油田壓力管道缺陷分析及處理措施

李建松

大慶油田第一采油廠第九作業(yè)區(qū)

油田壓力管道在油氣生產(chǎn)中扮演著至關(guān)重要的角色，是連接地下油氣藏和生產(chǎn)設(shè)施之間的紐帶，不僅需要承受高壓力和高溫環(huán)境，還必須應(yīng)對地下水腐蝕、土壤運動等外部環(huán)境因素的挑戰(zhàn)。因為工作條件復(fù)雜，管道的缺陷問題日益凸顯。腐蝕、裂紋、焊接缺陷等都可能在管道中出現(xiàn)，這些問題可能會逐漸積累，最終導(dǎo)致管道的失效[1]。

腐蝕是管道缺陷中常見且危害嚴(yán)重的問題之一。在油氣運輸過程中，介質(zhì)的腐蝕作用可能導(dǎo)致管道壁厚度減少，甚至出現(xiàn)孔洞。同時，外部因素如氧化、電化學(xué)反應(yīng)等也可能引發(fā)管道的腐蝕問題。而裂紋則源自外部力學(xué)因素，例如地震、管道的振動等。焊接缺陷多半與施工質(zhì)量有關(guān)，焊接接頭的不牢固可能會引發(fā)裂紋，甚至在壓力作用下導(dǎo)致泄漏。管道缺陷不及時處理也會對油田安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。腐蝕導(dǎo)致的管道薄弱點可能在運行中突然失效，引發(fā)事故[2]。裂紋的擴展可能會導(dǎo)致泄漏，不僅損失油氣資源，還可能對環(huán)境造成污染。因此，管道缺陷的分析與處理顯得尤為重要。

壓力管道由于敷設(shè)環(huán)境較為復(fù)雜，易受周圍環(huán)境因素及介質(zhì)的影響，在運行中產(chǎn)生缺陷，為保障管道安全平穩(wěn)運行，需要定期開展壓力管道檢驗工作。檢驗人員對壓力管道檢驗中發(fā)現(xiàn)的缺陷進行深入分析，提出缺陷處理辦法，消除安全隱患，避免安全事故的發(fā)生。

1 管道缺陷類型分類、定義及原因

1.1 管道腐蝕

管道腐蝕是壓力管道中最為常見的缺陷類型之一，是由于管道內(nèi)外介質(zhì)的腐蝕性，以及環(huán)境因素如潮濕、酸堿等的影響，導(dǎo)致管道壁厚度逐漸減小，甚至形成孔洞。腐蝕不僅會降低管道的強度和承載能力，還會引發(fā)管道泄漏和事故風(fēng)險。主要的腐蝕類型包括普通腐蝕、點蝕、線蝕等。因為壓力管道通常處于外部環(huán)境，管道的內(nèi)外存在比較大的溫差，尤其是在有運輸介質(zhì)的時候，溫差變得更加明顯，所以會出現(xiàn)腐蝕性問題，尤其是氨、液化氣一類的運輸管道腐蝕更為嚴(yán)重。長時間使用的壓力管道會在雨水侵蝕、母液侵蝕影響下被腐蝕，還會受到排水管道和地下水影響出現(xiàn)腐蝕，其形成原因主要有：介質(zhì)對管道本體的沖刷、介質(zhì)對管道本體局部的腐蝕以及管道組成件在制造過程中產(chǎn)生的局部厚度不均勻。

對于局部減薄，因無法進入管道內(nèi)部確定其成因，一般保守按照腐蝕減薄來確定其安全狀況等級（即考慮在未來檢驗周期內(nèi)的金屬損失擴展）。產(chǎn)生原因多為管道因化學(xué)反應(yīng)或其他原因發(fā)生腐蝕而導(dǎo)致管道的老化，經(jīng)常是在物理、生物學(xué)因素的共同作用下產(chǎn)生的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕[3]。

1.2 管道裂紋

裂紋是影響壓力管道安全性的重要因素。裂紋可以分為疲勞裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋和冷裂紋等。疲勞裂紋通常由管道長期受力和變形引起，而應(yīng)力腐蝕裂紋則是應(yīng)力和腐蝕共同作用的結(jié)果。冷裂紋則可能在焊接等過程中產(chǎn)生，通常發(fā)生在低溫下，對管道的影響不容忽視。裂紋可能來自多種因素，包括外部力學(xué)作用和內(nèi)部應(yīng)力積累。在油氣輸送過程中，管道會承受不同程度的壓力和振動，長時間的作用可能導(dǎo)致管道產(chǎn)生微小的裂紋[4]。裂紋可能在壓力的影響下逐漸擴展，甚至引發(fā)管道破裂。此外，溫度的變化也會導(dǎo)致管道內(nèi)部應(yīng)力的變化，從而加劇裂紋的產(chǎn)生和擴展。

