油田管道完整性管理實(shí)踐與應(yīng)用

王小爽

大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠第一作業(yè)區(qū)

20 世紀(jì)，美國(guó)為預(yù)防事故、消除隱患，最早開(kāi)始實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理，被稱(chēng)為完整性管理。管道作為高效、經(jīng)濟(jì)以及便捷的輸送工具，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中日益顯示出它的重要性。在油田生產(chǎn)中，埋地鋼質(zhì)管道在管道中占有非常大的比例。據(jù)1995 年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)因管道腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1 500 億元，約占國(guó)民生產(chǎn)總值（GNP）的4%。每年因腐蝕損失1 千多萬(wàn)噸鋼材，相當(dāng)于寶鋼全年的鋼產(chǎn)量。此外，由于埋地管線管理不善，普遍存在的管道穿孔泄漏問(wèn)題不但給企業(yè)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，也對(duì)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重危害[1]。

我國(guó)管道完整性管理工作的開(kāi)端為陜京線2001 年提出的完整性管理要求，這是在國(guó)內(nèi)首家開(kāi)展管道完整性管理的試行點(diǎn)，隨后中國(guó)石油開(kāi)展全面推廣管道完整性管理工作，目前已建成比較完整的管理體系及信息化系統(tǒng)。

1 管道完整性管理的含義

管道完整性管理是根據(jù)不斷變化的因素，對(duì)油氣管道運(yùn)行中面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià)，通過(guò)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、檢驗(yàn)等各種方式，獲取與專(zhuān)業(yè)管理相結(jié)合的管道完整性的信息，制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策，不斷改善識(shí)別到的不利影響因素，從而將管道運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)水平控制在合理的、可接受的范圍內(nèi)，最終達(dá)到持續(xù)改進(jìn)、減少和預(yù)防管道事故發(fā)生、經(jīng)濟(jì)合理地保證管道安全運(yùn)行的目的，降低管道維護(hù)費(fèi)用，最大限度地延長(zhǎng)管道使用壽命。

2 完整性管理應(yīng)用基本情況

大慶油田是60 年代開(kāi)始建設(shè)的大型油田，曾連續(xù)二十七年保持年產(chǎn)原油5 000×104t 以上，是我國(guó)的功勛油田。但由于早期的埋地管線及其他鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)水平不高，又歷經(jīng)多年的土壤腐蝕，現(xiàn)每年約有幾萬(wàn)處的管道腐蝕漏點(diǎn)，嚴(yán)重影響了油田的油氣集輸、生產(chǎn)運(yùn)行安全和環(huán)保工作。

采油一廠第一作業(yè)區(qū)作為大慶油田的老作業(yè)區(qū)，管道整體投運(yùn)年限較長(zhǎng)。截至2022 年12 月，第一作業(yè)區(qū)共有管道1 715.8 km，3 047條，按管道運(yùn)行年限劃分，運(yùn)行時(shí)間15 年以上管道778 km，占管道總長(zhǎng)的45.3%，運(yùn)行時(shí)間20年以上的管道長(zhǎng)度655.8 km，占管道總長(zhǎng)的38.2%；按系統(tǒng)劃分，主要的集油管道1 084.2 km，占管道總長(zhǎng)的63.2%，注水（入）管道518.5 km，占管道總長(zhǎng)的30.2%。

按照股份公司《管道分類(lèi)原則》，結(jié)合介質(zhì)類(lèi)型、壓力等級(jí)和管徑等因素，將管道劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)管道[2]。第一作業(yè)區(qū)Ⅰ類(lèi)管道2.8 km 主要為輸油管道，Ⅱ類(lèi)管道209.6 km，Ⅲ類(lèi)管道1 503.5 km（表1）。

表1 生產(chǎn)管道統(tǒng)計(jì)Tab.1 Production pipeline statistics km

2022 全年管道失效394 次，失效率為每年0.23 km-1，2018年以來(lái)，實(shí)現(xiàn)了管道失效連續(xù)下降管控（圖1）。

圖1 管道失效趨勢(shì)Fig.1 Pipeline failure trend

3 管道腐蝕情況分析

采油一廠第一作業(yè)區(qū)管道腐蝕失效問(wèn)題日益嚴(yán)重，高于油田平均水平[3]，管道腐蝕成因有土壤環(huán)境腐蝕性、管道材質(zhì)局限、輸送介質(zhì)成分等因素。

