非開挖高密度聚乙烯內(nèi)襯管破損修復(fù)技術(shù)研究

＊姜濤 彭方輝 秦勇 馬彬翔 李生楠

（長慶油田第二采油廠 甘肅 745000）

油田腐蝕環(huán)境復(fù)雜，油氣管道在較短服役年限內(nèi)便產(chǎn)生腐蝕穿孔問題，往往造成嚴(yán)重的安全隱患和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。然而，常規(guī)的技術(shù)手段已不能滿足隱患管道全面維護(hù)、失效風(fēng)險快速削減的迫切需求[1]。對腐蝕嚴(yán)重管段全面開挖更換不僅成本高、耗時長，而且受建筑物或水域等管道敷設(shè)限制因素的制約，難以實(shí)施[2-3]。因此，在復(fù)雜腐蝕環(huán)境下開展油氣管道非開挖防腐修復(fù)工作尤為重要。目前常見的HTPO管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)可一次修復(fù)管道0.5～1.0km[4-6]，原位固化修復(fù)技術(shù)可一次修復(fù)管道0.1～0.3km[7]，水泥砂漿襯里修復(fù)技術(shù)可一次修復(fù)管道1.2～1.5km[8]，對于油田內(nèi)部連接油井與計量站、聯(lián)合站的集輸管道，煉油廠及油庫內(nèi)部的管道等等中短距離管線修復(fù)意義重大[9-10]。高密度聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)是按照待修復(fù)管道的內(nèi)徑，選擇符合修復(fù)管道工況要求的相應(yīng)規(guī)格的高密度聚乙烯管，通過等徑壓縮的工藝將其穿插至待修復(fù)管道中，然后通過自然釋放恢復(fù)的方式，使內(nèi)襯管與金屬管道內(nèi)壁緊密的貼合，形成合二為一的“管中管”復(fù)合結(jié)構(gòu)，輸送介質(zhì)與金屬管道不發(fā)生直接接觸，從而達(dá)到解決管道腐蝕、延長使用壽命的目的。

然而，經(jīng)過高密度聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)修復(fù)后的管道若因被盜油開孔、挖掘破壞或自然災(zāi)害等外力原因破壞造成管道破漏后，往往造成高密度聚乙烯內(nèi)襯與金屬管道同時破損。其破漏處內(nèi)外管線的修復(fù)，是目前工程施工中亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。為此，本文提出一種高密度聚乙烯（HTPO）內(nèi)襯管破損修復(fù)技術(shù)方案，可以盡快修復(fù)破漏處，恢復(fù)管道輸油能力。

1.修復(fù)技術(shù)簡介

(1)內(nèi)襯管的壁厚及材料物理性能要求

高密度聚乙烯HTPO克服了進(jìn)口硅橡膠強(qiáng)度低、TPU耐熱差的缺陷，在油田的輸油、輸氣、油氣混輸、污水管道應(yīng)用前景廣闊。

對于內(nèi)襯管的壁厚及需求的材料物理性能，需要考慮修復(fù)后管道的運(yùn)行壓力、使用壽命、舊管道能提供的支撐力等條件來確定，同時還要依據(jù)舊管道管體的損壞程度來選擇，通常選擇HTPO內(nèi)襯管的壁厚為6～12mm之間，對其參數(shù)的要求見表1和表2。

表1 內(nèi)穿插技術(shù)需求HTPO管道的材料物理性能（單位：mm）

表2 內(nèi)穿插技術(shù)需求HTPO管道的材料物理性能

HTPO管道執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：Q/JTBS 001—2011《內(nèi)襯修復(fù)用耐高溫聚烯烴合金(HTPO)管道》。

(2)管道內(nèi)穿插修復(fù)

管道內(nèi)穿插修復(fù)技術(shù)是利用外徑比舊管道內(nèi)徑略小的HTPO管，通過變形或縮徑設(shè)備使其直徑減小，通過牽引機(jī)將其穿入舊管道，有外力或內(nèi)襯管自身特性恢復(fù)到原來的直徑，使其漲貼到舊管道的內(nèi)壁上，與舊管道緊密貼合，形成“管中管”復(fù)合結(jié)構(gòu)。

①管道清管、除銹

清管作業(yè)主要是通過高壓清管器，清除管段內(nèi)的泥垢、油、水等雜物。管道替油掃線后使用清垢、除瘤設(shè)備反復(fù)清管，并用內(nèi)窺裝置檢查，垢渣、焊瘤清除十分徹底，清管過程簡單，管內(nèi)處理相較內(nèi)翻襯工藝要求較低。

②管道內(nèi)穿插

首先將選用的外徑略大于鋼管內(nèi)徑的耐高溫高密度聚乙烯（HTPO）通過專用滾輪縮徑機(jī)進(jìn)行縮徑，使其直徑縮小10%左右。然后通過牽引機(jī)的牽引，將縮徑后的HTPO按照一定的速度拉入主管道。拉力撤消以后，HTPO能夠慢慢恢復(fù)到原來的直徑，一般24h后可以觀察到HTPO完全恢復(fù)形變，緊密貼合至舊管道內(nèi)壁，后期運(yùn)行也不易凹陷、變癟。

圖1 內(nèi)穿插示意圖

圖2 穿插工藝流程圖

③施工工序

內(nèi)襯修復(fù)受地表環(huán)境、地形影響，單次修復(fù)管段一般在0.5～2km之間。其施工工序為：

探管尋線—選取施工段—開挖施工操作坑—內(nèi)壁清洗除銹—清污除垢、拖鎦去刺及污垢外運(yùn)—HTPO管熱熔對接—HTPO管線試壓檢查—HTPO管8～12m/min速度穿插—切割多余材料—置試壓接頭—HTPO管直徑恢復(fù)—塑料法蘭成型—管件內(nèi)襯預(yù)制—全線法蘭連接、擠塑密封（或內(nèi)聯(lián)外焊）—試壓投產(chǎn)—施工坑填土—現(xiàn)場清理。