1.3 管道焊接缺陷

壓力管道通常使用焊接的方法進行連接，如果焊接中沒有嚴(yán)格按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定操作，可能會出現(xiàn)管道焊縫未焊透、未熔合等現(xiàn)象。焊接缺陷主要包括未焊透、未融合、夾渣、錯邊。

未焊透產(chǎn)生的主要原因有：坡口角度小、間隙小，鈍邊太大；焊接電流小、焊接速度快，根部來不及熔化；焊接時偏離焊道中心。

未熔合產(chǎn)生主要原因有：焊接電流小、速度快、熱量不足；坡口或焊道有氧化皮、熔渣等，部分熱量損失在熔化雜物上，剩余熱量不足以熔化坡口或焊道金屬；焊條或焊絲的擺動角度偏離，熔化金屬流動而覆蓋到電弧作用較弱的未熔化部分。

夾渣產(chǎn)生的主要原因有：液態(tài)金屬黏度大、焊接速度快，凝固時熔渣來不及浮出；焊接時運條不當(dāng)，熔渣和鐵水分不清；坡口形狀尺寸不合適，坡口太窄，不利于熔渣上??；多層焊時熔渣清理不干凈。

錯邊產(chǎn)生的主要原因有：焊接時工件在厚度方向上錯開一定位置，既可視作焊縫表面缺陷，又可視作裝配成形缺陷。

1.4 管道結(jié)構(gòu)缺陷

部分壓力管道在設(shè)計環(huán)節(jié)會出現(xiàn)閥門、管道連接不合理問題，所用管道的配件質(zhì)量不達(dá)標(biāo)會引發(fā)壓力管道質(zhì)量問題[5]?？偨Y(jié)壓力管道檢驗實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，壓力管道中補償器的不合理設(shè)置是比較常見缺陷問題。因此，壓力管道在溫度變化等因素的影響下直徑產(chǎn)生了細(xì)微變化時，就有可能造成管道吊架出現(xiàn)嚴(yán)重的變形或損壞。其產(chǎn)生的原因有：設(shè)計上的失誤；安裝時沒有按照設(shè)計圖紙進行施工；管道使用時出現(xiàn)異常，使用單位臨時處理時未按照規(guī)程執(zhí)行。

1.5 其他類型缺陷

除了上述主要缺陷類型，壓力管道還可能出現(xiàn)一些其他缺陷，如膨脹、脆化、內(nèi)部結(jié)垢等。這些缺陷類型雖然在數(shù)量上相對較少，但也會對管道的運行和安全性產(chǎn)生不良影響。

在研究過程中，綜合考慮不同類型的缺陷，從多個角度深入分析其成因、表現(xiàn)和潛在危害。通過對缺陷類型的定義和分類，可以更好地為后續(xù)的處理措施提供依據(jù)。針對不同類型的缺陷，制定針對性的處理方案，從而有效提升管道系統(tǒng)的安全性和可靠性。

2 管道缺陷處理步驟

針對油田壓力管道的缺陷問題，科學(xué)的處理步驟和策略是管道安全運行的重要保障。缺陷處理不僅涉及到技術(shù)和工藝，還需要綜合考慮經(jīng)濟成本、環(huán)境影響等多方面因素。

（1）管道缺陷評估與分類。在發(fā)現(xiàn)缺陷后，需要進行全面的評估。評估的目的是確定缺陷的性質(zhì)、嚴(yán)重程度和可能引發(fā)的后果[6]。將缺陷進行分類，區(qū)分出緊急性高的缺陷和相對優(yōu)先級較低的缺陷，有助于合理分配資源和制定針對性的處理策略。

（2）選擇合適的處理方法。根據(jù)缺陷的性質(zhì)和嚴(yán)重程度，選擇合適的處理方法。對于較小的腐蝕問題，可以采取修復(fù)措施，如局部修補和涂層保護。而對于嚴(yán)重的裂紋和焊接缺陷，需要更為嚴(yán)格的處理，甚至可能需要更換管道段。選擇合適的處理方法需要綜合考慮技術(shù)可行性、安全性和經(jīng)濟性。

