某河流穿越管道腐蝕檢測與修復(fù)

李國民,喬士航,顏臘紅,陳 罡,宋兆軍,劉 磊,李敬恩,金 惠

(1. 冀東油田公司 陸上油田作業(yè)區(qū)，唐山 063299； 2. 浙江油田公司 天然氣勘探開發(fā)事業(yè)部，杭州 310000)

在某陸上油田作業(yè)區(qū)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，兩條定向鉆管道穿越一條寬度約90 m的河流，該河流下游與渤海灣入?？谙噙B，穿越處距離入?？趦H5.2 km，管道投產(chǎn)時(shí)間均已超過12 a，屬于典型的“雙高”管道。如果管道發(fā)生泄漏且處理不及時(shí)，不僅會給油田帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了提高管道內(nèi)防腐蝕能力，延長管道的使用壽命，確保管道長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免因腐蝕泄漏造成嚴(yán)重環(huán)境污染事件，急需對該管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和隱患治理工作。

1 穿越管道基本情況

穿越管道為L27平臺外輸管道和L28注供水管道，其參數(shù)見表1。L27平臺外輸管道是油氣水混輸管道；L28注供水管道輸送的是處理合格的回注水。管道無收發(fā)球筒，腐蝕掛片監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示L28注供水管道的平均腐蝕速率最高達(dá)到0.203 8 mm/a，根據(jù)GB/T 23258-2009《鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕控制規(guī)范》，其腐蝕級別屬于較嚴(yán)重，且其下游生產(chǎn)平臺計(jì)量間外輸和摻水管段已累計(jì)發(fā)生15次內(nèi)腐蝕失效，管道失效風(fēng)險(xiǎn)高。

2 管道檢測評價(jià)

由于基礎(chǔ)資料缺失，穿越管段的高程變化、定向鉆出入土點(diǎn)均不清楚，管道自投產(chǎn)以來未開展過檢測評價(jià)，管道本體腐蝕狀況也不清楚，難于科學(xué)合理地制定管道隱患治理方案。根據(jù)管道特點(diǎn)、治理費(fèi)用和現(xiàn)場敷設(shè)情況，采取組合式電磁-聲波法[1]、非接觸磁應(yīng)力檢測和直接開挖相結(jié)合的檢測方案，以確定管道的走向、埋深、定向鉆出入土點(diǎn)和腐蝕狀況。

表1 穿越管道的參數(shù)Tab. 1 Parameters of the crossing pipelines

2.1 管道走向和埋深

通過組合式電磁-聲波法確定了管道的走向和埋深，結(jié)果分別如圖1和圖2所示。 圖1中，紅色為L27外輸管道，綠色為L28注供水管道，管道上方有河流、養(yǎng)殖池、民房、工廠，敷設(shè)環(huán)境敏感。

圖1 管道走向平面圖Fig. 1 Map of pipeline route

圖2 L27平臺外輸管道的埋深Fig. 2 Buried depth of L27 platform gathering pipeline

2.2 穿越管段出入土點(diǎn)

由于管道投產(chǎn)時(shí)間較久，管道地面標(biāo)識缺失，通過管道埋深檢測和非接觸磁應(yīng)力檢測組合方法比較精準(zhǔn)地確定了兩條管道定向鉆出入土點(diǎn)。L27平臺外輸管道以柳27站為起點(diǎn)，出入土點(diǎn)分別在里程303 m和794 m處；L28注供水管道以柳28站為起點(diǎn)，出入土點(diǎn)分別在里程114 m和662 m處。

2.3 管道腐蝕狀況

由于穿越段管道超量程無法采集磁數(shù)據(jù)，只能對穿越段兩側(cè)管道進(jìn)行非接觸磁應(yīng)力檢測。檢測結(jié)果表明,L27平臺外輸管道有Ⅱ級磁異常點(diǎn)(段)11處，Ⅲ級磁異常點(diǎn)(段)7處，L28注供水管道有Ⅱ級磁異常點(diǎn)(段)12處，Ⅲ級磁異常點(diǎn)(段)6處，具體情況見表2。

表2 穿越段兩側(cè)管道磁異常統(tǒng)計(jì)表Tab. 2 Statistical table of magnetic anomalies of pipelines on both sides of the crossing section