2.高密度聚乙烯內(nèi)襯管破損修復(fù)技術(shù)及施工工藝

高密度聚乙烯內(nèi)襯管破損修復(fù)技術(shù)采用“內(nèi)連外焊”工藝。針對原管道破損長度小于2m的，把破損處割除后在斷口焊接鋼制法蘭，使用內(nèi)襯預(yù)制好帶法蘭的鋼管短截與原管道法蘭連接，恢復(fù)生產(chǎn)；原管道破損長度大于2m的，首先把破損處割除后在斷口焊接鋼制變徑大小頭，取一根比割除部分長度短1.6m的新鋼制管道，在其兩端焊接變徑并進(jìn)行高密度聚乙烯管內(nèi)襯，然后采用內(nèi)連外焊鋼包裹的工藝與原管道連接。

(1)連接方式

HTPO管：采用熱熔套焊接，加持電流后電熱絲加溫至210℃，實(shí)現(xiàn)內(nèi)襯管與電熔套筒熔接，焊接工藝簡單、可靠。電加熱熱熔套筒如圖3所示。

圖3 電加熱熱熔套筒

鋼管段：采用整鋼管對焊連接形成鋼包裹，鋼包裹與內(nèi)襯管中間環(huán)空部分填充水泥沙漿后，對天窗補(bǔ)焊，確保了密封性。

彎頭連接：＞135°的彎頭可直接穿插內(nèi)襯，＜135°的彎頭需更換6D彎頭后實(shí)施穿插內(nèi)襯，作業(yè)步驟簡單。

管端連接：通過兩個鋼法蘭之間加HTPO法蘭實(shí)現(xiàn)內(nèi)襯管在管端的固定，并可與站內(nèi)流程實(shí)施法蘭連接，連頭投運(yùn)方便。

連接示意圖如圖4所示。

圖4 連接方式示意圖

(2)施工示意圖及實(shí)例

“內(nèi)連外焊”的具體工藝為：鋼管段的連接采用鋼包裹連接，內(nèi)襯管的連接采用電熔套筒連接，中間環(huán)空部分采用水泥沙漿填充，外套鋼管段為整鋼管套接對焊工藝方式，施工示意圖和施工現(xiàn)場實(shí)例分別如圖5和圖6所示。

圖5 鋼包裹連接示意圖

圖6 鋼包裹連接實(shí)例圖

3.應(yīng)用效果評價

2016年至今由河南特防建設(shè)集團(tuán)有限公司在西峰油田、城壕油田先后完成了6條21.6km高密度聚乙烯內(nèi)穿插修復(fù)技術(shù)施工應(yīng)用實(shí)驗，總施工里程達(dá)20余公里。以董2轉(zhuǎn)集油管道為例，該管道2003年建成投運(yùn)，材質(zhì)為20#鋼，管道設(shè)計規(guī)格Φ114mm×4.5mm，設(shè)計壓力4.0MPa，長度6.8km，管道輸油壓力1.2MPa，運(yùn)行溫度為39℃。2022年8月該管道采用高密度聚乙烯內(nèi)襯完成內(nèi)襯修復(fù)施工，內(nèi)襯前后輸油壓力略微下降≤0.1MPa，末端進(jìn)站溫度上升1.8℃，運(yùn)行參數(shù)正常；且至今未發(fā)生泄漏、內(nèi)襯管脫落變形等失效事故，防腐蝕性能良好。修復(fù)后的測試數(shù)據(jù)見表3和表4。

表3 管道材料力學(xué)性能測試結(jié)果

表4 管道耐高溫性能實(shí)驗結(jié)果

從運(yùn)行結(jié)果看，高密度聚乙烯內(nèi)襯修復(fù)后雖然管徑降低，輸油壓力略微下降，但滿足生產(chǎn)要求。經(jīng)實(shí)驗驗證管道修復(fù)后設(shè)計承壓可以達(dá)到4.0MPa。建設(shè)周期比新建管道大約縮短70%，管道平均服役年限可延長50%以上，工程費(fèi)用可以節(jié)省20%～30%，具有良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

4.結(jié)論與建議

（1）高密度聚乙烯內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)可以有效地解決服役時間長、穿孔嚴(yán)重且穿越環(huán)境敏感區(qū)管道破損修復(fù)難題，適用于里程短（＜6km）、日輸量?。ǎ?20m3/d）且管徑≥Φ76mm的集輸管道。對外協(xié)難度大、管道新建、無路由管道實(shí)施修復(fù)有工期短的天然優(yōu)勢。

（2）高密度聚乙烯內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)非開挖修復(fù)，環(huán)境天氣影響小，修復(fù)速度快，目前一次最大施工長度2km，管道修復(fù)后至今運(yùn)行良好。

（3）高密度聚乙烯管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)還可用于高含硫區(qū)塊管道、穿河管段修復(fù)。舊管道輸送介質(zhì)含H2S時，管道服役年限大幅縮短，內(nèi)襯修復(fù)優(yōu)勢突顯，管道平均服役年限（15年）內(nèi)，可節(jié)約費(fèi)用50%以上，并可大幅降低高含硫區(qū)塊管道失效的安全環(huán)保風(fēng)險。