帶壓開孔技術的應用

王超

（裝備技術有限公司海管技術服務中心 天津 300459）

摘 要：帶壓開孔技術通過在線完成改造工藝流程對接的特點，大量應用與現今工程項目中。本文以JZ9-3廢熱回收裝置吊裝項目不停輸帶壓開孔的施工為例，詳細闡述該技術的應用及過程風險控制。

關鍵詞：不停輸；帶壓開孔；施工風險控制

1 引言

在海上油田生產設施改造過程中工藝流程管線支路接口的施工，依據傳統(tǒng)工藝都需要將所涉及連接的工藝管線流程隔離，對管線進行泄壓、惰化置換等作業(yè)后，通過冷切割/熱切割、電焊等方法實現該作業(yè)。但是該方法因停產將會影響油田產量、造成很大的經濟損失。而且難以對原管線內遺留油氣徹底清洗置換，存在較大安全隱患。

在此契機之下，帶壓開孔技術因其可在線完成工藝流程對接，在現今施工中開始大量應用。而我公司JZ9-3廢熱回收裝置吊裝項目中也使用帶壓開孔技術實現流程管線的對接。

2 工程概況

因JZ9-3油田廢熱回收裝置吊裝項目中新增廢熱裝置和熱油膨脹罐，其工藝系統(tǒng)管線的連接依照傳統(tǒng)施工工藝，需要將平臺熱油系統(tǒng)停運泄放，繼而會造成平臺部分生產系統(tǒng)停產。經過項目組與設計單位及生產方討論研究決定對工藝接口采用不停輸帶壓開孔技術，完成整個新增流程的對接。

3 開孔工藝

所謂帶壓開孔是指在密閉狀態(tài)下，以機械切削方式在運行管道上加工出圓形孔的一種作業(yè)技術。當在役管線需要加裝支管時，可采用管道帶壓開孔技術完成，既不影響管線的正常輸送，又能安全高效完成新舊管線的連接工作。

3.1 工藝特點

在線不停輸施工、適用管徑范圍廣、施工受場地制約小、不動火切割、無介質泄露、安全風險小。

3.2 開孔作業(yè)條件

適用介質：油、天然氣、水等無強腐蝕性的介質

管道介質溫度：-20℃—200℃

管道運行壓力：0—6.4MPa

3.3 開孔原理

（1）不停輸帶壓開孔是利用法蘭短節(jié)、閥門安裝在待開孔管線，使用開孔工具進行手動或自動開孔作業(yè)的技術；

（2）帶壓開孔機工作性質類似鏜床，主軸伸出并進行旋轉運動，但其工作條件要比鏜床惡劣，因此須專業(yè)人員進行操作；

3.4 帶壓開孔步驟

護管加工—安裝至待開孔管線—安裝隔離閥—安裝開孔機—開啟隔離閥—啟動開孔機、開孔操作—退出刀具—關閉隔離閥、拆除開孔機

4 帶壓開孔施工流程

4.1 施工前準備

（1）確認待開孔管線介質、尺寸、材質、壓力、溫度、流速等參數；例如，本次為熱油管線，10”/A106/設計壓力0.75MPa/溫度120℃/流速2.8m/s。

（2）使用測厚儀檢測開孔點壁厚，確定腐蝕情況；要求進行多點測厚，測厚范圍為開孔徑外延100mm；

4.2 支管套管焊接

（1）依據待開孔管線和支管尺寸制作法蘭短節(jié)、護套管；短節(jié)長度需根據開孔機鉆桿伸出長度確定，盡量選取最小長度，以縮短鉆桿長度。法蘭優(yōu)選帶徑對焊法蘭，如因預制件長度過長無法滿足開孔機進程要求，可選擇平焊或插焊法蘭；