2.4 開挖驗(yàn)證

為確認(rèn)管道檢測結(jié)果，對兩條穿越管道進(jìn)行了開挖驗(yàn)證，確認(rèn)了兩條管道定向鉆穿越出入土點(diǎn)定位準(zhǔn)確。對Ⅱ級磁異常點(diǎn)(段)進(jìn)行了超聲波直接測厚，其中L28注供水管道最小壁厚為5.31 mm，壁厚減薄24.1%，根據(jù)SY/T 0087.2-2012《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 埋地鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕直接評價(jià)》，管道金屬腐蝕程度均為“中”;L27外輸管道最小壁厚為6.23 mm，壁厚減薄11%，管道金屬腐蝕程度為“輕”，管道具有修復(fù)價(jià)值。

3 穿越管道治理方案制定

對下游管道失效情況進(jìn)行分析可知，15次管道失效均是由內(nèi)腐蝕導(dǎo)致，所以本次腐蝕隱患治理方案主要從內(nèi)腐蝕防治角度考慮。從檢測結(jié)果來看，穿越管道壁厚符合要求，原管道采用定向鉆穿越方法施工，穿越段無90°彎頭，可以進(jìn)行在線修復(fù)治理。初步確定三種治理方案：一是采用等徑壓縮HDPE管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)進(jìn)行在線修復(fù)；二是將定向鉆穿越管道更換為內(nèi)涂層鋼質(zhì)管道；三是采用在線內(nèi)涂層技術(shù)對原有管道進(jìn)行內(nèi)防腐。從治理費(fèi)用角度考慮，在線內(nèi)涂層技術(shù)費(fèi)用最低，定向鉆穿越管道更換內(nèi)涂層鋼質(zhì)管道的成本最高；從耐腐蝕性能角度考慮，等徑壓縮HDPE(高密度聚乙烯)管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)對管道內(nèi)防腐蝕效果最好，在線內(nèi)涂層技術(shù)相對差些。通過技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性對比，最終確定采用等徑壓縮HDPE管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)對管道進(jìn)行腐蝕隱患治理。

4 治理方案實(shí)施

4.1 內(nèi)襯修復(fù)工藝

等徑壓縮HDPE管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)使用一種外徑比原管道內(nèi)徑稍大的改性HDPE管，經(jīng)多級等徑壓縮，暫時(shí)減小改性HDPE管的外徑，通過牽引機(jī)將HDPE管拉入清洗除瘤合格的主管道內(nèi)，經(jīng)過一段時(shí)間后，改性HDPE管慢慢恢復(fù)并與原管道內(nèi)壁緊緊地結(jié)合在一起，形成“管中管”的復(fù)合結(jié)構(gòu)，達(dá)到防腐蝕和提高原管道承壓能力、延長使用壽命的目的。該技術(shù)具有修復(fù)速度快、費(fèi)用低、內(nèi)防腐性能好[2]、原位修復(fù)等特點(diǎn)。

4.2 關(guān)鍵施工工序及要求

(1) 管道清洗 采用PIG(通球，由特殊的聚氨酯材料制成的形如子彈的清洗材料)物理清洗和剛性清管器清理，可有效清洗管道內(nèi)焊瘤、污垢、氧化皮、泥沙及其他異物。清洗結(jié)束后，用內(nèi)窺電視進(jìn)行檢查，要求管道內(nèi)壁基本沒有成塊的腐蝕物以及污垢，尤其是不能有尖銳硬垢的存在，以防止對內(nèi)襯管造成損傷。

(2) HDPE管尺寸 管道斷開后，確保管口沒有尖銳硬物損傷PE管，采用管道內(nèi)部尺寸檢測儀器測量管道的橢圓度和內(nèi)徑尺寸，根據(jù)檢測結(jié)果確定本次穿越管道HDPE管規(guī)格為φ204 mm×6 mm。

(3) HDPE管熱熔焊接 采用先進(jìn)的HDPE管熱熔焊接技術(shù)，將HDPE管逐根焊接，保證焊縫的強(qiáng)度高于HDPE管體的。焊縫處無氣泡、裂紋、脫皮和明顯的痕紋、凹陷，且色澤一致為表觀檢查合格。焊接完成后進(jìn)行氣密性試壓，試驗(yàn)壓力為0.1 MPa，穩(wěn)壓1 h無泄漏為合格。