腐蝕的原理是電化學(xué)腐蝕，造成腐蝕的原因有內(nèi)因、外因，內(nèi)因通過(guò)外因起作用。內(nèi)因是管道材料成份不同，如碳鋼內(nèi)含的主要成分是鐵（Fe）元素、少量碳化鐵、碳和其他合金元素。因鐵和碳元素電位不同，碳電位高（惰性）屬于陰極，鐵電位低（活潑）屬于陽(yáng)極，它們之間存在電位差，在腐蝕介質(zhì)中就產(chǎn)生腐蝕電流，造成電位低的鐵腐蝕。外因?yàn)榭諝狻⑺?、土壤中的氧、二氧化硫、二氧化碳、各種鹽及雜質(zhì)、雜散電流等環(huán)境具有導(dǎo)電性，金屬在內(nèi)、外因共同作用下，發(fā)生了電化學(xué)腐蝕。

隨著時(shí)間的推移，各類(lèi)管線和儲(chǔ)罐腐蝕老化穿孔的次數(shù)不斷增加，腐蝕控制與防護(hù)工作迫在眉睫。管道完整性管理是一個(gè)與時(shí)俱進(jìn)的過(guò)程，管道的失效模式是一種依賴時(shí)間的模式。管道的腐蝕、疲勞老化、自然災(zāi)害、機(jī)械損傷、外力破壞等是引起管道失效的多種原因，管道隨著時(shí)間的流逝不斷地被侵蝕著，要不斷地對(duì)管道數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理，對(duì)管道的高后果區(qū)進(jìn)行人工識(shí)別、維修與維護(hù)，加強(qiáng)失效管理和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[4]。

4 存在的問(wèn)題及解決辦法

4.1 實(shí)施難點(diǎn)

部分非金屬管道數(shù)據(jù)資料不準(zhǔn)，因材質(zhì)原因不能測(cè)繪，使得管道完整性管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)比較難以收集。

基于GIS的管道數(shù)據(jù)管理技術(shù)因國(guó)內(nèi)相關(guān)法規(guī)的條款要求[5]，A4 圖形在使用推廣上受到極大限制，使得管道圖形數(shù)據(jù)管理水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)實(shí)際要求。

驅(qū)油方式對(duì)管道腐蝕也有影響，介質(zhì)對(duì)管道影響多為內(nèi)腐蝕，主要集中在聚驅(qū)。如108班組注入介質(zhì)為抗鹽聚合物，其中有36 口井72 條管線腐蝕嚴(yán)重，2021 年共穿孔237 井次，這72 條管線穿孔141井次。

社會(huì)環(huán)境因素影響管道安全。一區(qū)很多管線位于登峰家園小區(qū)、方曉小區(qū)及敏感路段，如108采油班，由于該采油班位于中三路北，橫跨西二路，敏感高后果區(qū)管線達(dá)113 條，周?chē)蟛糠质呛?，管線穿孔后極易污染擴(kuò)散，難以治理，環(huán)保壓力大。

運(yùn)行期管道陰極保護(hù)覆蓋率低，運(yùn)行效果差。第一作業(yè)區(qū)陰極保護(hù)系統(tǒng)11套，正常運(yùn)行7套，待維修4套，完好率63.6%。

管道完整性管理是較系統(tǒng)且更專(zhuān)業(yè)的領(lǐng)域，作業(yè)區(qū)技術(shù)管理人員在這方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)薄弱。

4.2 管理措施

2022 年，第一作業(yè)區(qū)全面開(kāi)展管道完整性管理專(zhuān)項(xiàng)工作，從源頭保障油田生產(chǎn)安全。第一作業(yè)區(qū)2022年管道失效394次，年管道失效率0.23 km-1，與2021年相比，管道腐蝕失效率下降36.1%。

自開(kāi)展管道完整性專(zhuān)項(xiàng)管理工作以來(lái)，第一作業(yè)區(qū)主要做了三件事：一是對(duì)于“隱蔽工程”的全過(guò)程管控；二是為每一條管道“登記戶口”；三是持續(xù)開(kāi)展管道各項(xiàng)檢測(cè)、修復(fù)、壓力試驗(yàn)等工作[6]。