（2）在法蘭短節(jié)上焊接1/2"管座，安裝壓力表、放空閥；

（3）在待開孔管線開孔位置帶壓焊接預制完成的護套管。焊接作業(yè)應根據之前測量的管壁厚出具的焊接工藝。

（4）安裝在管道上的法蘭短節(jié)，其管件的軸線應與管道的軸線相交，該管件必須與管道垂直，即法蘭短節(jié)端面與管頂的平行度允許誤差不超過1.5mm；

（5）法蘭短節(jié)的材質應與待開孔管線材質相符，設計壓力應與管道的設計壓力等級相等

4.3開孔作業(yè)點的選取

（1）開孔作業(yè)點應選擇在直管段上。開孔部位應盡量避開原管道焊道，無法避開時，對切削部位的焊道應適量打磨。開孔刀中心鉆不應落在焊縫上。開孔封堵部位的管道圓度誤差不得超過管外徑1%；

（2）開孔管件焊接時，管道內液體流速不應大于5m/s，氣體流速不應大于10m/s；

4.4 開孔機安裝

（1）法蘭短節(jié)上安裝配套尺寸規(guī)格的閘閥或者球閥；開孔閥門處在全開的位置，以保證開孔機切到可以抵達開孔管線。安裝好放空閥、壓力表和排油彎管。關閉放空閥，在管道開孔前，閥門應處于全開狀態(tài)；

（2）開孔機安裝前對其進行檢查，檢查開孔機的絲桿及傳動機構是否靈活，開孔機上的放空閥應關閉；選定與開孔直徑相應的開孔接合器、刀具及刀具結合器同開孔鉆機連接并檢查筒刀、中心鉆及U形環(huán)是否完好，順時針轉動手輪，將筒刀提到最高位置；

（3）將開孔機吊裝到閥門并緊固螺栓，安裝完成后對開孔機、閥門、短節(jié)進行整體試壓保證密封無泄漏，試驗壓力為待開孔管線系統(tǒng)的操作壓力；

（4）針對本次作業(yè)為熱油系統(tǒng)，溫度較高，為避免橡膠密封失效，接合器要選擇帶有硬密封面的法蘭。

（5）管線短節(jié)試壓完成后，采用惰性氣體進行惰化；

4.5 開孔

（1）進行開孔作業(yè)時，根據開孔機的型號確定液壓泵的額定輸出扭矩，進給速度及鉆桿的鉆速。進給速度有手動和自動兩種，根據鉆桿的行程確定鉆進量。對于8寸和10寸開孔，管徑較大、管壁較厚采用自動進給開孔機進行開孔作業(yè)。對于3寸小口徑薄壁管，采用手動進給方式比較合理；

（2）開孔操作時從中心鉆開始切削管壁，到孔開通為止，時間以40min左右為宜。孔開通后，將絲桿轉到最低位置，反復轉動幾次，以保證鞍形切板完全被切下；

（3）開孔刀具切透管壁后，收回刀具，同時將切割下的馬鞍塊帶出閥體，關閉閥門，拆下開孔機；

（4）在閥門上安裝支路管線，開孔作業(yè)結束。

5 施工難點及解決方法

（1）預制的支管套管與待開孔管線焊接為角焊縫，為保證連接強度需在開孔位置增加加強板；

（2）所有焊接焊道應根據項目要求進行外觀、無損檢測檢驗；

（2）開孔管線壁厚檢測。很多平臺流程管線長期使用，管內壁腐蝕嚴重，開孔管線實際壁厚遠遠小于原厚度，需根據檢測的壁厚指定對應的焊接工藝，防止焊接過程中出現燒穿現象；

（3）充分考慮開孔設備對管線的影響，小口徑薄壁管線開孔時需利用輔助工裝固定開孔機，避免管線受力彎曲，發(fā)生意外；

（4）需考慮開孔切削碎屑對工藝系統(tǒng)的影響。現今開孔設備設置的鐵屑回收器經過SZ36-1平臺項目驗證，實際效果并不樂觀。因此對于管內清潔要求較高的系統(tǒng)，例如存在緊密儀表設備的系統(tǒng)需謹慎使用。

參考文獻：

[1] ASME B31.3-2016 美國機械工程師協(xié)會編著 2016

[2] 管道帶壓不停輸開孔技術及施工難點分析 劉華東，劉暉 2007

[3] 流體管道不停輸帶壓開孔封堵新技術 薛福連 2006

[4] 海洋石油工程設計概論與工藝設計（第一冊）