(4) HDPE管試穿插 為保證全線穿插工作的順利進(jìn)行，先用一段HDPE管進(jìn)行試穿插，以確定摩擦阻力大小，檢查試樣內(nèi)襯管的表面損傷情況，了解待修主管清垢、除瘤、除垢效果。劃痕少且深度不超過管道壁厚的15%，則試穿成功[3]，若試穿插結(jié)果達(dá)不到要求，則需重新進(jìn)行清管、除餾等措施，直至試穿插合格方可進(jìn)行整體穿插。

(5) 管道內(nèi)穿插作業(yè) 多級滾輪徑向均勻壓縮，每級縮徑不大于3%，最終縮徑10%左右，保證縮徑過程中HDPE管沒有急劇變形和應(yīng)力集中，保持原有的記憶特性和物理、化學(xué)性能，并在穿越管道兩端安裝排氣孔，將內(nèi)襯層和鋼管間的環(huán)形空間與大氣層連通，使環(huán)形空間氣體全部排出，為HDPE管和主管道內(nèi)壁緊密貼合提供了技術(shù)保障。

HDPE管用動力絞盤和纜索直接從插入點(diǎn)拉入終點(diǎn)，牽引過程中應(yīng)對牽引力進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。根據(jù)SY/T 4110-2007《采用聚乙烯內(nèi)襯修復(fù)管道施工技術(shù)規(guī)范》，牽引力應(yīng)小于內(nèi)襯管屈服強(qiáng)度的50%與管壁橫截面積的乘積，如式(1)所示。

Fmax=σSA/2

(1)

式中：Fmax為最大牽引力即安全牽引力，kN；σS為內(nèi)襯管的屈服強(qiáng)度，kPa；A為內(nèi)襯管截面面積，m2。

需要注意的是聚乙烯內(nèi)襯層材料的彈性模量與安全牽引力與時(shí)間有關(guān)，聚乙烯內(nèi)襯管耐短期載荷能力強(qiáng)，而耐長期載荷能力相對較弱，在安裝過程中應(yīng)考慮管道內(nèi)襯對牽引力的耐久性，SY/T 4110-2007 標(biāo)準(zhǔn)給出了高密度聚乙烯的彈性模量和安全牽引力隨時(shí)間變化的典型值，見表3。

表3 高密度聚乙烯的彈性模量和安全牽引力隨時(shí)間變化的典型值Tab. 3 Typical values of elastic modulus and safety traction of HDPE pipe versus time

(6) 壓力試驗(yàn) HDPE管內(nèi)穿插結(jié)束24 h后，通過內(nèi)窺電視檢驗(yàn)確認(rèn)內(nèi)襯管復(fù)原表觀質(zhì)量無問題，方可進(jìn)行壓力試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)以清水為介質(zhì)，壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍，穩(wěn)壓不小于24 h，壓降小于或等于試驗(yàn)壓力的1%為合格。

(7) HDPE管連頭 試壓合格后可進(jìn)行穿河修復(fù)管道的連頭作業(yè)。連頭采用高壓鋼塑復(fù)合法蘭連接，該復(fù)合法蘭由鋼法蘭和HDPE法蘭組成，鋼法蘭與HDPE法蘭之間使用金屬墊片密封，兩片鋼法蘭之間采用螺栓進(jìn)行緊固，整體試壓合格后投運(yùn)。

5 結(jié)論

由于兩條管道穿越段距離渤海灣入?？谳^近，管道為20號無縫鋼管，內(nèi)防腐蝕性能差，一旦發(fā)生泄漏，后果非常嚴(yán)重。針對定向鉆穿越管段，提出了組合式電磁-聲波法、非接觸磁應(yīng)力和開挖直接檢測相結(jié)合的綜合檢測方法，解決了兩條深埋管道的腐蝕評價(jià)難題。根據(jù)檢測評價(jià)結(jié)果，最終成功應(yīng)用了等徑壓縮HDPE管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)。兩條穿越管段采用HDPE管內(nèi)襯修復(fù)至今，各項(xiàng)參數(shù)運(yùn)行正常，該技術(shù)不但有效解決了穿河管道的內(nèi)腐蝕泄漏問題，還大大降低了治理費(fèi)用，給油田創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，特別在高后果區(qū)、穿越管段及工農(nóng)關(guān)系復(fù)雜地段優(yōu)勢更加明顯，提高管道的內(nèi)防腐性能，延長管道的使用壽命。