（3）處理優(yōu)先級的確定。在處理缺陷時，根據(jù)評估結(jié)果和缺陷的緊急性，確定處理的優(yōu)先級。緊急性較高的缺陷需要立即處理，以防止事故的發(fā)生。而對于優(yōu)先級較低的缺陷，可以在適當(dāng)?shù)臅r機進行處理，以保障管道的長期安全運行[7]。

（4）采取安全措施。在進行缺陷處理時，必須采取嚴(yán)格的安全措施，確保操作人員和環(huán)境的安全。涉及到焊接、切割等操作時，需要進行周密的計劃和預(yù)防措施，以避免火災(zāi)、爆炸等事故的發(fā)生。

（5）強化維護管理。缺陷處理并不是終點，管道的維護管理同樣重要。處理后的管道需要定期檢測和維護，以確保缺陷得到有效控制，不會再次引發(fā)問題。維護管理包括定期檢測、涂層保護、防腐措施等，能夠延長管道的使用壽命，降低事故風(fēng)險。

（6）數(shù)據(jù)記錄與總結(jié)經(jīng)驗。每次的缺陷處理過程都應(yīng)該進行詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄，包括缺陷的性質(zhì)、處理方法、效果評估等信息，為今后的缺陷處理提供參考。在實際操作中，通過不斷總結(jié)和改進，可以逐步提升缺陷處理的效率和準(zhǔn)確性。

3 管道缺陷分類處理方法

3.1 腐蝕缺陷

由于管道腐蝕造成局部減薄缺陷，安全狀況等級為3 級，評價結(jié)果為基本符合要求的局部減薄缺陷，采取縮短檢驗周期的方法（一般縮短到3 年或3 年以內(nèi)），通過加密檢驗頻率，在更短的周期內(nèi)監(jiān)控缺陷的變化，以便及時掌握發(fā)現(xiàn)缺陷的發(fā)展情況[8]。

對于安全狀況等級為4 級，評價結(jié)果為不符合要求的局部減薄缺陷，出具檢驗意見通知書，要求使用單位對缺陷超標(biāo)的管段部位進行維修，維修后經(jīng)過二次檢驗，確認(rèn)壁厚符合要求后，出具合格檢驗報告。

防腐方案的選擇要考慮經(jīng)濟因素和地理條件，將發(fā)生腐蝕的可能性降到最低。

涂料防腐：涂料防腐具有很高的生物活性和較好的耐腐蝕性，其施工較容易，使用范圍寬，能滿足造型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)防腐，易維修，可重涂。

緩蝕劑保護：使用緩蝕技術(shù)，在腐蝕介質(zhì)中，加入少量的一種或幾種物質(zhì)，使金屬的腐蝕速度大幅度下降，延長管道的使用壽命。

金屬噴涂滲鍍技術(shù)：在現(xiàn)有材料的鋼制管道表面噴涂耐腐蝕性物質(zhì)，提高耐輸送介質(zhì)的腐蝕性（如在碳鋼管表面噴鋁，以提高耐二氧化硫的腐蝕性）。

電化學(xué)保護：在金屬管道施加一定的保護電流，通過改變金屬管道的電位，減緩金屬管道腐蝕的速度。

3.2 裂紋缺陷

為了應(yīng)對裂紋問題，需要進行裂紋檢測與評估。裂紋的及早發(fā)現(xiàn)可以避免事故的發(fā)生，確保管道系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的裂紋檢測技術(shù)包括超聲波檢測、射線檢測等。超聲波檢測可以通過聲波的傳播情況來判斷裂紋的位置和大小，射線檢測則可以清晰地看到管道內(nèi)部的裂紋情況。通過裂紋的檢測與評估，可以及早判斷裂紋的危害程度，采取相應(yīng)的處理措施。

當(dāng)裂紋問題被確認(rèn)存在后，需要采取適當(dāng)?shù)男迯?fù)和加固措施。對于小裂紋，可以采取局部修復(fù)的方法，通過焊接、膠合等方式，將裂紋處的材料連接起來，恢復(fù)管道的完整性。對于較大的裂紋，需要進行管段更換或全面修復(fù)。在修復(fù)的過程中，需要確保修復(fù)材料的質(zhì)量和強度，以確保管道的穩(wěn)定性[9]。

