法滿足目前油田管道數(shù)量大、分布廣、運行時間長等客觀條件，不能解決管道腐蝕嚴重與整體更換成本高的尖銳矛盾。2017年，安塞油田開展在役管道內(nèi)防腐試驗，選取2條管道實施在役管道HCC內(nèi)涂防腐，取得成功后，于2018年進一步推廣試驗范圍，目前管道運行正常。通過試驗，形成了在役管道內(nèi)防腐工藝技術(shù)體系，進一步完善了安塞油田管道修復(fù)工藝體系。

在役管道內(nèi)防腐主要以HCC內(nèi)防腐技術(shù)為主體，是針對在役管道內(nèi)部結(jié)垢、腐蝕、生銹等特性進行處理，并實施內(nèi)防腐的工藝技術(shù)[6]。通過HCC涂料特性實現(xiàn)管道內(nèi)壁與腐蝕介質(zhì)隔離，達到防止管道本體內(nèi)腐蝕的目的[7]。

HCC內(nèi)防腐技術(shù)具有以下主要特點：①不含溶劑，無揮發(fā)成分，性能無缺陷；②具有優(yōu)良的阻燃性、耐磨性、抗靜電；③消除了施工安全隱患[8]。

1.3 在役管道內(nèi)襯技術(shù)

對于內(nèi)腐蝕較為嚴重的管道，采用HCC內(nèi)防腐技術(shù)無法保證底漆與管道內(nèi)壁充分黏合，易導(dǎo)致HCC涂料在運行過程中脫落，造成管道堵塞，嚴重影響管道安全平穩(wěn)運行。對于此類管道的治理，在油田管道修復(fù)體系中是空白。2017年安塞油田選取某Ф114 mm×5.0 mm集油管道7.2 km，開展高密度聚乙烯管道內(nèi)襯防腐試驗，并取得成功。

高密度聚乙烯管道內(nèi)襯防腐技術(shù)是將PE[9]管道經(jīng)過變形（軸向變形或徑向變形）使其截面積減小后，通過牽引機將HDPE穿入舊管道，由于PE材料具有較強的“記憶”性能，當(dāng)外力釋放后，采用壓力或壓力蒸汽將PE管道緊密地貼在舊管道的內(nèi)壁，形成HDPE管的防腐性能與原管道的機械性能合二為一的一種“管中管”復(fù)合結(jié)構(gòu)。

在役管道內(nèi)襯技術(shù)主要具有以下特點：①使用非整體開挖技術(shù)對地下石油管線進行維修；②能夠?qū)ΜF(xiàn)有油氣管線進行徹底修復(fù)；③增強管道內(nèi)壁光滑度，減少管道沿程摩組系數(shù)，降低管道運行壓力；④修復(fù)完成后可延長管道使用壽命。

2 技術(shù)應(yīng)用及評價體系建設(shè)

近年來，安塞油田通過對在役管道修復(fù)工藝體系的試驗、推廣，不斷加深對在役管道運行、腐蝕、失效特點的認識，降低了油田地面集輸系統(tǒng)管道失效率，延長了管道使用壽命，提升了管道安全等級，為油田集輸管道安全平穩(wěn)運行提供了有力保障。

2.1 管道修復(fù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2017年開始對王窯庫區(qū)上游跨越管線采用外補強技術(shù)實施補強，完成王窯水庫上游主河道跨越補強40%，2018年實施剩余60%的工作量；2018年實施在役管道內(nèi)防腐，由于低溫天氣原因，目前完成總體工作量的10%，剩余工作量計劃2019年實施。在役管道內(nèi)襯目前僅在1條集油管線實施。

為進一步掌握管道修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效果，健全修復(fù)技術(shù)管理體系，油田持續(xù)對修復(fù)管道進行跟蹤觀察，目前修復(fù)管道及部位運行正常，未發(fā)生明顯腐蝕、防腐層脫落、管道失效等現(xiàn)象。

2.2 評價體系建設(shè)

目前國內(nèi)管道修復(fù)技術(shù)體系建設(shè)處于初步階段，無明確的管道修復(fù)技術(shù)和質(zhì)量驗收、管理標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。

2.2.1 在役管道內(nèi)防腐檢測技術(shù)