（1）加強(qiáng)日常工作管理。針對(duì)管道數(shù)據(jù)資料不準(zhǔn)的情況，采取查圖紙以及現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖等措施，保證數(shù)據(jù)庫(kù)完整性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性[7]。特別是高后果區(qū)，穿跨越鐵路等管線逐一排查，做到給每一條管道“登記戶口”，建立準(zhǔn)確的管道完整性管理體系基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)管道數(shù)據(jù)的集中管理存儲(chǔ)和整合。為確保管道安全生產(chǎn)，做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，有新建管道現(xiàn)場(chǎng)檢查監(jiān)督記錄、標(biāo)志樁每月抽查、管道失效搶修現(xiàn)場(chǎng)檢查、管道檢測(cè)修復(fù)檢查以及管道周邊施工作業(yè)監(jiān)督檢查[8]。落實(shí)好各類(lèi)管道巡線檢查，對(duì)于接轉(zhuǎn)站到聯(lián)合站外輸管道巡線檢查，聯(lián)合站做好每周2次巡線登記，特別是雙高管道加強(qiáng)巡線頻次。加強(qiáng)日常檢查保養(yǎng)及時(shí)上報(bào)設(shè)備維保和故障情況，積極協(xié)調(diào)維修維護(hù)，確保陰極保護(hù)完好率90%以上。

（2）科學(xué)有序上報(bào)并排序更換腐蝕管線。建立管道失效搶修記錄臺(tái)賬，開(kāi)展失效情況分析，提出針對(duì)性治理措施。根據(jù)在運(yùn)生產(chǎn)管道的使用年限、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、穿孔次數(shù)、所處區(qū)域等，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際優(yōu)先開(kāi)展高后果區(qū)管道更新的原則，對(duì)腐蝕老化管道逐年進(jìn)行排序更換，有效降低失效率[9]。

（3）高質(zhì)量推進(jìn)管線更換。從源頭入手，對(duì)管道落地時(shí)進(jìn)行質(zhì)量抽檢，施工中實(shí)時(shí)跟進(jìn)施工過(guò)程，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督，埋地覆土后按照總圖管理要求錄取坐標(biāo)信息。2022 年高后果區(qū)腐蝕管線更換40 條，長(zhǎng)度21.938 km，涉及113 班20口，待2023 年施工。另外，在2022 年《中108 采油班腐蝕管線更換工程》中完成41 口井腐蝕管線的更換。

（4）加大檢測(cè)修復(fù)力度。全年完成管線檢測(cè)90 條，長(zhǎng)51 km；完成管線破損點(diǎn)修復(fù)93 處，共2.121 km。立足作業(yè)區(qū)自身，積極治理頻繁穿孔管線18條，長(zhǎng)15 km；自主防腐修復(fù)破損點(diǎn)649處。

（5）開(kāi)展壓力試驗(yàn)。提前摸索符合條件的管線，針對(duì)其開(kāi)展管道壓力試驗(yàn)，在管道腐蝕泄漏前，暴露管道缺陷，集中進(jìn)行堵漏處理，累計(jì)開(kāi)展管道壓力試驗(yàn)57 井次，提前暴露失效15 井次，減少全年管線失效次數(shù)。

（6）加強(qiáng)完整性專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。開(kāi)展管道完整性專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，加大管道完整性技術(shù)人員的培訓(xùn)力度，提高管線保護(hù)重視程度，提高防腐修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)[10]。

（7）加強(qiáng)管理考核力度。提高日常管理檢查的標(biāo)準(zhǔn)，促動(dòng)工作的推進(jìn)，檢查結(jié)果定期下發(fā)，對(duì)排名前后的單位根據(jù)管理辦法進(jìn)行考核。

5 結(jié)論

管道完整性管理的理念超前、方向正確，管道完整性管理系統(tǒng)性應(yīng)用有效地整合了各類(lèi)管道數(shù)據(jù)，通過(guò)信息化手段管理可以更好地延長(zhǎng)管道使用壽命，對(duì)管道的安全生產(chǎn)管理運(yùn)行和管理提升起到推動(dòng)作用。隨著技術(shù)手段的不斷進(jìn)步，管道完整性管理在企業(yè)降本增效和安全管理等方面的作用會(huì)更加突出。