安塞油田管道修復體系建設與研究

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%。根據管道腐蝕情況分析，管道失效主要原因依然是內腐蝕引起的管道本體材質破損，占90%以上[2]。

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

1 管道修復技術體系

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

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

1.1 管道補強技術

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

1.2 在役管道內涂防腐技術

通過對管道腐蝕特性的研究發現，目前油田集輸系統管道腐蝕主要以內腐蝕為主，安塞油田于2014年引入管道內防腐技術，對新建管道實施內涂防腐。但是內防腐技術局限于應用在新建管線，無法滿足目前油田管道數量大、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防腐試驗，選取2條管道實施在役管道HCC內涂防腐，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，形成了在役管道內防腐工藝技術體系，進一步完善了安塞油田管道修復工藝體系。

在役管道內防腐主要以HCC內防腐技術為主體，是針對在役管道內部結垢、腐蝕、生銹等特性進行處理，并實施內防腐的工藝技術[6]。通過HCC涂料特性實現管道內壁與腐蝕介質隔離，達到防止管道本體內腐蝕的目的[7]。

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

1.3 在役管道內襯技術

對于內腐蝕較為嚴重的管道，采用HCC內防腐技術無法保證底漆與管道內壁充分黏合，易導致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運行。對于此類管道的治理，在油田管道修復體系中是空白。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襯防腐試驗，并取得成功。

高密度聚乙烯管道內襯防腐技術是將PE[9]管道經過變形（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”復合結構。

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

2 技術應用及評價體系建設

近年來，安塞油田通過對在役管道修復工藝體系的試驗、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運行提供了有力保障。

2.1 管道修復技術應用現狀

2017年開始對王窯庫區上游跨越管線采用外補強技術實施補強，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。在役管道內襯目前僅在1條集油管線實施。

為進一步掌握管道修復技術應用效果，健全修復技術管理體系，油田持續對修復管道進行跟蹤觀察，目前修復管道及部位運行正常，未發生明顯腐蝕、防腐層脫落、管道失效等現象。

2.2 評價體系建設

目前國內管道修復技術體系建設處于初步階段，無明確的管道修復技術和質量驗收、管理標準的規范。

2.2.1 在役管道內防腐檢測技術

管道補強修復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、失效等現象。

隨著管道內防腐技術的不斷完善，油田管道開始大幅應用管道內防腐技術，實施內防腐管道數量不斷增多，管道內防腐層運行狀態監控和檢測成為管道管理的重要環節。根據管道腐蝕機理分析，管道內腐蝕以電化學腐蝕為主，通過建立電子轉移通道，對管道內金屬進行電離造成腐蝕，通過內防腐能有效杜絕電離，但是一旦局部防腐層失效，電子損失集中發生在失效部位，相較未實施內防腐管道均勻腐蝕，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。

如何準確、高效地開展管道內防腐檢測不僅成為管道修復質量管理的重要環節，也成為油田管道系統運行評價的核心要素。目前在役管道內防腐層檢測技術主要有兩種[10]：

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

（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，可環向360°旋轉，同時利用攝像頭觀察測厚儀工作狀態及被檢測部位工況，能夠準確檢測管道內防腐層涂覆情況。

2.2.2 在役管道內防腐檢測評價

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

（1）建立管道修復施工過程質量控制標準，利于施工監督方及使用單位對管道修復施工質量進行有效監管，內防腐修復工藝執行要求如表1所示。

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

（2）合理選擇管道修復檢驗技術，明確檢驗方法和整改措施，達到管道修復質量管理要求。對管道內腐蝕修復評價，建議采用三項技術相結合的整體檢驗方式：管道完成清理后，利用管道內窺攝像機對管道內腐蝕情況進行直觀評價；管道內防腐完成后，采用較為成熟的電火花測漏檢驗技術進行內防腐層整體評價；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技術，同時對修復后管道為再進行打開，降低了缺陷點的風險。

（3）建立管道修復執行標準，完善管道修復管理體系，明確管道修復關鍵環節檢驗標準和補修方式，經檢驗滿足標準方可進入下一環節工作，同時制定管道修復驗收規范等相關標準，為管道修復工藝技術研究和修復施工單位優選提供理論依據。

3 管道修復技術應用效果

安塞油田采取管道修復技術，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和現場經驗，有效地提升了安塞油田地面管道系統管理水平，為油田地面集輸管道安全運行提供了有力保障，為油田行業管道隱患治理提供了新的思路和理念。

（1）轉變了管道隱患治理的思路。管道修復技術的應用，轉變了以往管道隱患治理的思路。在當前油田內部集輸管道管徑小、中距短、數量多的背景下，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，利用金屬厚度檢測儀，通過人為選取管道風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，對管道內腐蝕情況進行直觀評價，可針對腐蝕特性優選修復工藝，修復完成后定期進行檢查，徹底轉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，采用內防腐層減緩了管道內腐蝕速率，增加了管道內壁的光滑度，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，且管道內防腐層可進行重復修復，在完善管道防腐層檢驗評價技術的前提下，可不斷對管道內防腐層進行修復，實現了管道本體使用的最大化。

（3）降低了管道運行的風險。利用管道修復技術有效地降低了管道運行的風險，采取管道內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生腐蝕部位及高風險部位進行強化，為管道安全運行提供了有力保障。同時對管道存在內防腐缺陷且不能及時修復的部位進行管道補強，也能在短期內滿足管道運行要求，為管道后期修復與正常生產運行提供協調空間。

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

4 展望

油田應用的管道修復技術體系仍處在初步建設階段，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）開展站內管道修復系統的試驗研究。針對站內管道規格雜、支管多、長度短的特點，采用先實施支管內防腐，后實施主管內防腐策略，選用耐腐蝕的不銹鋼接頭解決管道連接處防腐問題，利用內窺攝像機對管道內焊縫部位進行檢測，逐步優化站內管道內防腐修復工藝，完善站內管道內防腐修復技術。

（2）優化管道HCC內防腐修復工藝。主要從管道修復材料適用范圍提升和管道修復工藝簡化著手。目前管道修復材料對施工環境要求較高，冬季施工質量得不到保障，這與油田管道投運普遍在秋冬季節相矛盾，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。可采取將耐腐蝕不銹鋼接頭預制在管道連接部位，待內防腐修復完成后，直接對不銹鋼接頭進行組焊的施工方法，以達到簡化工藝、降低風險隱患的目的。