管道補強修復(fù)由于是在管道外表面，對管道運行無其他影響，檢驗較為方便，通過定期對管道實施補強試壓，觀察是否存在滲漏、失效等現(xiàn)象。

隨著管道內(nèi)防腐技術(shù)的不斷完善，油田管道開始大幅應(yīng)用管道內(nèi)防腐技術(shù)，實施內(nèi)防腐管道數(shù)量不斷增多，管道內(nèi)防腐層運行狀態(tài)監(jiān)控和檢測成為管道管理的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)管道腐蝕機理分析，管道內(nèi)腐蝕以電化學(xué)腐蝕為主，通過建立電子轉(zhuǎn)移通道，對管道內(nèi)金屬進行電離造成腐蝕，通過內(nèi)防腐能有效杜絕電離，但是一旦局部防腐層失效，電子損失集中發(fā)生在失效部位，相較未實施內(nèi)防腐管道均勻腐蝕，這種局部腐蝕能夠迅速造成管道腐蝕穿孔，嚴重威脅管道安全運行。

如何準(zhǔn)確、高效地開展管道內(nèi)防腐檢測不僅成為管道修復(fù)質(zhì)量管理的重要環(huán)節(jié)，也成為油田管道系統(tǒng)運行評價的核心要素。目前在役管道內(nèi)防腐層檢測技術(shù)主要有兩種[10]：

（1）內(nèi)窺攝像頭觀察檢測。將安裝有攝像頭及照明裝置的攝像機器人利用壓風(fēng)車送入管道內(nèi)部，直觀地對管道內(nèi)防腐層進行視頻觀察，判斷管道內(nèi)部防腐層覆蓋是否全面，分布是否均勻，從而實現(xiàn)對管道內(nèi)防腐層的檢測。

（2）非金屬測厚儀檢測。以管道爬行機器人作為載體，將非金屬測厚儀探頭安裝在機器人上，可環(huán)向360°旋轉(zhuǎn)，同時利用攝像頭觀察測厚儀工作狀態(tài)及被檢測部位工況，能夠準(zhǔn)確檢測管道內(nèi)防腐層涂覆情況。

2.2.2 在役管道內(nèi)防腐檢測評價

建立一套具備專業(yè)性、完整性及可操作性管道修復(fù)技術(shù)評價及施工過程質(zhì)量控制體系[11]，主要可從以下三個方面著手：

（1）建立管道修復(fù)施工過程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，利于施工監(jiān)督方及使用單位對管道修復(fù)施工質(zhì)量進行有效監(jiān)管，內(nèi)防腐修復(fù)工藝執(zhí)行要求如表1所示。

表1 在役管道內(nèi)防腐修復(fù)主要工序質(zhì)量控制要求Tab.1 Quality control requirements of main working procedure for anticorrosion and repair of in-service pipeline

（2）合理選擇管道修復(fù)檢驗技術(shù)，明確檢驗方法和整改措施，達到管道修復(fù)質(zhì)量管理要求。對管道內(nèi)腐蝕修復(fù)評價，建議采用三項技術(shù)相結(jié)合的整體檢驗方式：管道完成清理后，利用管道內(nèi)窺攝像機對管道內(nèi)腐蝕情況進行直觀評價；管道內(nèi)防腐完成后，采用較為成熟的電火花測漏檢驗技術(shù)進行內(nèi)防腐層整體評價；爬行機器人搭載非金屬厚度檢測儀，按照10%比例進行局部點抽查。通過整體評價能夠直觀選擇管道修復(fù)技術(shù)，同時對修復(fù)后管道為再進行打開，降低了缺陷點的風(fēng)險。

（3）建立管道修復(fù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，完善管道修復(fù)管理體系，明確管道修復(fù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)檢驗標(biāo)準(zhǔn)和補修方式，經(jīng)檢驗滿足標(biāo)準(zhǔn)方可進入下一環(huán)節(jié)工作，同時制定管道修復(fù)驗收規(guī)范等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為管道修復(fù)工藝技術(shù)研究和修復(fù)施工單位優(yōu)選提供理論依據(jù)。

3 管道修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效果

安塞油田采取管道修復(fù)技術(shù)，充分契合了油田公司開展的管道完整性管理的理念，為油田管道完整性管理提供了理論依據(jù)和現(xiàn)場經(jīng)驗，有效地提升了安塞油田地面管道系統(tǒng)管理水平，為油田地面集輸管道安全運行提供了有力保障，為油田行業(yè)管道隱患治理提供了新的思路和理念。