3.3 焊接缺陷

通過NB/T47013—2015《承壓設(shè)備無損檢測》和TSGD7005—2018《壓力管道定期檢驗規(guī)—工業(yè)管道》對缺陷進行評級。對于安全狀況等級為3級，評價結(jié)果為基本符合要求的焊接缺陷，采取縮短檢驗周期的方法（一般縮短到3 年或3 年以內(nèi)），通過加密檢驗頻率，在更短的周期內(nèi)監(jiān)控缺陷的變化，以便及時掌握發(fā)現(xiàn)缺陷的發(fā)展情況。對于安全狀況等級為4 級，評價結(jié)果為不符合要求的焊接缺陷，出具檢驗意見通知書，要求使用單位進行整改，整改后經(jīng)過再次無損檢測，確認(rèn)無嚴(yán)重缺陷后可出具合格檢驗報告（表1）。

表1 典型焊接缺陷Tab.1 Typical welding defects

3.4 結(jié)構(gòu)缺陷

對于管道結(jié)構(gòu)上違規(guī)安裝的管件問題，這類缺陷為管道本體結(jié)構(gòu)存在著標(biāo)準(zhǔn)上不允許存在的結(jié)構(gòu)，給予更換處理的意見。結(jié)束修補后需要做復(fù)核檢查工作。最后重新評價等級，在達(dá)標(biāo)后準(zhǔn)許重新使用。

3.5 其他缺陷

檢驗中缺陷形成主要原因為機械損傷。對于機械損傷處，采取打磨消除的處理辦法，打磨后形成圓滑過渡凹坑，凹坑按照TSGD700J—2018《壓力管道定期檢驗規(guī)則——工業(yè)管道》3.2.4 的規(guī)定進行評價，經(jīng)評定符合要求后可繼續(xù)使用；對于管道本體凹陷處有溝槽的情況，經(jīng)表面無損檢測未發(fā)現(xiàn)其他缺陷，安全狀況等級評定為3級，可監(jiān)控使用。

4 管道缺陷處理措施的效益

基于收集到的數(shù)據(jù)，對缺陷類型的分布進行了分析。在大慶油田的壓力管道系統(tǒng)中，主要的缺陷類型包括管道腐蝕、裂紋和焊接缺陷。通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)腐蝕是最為普遍的缺陷類型，占據(jù)了總?cè)毕輸?shù)量的60%；其次是裂紋，占比20%；焊接缺陷占比15%；其他類型缺陷則占剩余的5%。這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出了壓力管道系統(tǒng)中不同缺陷類型的相對重要性[10]。

（1）保障管道系統(tǒng)的可靠性與持續(xù)運行，提高產(chǎn)量。在石油工業(yè)的發(fā)展中，壓力管道作為能源輸送的主要通道，其安全穩(wěn)定運行對于石油資源的高效利用和工業(yè)鏈的暢通無阻至關(guān)重要。然而，受長時間的運行和外界環(huán)境的影響，管道腐蝕問題成為制約管道系統(tǒng)穩(wěn)定運行的主要難題。為了確保管道系統(tǒng)的可靠性和持續(xù)運行，需采取有效的防腐措施。以某作業(yè)區(qū)為例，區(qū)平均單井日產(chǎn)液39.77 t，日產(chǎn)油1.35 t，單井集油管線穿孔需停井4 h 進行處理，影響產(chǎn)液6.63 t，產(chǎn)油0.23 t，2021 年處理集油管線穿孔109 井次，累計年增液722.49 t，增油24.53 t。

（2）延長管道使用壽命是防腐措施的最大效益之一。管道在長時間的運行中，會受到介質(zhì)的腐蝕和外界環(huán)境的影響，從而逐漸產(chǎn)生腐蝕。通過外部涂層保護、陰極保護等防腐措施，可以有效隔離管道與介質(zhì)的接觸，減緩腐蝕的速度，從而延長管道的使用壽命，不僅可以降低維護和更換成本，還能夠確保管道系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

（3）提高管道系統(tǒng)的可靠性。管道腐蝕問題可能導(dǎo)致管道壁的減薄和破損，從而降低管道的承載能力，甚至引發(fā)泄漏和安全事故[11]。通過防腐措施的實施，可以有效減少腐蝕引發(fā)的安全風(fēng)險，提高管道系統(tǒng)的可靠性。