（1）轉(zhuǎn)變了管道隱患治理的思路。管道修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，轉(zhuǎn)變了以往管道隱患治理的思路。在當(dāng)前油田內(nèi)部集輸管道管徑小、中距短、數(shù)量多的背景下，管道腐蝕情況檢測和評價都存在一定缺陷，在用的管道檢測技術(shù)，利用金屬厚度檢測儀，通過人為選取管道風(fēng)險點進行局部腐蝕檢測，無法對管道腐蝕情況進行整體評價，而技術(shù)成熟的漏磁管道檢測，只能針對DN200 mm以上管道。管道隱患排查不夠精確，隱患治理只能依托局部更換或整體更換的方法。通過管道修復(fù)，對管道內(nèi)腐蝕情況進行直觀評價，可針對腐蝕特性優(yōu)選修復(fù)工藝，修復(fù)完成后定期進行檢查，徹底轉(zhuǎn)變了管道隱患治理的思路。

（2）延長在役管道的使用壽命。通過對在役管道進行修復(fù)，采用內(nèi)防腐層減緩了管道內(nèi)腐蝕速率，增加了管道內(nèi)壁的光滑度，減少了原油中泥沙對管道本體的沖刷，大幅延長了管道使用壽命，且管道內(nèi)防腐層可進行重復(fù)修復(fù)，在完善管道防腐層檢驗評價技術(shù)的前提下，可不斷對管道內(nèi)防腐層進行修復(fù)，實現(xiàn)了管道本體使用的最大化。

（3）降低了管道運行的風(fēng)險。利用管道修復(fù)技術(shù)有效地降低了管道運行的風(fēng)險，采取管道內(nèi)防腐有效地減緩了管道腐蝕速率，通過管道補強對管道易發(fā)生腐蝕部位及高風(fēng)險部位進行強化，為管道安全運行提供了有力保障。同時對管道存在內(nèi)防腐缺陷且不能及時修復(fù)的部位進行管道補強，也能在短期內(nèi)滿足管道運行要求，為管道后期修復(fù)與正常生產(chǎn)運行提供協(xié)調(diào)空間。

（4）節(jié)約了管道系統(tǒng)維護的成本。隨著油田發(fā)展進入中后期階段，管道隱患治理是安塞油田地面系統(tǒng)投資的主要方面，管道整體更換不僅成本費用高昂，由于外部環(huán)境日益復(fù)雜，還會造成窩工、賠償?shù)阮~外成本。應(yīng)用管道修復(fù)技術(shù)，不需整體開挖，減少了工作量，降低了外協(xié)難度，同時節(jié)約了整體更換管道費用。根據(jù)在役管道內(nèi)防腐實施計劃，2019年實施內(nèi)防腐管道80余條100 km以上，相對于管道整體更換，實施管道HCC內(nèi)防腐修復(fù)（含熱洗清垢、管道內(nèi)腐蝕檢測評價及管道內(nèi)防腐檢測）后，節(jié)約費用約1 500萬元，實施管道聚乙烯修復(fù)（含熱洗清垢、管道內(nèi)腐蝕檢測評價及管道內(nèi)防腐檢測）后，節(jié)約費用約1 000萬元。

4 展望

油田應(yīng)用的管道修復(fù)技術(shù)體系仍處在初步建設(shè)階段，存在較大完善和提升空間，針對安塞油田地面集輸系統(tǒng)的特點，下一步計劃從以下兩個方面開展研究工作：

（1）開展站內(nèi)管道修復(fù)系統(tǒng)的試驗研究。針對站內(nèi)管道規(guī)格雜、支管多、長度短的特點，采用先實施支管內(nèi)防腐，后實施主管內(nèi)防腐策略，選用耐腐蝕的不銹鋼接頭解決管道連接處防腐問題，利用內(nèi)窺攝像機對管道內(nèi)焊縫部位進行檢測，逐步優(yōu)化站內(nèi)管道內(nèi)防腐修復(fù)工藝，完善站內(nèi)管道內(nèi)防腐修復(fù)技術(shù)。

（2）優(yōu)化管道HCC內(nèi)防腐修復(fù)工藝。主要從管道修復(fù)材料適用范圍提升和管道修復(fù)工藝簡化著手。目前管道修復(fù)材料對施工環(huán)境要求較高，冬季施工質(zhì)量得不到保障，這與油田管道投運普遍在秋冬季節(jié)相矛盾，需進行材料升級；連接補口工藝過于繁瑣，焊接部位較為集中，存在一定隱患?？刹扇⒛透g不銹鋼接頭預(yù)制在管道連接部位，待內(nèi)防腐修復(fù)完成后，直接對不銹鋼接頭進行組焊的施工方法，以達到簡化工藝、降低風(fēng)險隱患的目的。