（4）降低維護成本。腐蝕問題會導(dǎo)致管道頻繁的維修和更換，增加維護成本。通過防腐措施可以減緩腐蝕的發(fā)生，降低維護頻率，從而降低維護成本。

（5）環(huán)保效益。防腐措施的效益不僅體現(xiàn)在管道系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性上，還體現(xiàn)在環(huán)保方面。腐蝕問題可能導(dǎo)致管道泄漏，釋放有害物質(zhì)對環(huán)境造成污染。通過防腐措施可以減少泄漏和污染的發(fā)生，保護周邊環(huán)境的安全和健康。按照環(huán)保要求，落地污油1 m2以上為生產(chǎn)事故。管道穿孔時，從穿孔到關(guān)閉閥門的過程按0.5 h 計算，一次穿孔污染面積約為8 m2，對缺陷進行處理后，減輕了環(huán)保壓力。

（6）提升工作效率，減少用工量。管道系統(tǒng)的維護和更換需要耗費大量的時間和人力資源。防腐措施可以減少頻繁的維護和更換工作，從而提升工作效率。減少維護工作的同時，還能夠保證管道系統(tǒng)的正常運行，提高生產(chǎn)效率。處理一處穿孔一般需要4 h 和4 名員工，按8 h 為1 個人工，處理一次穿孔需要2 個人工，2021 年共穿孔1 068 次，人員用工量為2 136 人次，對管道缺陷進行處理后，相當(dāng)于減少了2 136 個人工。

5 管道缺陷處理的啟示

（1）預(yù)防優(yōu)先于治理。從缺陷分析和處理措施可以看出，預(yù)防管道缺陷的發(fā)生遠(yuǎn)比事后處理重要。采取防腐措施、定期檢測等預(yù)防性措施可以有效降低缺陷的發(fā)生概率，減少事故風(fēng)險。因此，在管道建設(shè)和運維中，要始終堅持預(yù)防為主的原則，從源頭上減少缺陷產(chǎn)生的可能性。

（2）多層次監(jiān)測與維護。管道缺陷的處理需要多層次的監(jiān)測與維護手段相結(jié)合。從可視檢查到定量評估，再到力學(xué)性能測試和仿真模擬分析，多種手段協(xié)同工作，確保缺陷處理效果的準(zhǔn)確評估。在管道系統(tǒng)的運行中，定期的檢測和維護工作不可或缺，以確保缺陷沒有進一步產(chǎn)生影響。

（3）專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)。管道缺陷的處理需要具備豐富的專業(yè)知識和技能的人才，包括焊接技術(shù)人員、檢測人員以及工程師等各個領(lǐng)域的專業(yè)人才。通過不斷的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，提高技術(shù)人才的素質(zhì)，才能夠保障管道系統(tǒng)的安全性和可靠性。

（4）科技創(chuàng)新的應(yīng)用。從高效的檢測技術(shù)到先進的焊接方法，科技創(chuàng)新可以提高缺陷處理的效率和質(zhì)量。因此，在研究和實踐中，要積極探索新的技術(shù)手段，將科技創(chuàng)新應(yīng)用于管道缺陷的處理過程中。

（5）信息共享與合作。不同領(lǐng)域的專家可以相互交流經(jīng)驗和知識，從而提高缺陷處理的水平。在石油工業(yè)中建立起信息共享的平臺，促進各領(lǐng)域的合作，有助于形成綜合性的管道缺陷處理體系。

（6）綜合考慮多因素。管道缺陷處理是一個復(fù)雜的過程，涉及多個因素的影響。在制定處理策略和措施時，需要綜合考慮材料特性、工藝要求、環(huán)境因素等多個因素。只有全面考慮各個方面的因素，才能夠制定出科學(xué)合理的處理方案。

6 結(jié)束語

油田壓力管道的安全隱患不容小覷，了解管道缺陷的種類與成因，認(rèn)識到其潛在的危害，是采取有效預(yù)防和處理措施的前提。通過加強檢測監(jiān)測、維護管理和安全培訓(xùn)，可以更好地保障油田管道的安全運行，從而確保能源的穩(wěn)定供應(yīng)。油田壓力管道缺陷分析與處理是一個涉及多個環(huán)節(jié)的復(fù)雜過程，需要今后不斷學(xué)習(xí)和總結(jié)。