摘要：西北油田金属管线频繁腐蚀穿孔，严重制约了油气田安全生产。为解决集输管道在高含硫化氢、一氧化碳环境下产生腐蚀穿孔的问题，采用聚乙烯（HTPO）管对现役管道实施内衬穿插修复。该技术可以应用于因建筑物或水域等敷设受限条件下的管道修复，避免全线开挖更换，不但修复成本低，施工周期短，而且修复后的管道在复杂腐蚀环境下的适用性更强，可为类似油田集输管道防腐修复提供参，有效提高了管线的防腐蚀性能。
关键词：HTPO；内穿插；腐蚀治理；西北油田
一、西北油田腐蚀环境概况
西北油田的腐蚀环境复杂，表现为“ 三高一低”，即高含 H2S（0.0137%～7.8%）、C02（3%～6%）、Cl-（12×10～17 ×1 0 mg/L）和低PH值（5.2～6.0），导致油气集输管道在较短服役年限内便产生腐蚀穿孔问题，造成巨大的经济损失。此外，部分集输管道穿越水域，安全生产和环境保护压力很大。为此，在复杂腐蚀环境下开展油气集输管道防腐修复工作尤为重要。对腐蚀严重管段全面开挖更换不仅成本高、耗时长，而且受建筑物或水域等管道敷设限制因素的制约，不能全面推广。不完全开挖的高密度聚乙烯（HDPE）管内衬修复工艺和风送挤涂修复工艺受使用温度或压力的限制，如HDPE管最高使用温度为60℃，风送挤涂修复工艺修复后管道最大承压为1.6MPa，而不能满足稠油区块原油集输的要求。耐热聚乙烯（HTPO）管不但具有耐高温、高压的性能（最高使用温度 9 0℃，最大承压4.0MP a），而且对高含H2S、C O 2原油和高矿化度水具有很好的耐腐蚀性。采用管道不完全开挖的HTPO管内衬修复技术，在塔河油田复杂腐蚀环境和特殊的工况要求下具有明显的适用性。塔河油田于2012年底开始，采用 HTPO内衬修复技术，对复杂腐蚀环境下穿湖泊高风险油气集输管道进行防腐治理工作，取得了显著的经济效益。
二、内穿插施工工艺
1、施工准备
采用PCM管道测绘仪对管道进行定位检测，对管道腐蚀情况进行系统排查，确知管道走向和埋深，明确设计穿插长度位置的分段点以及三通、弯头等改造点。采用测厚仪检测管道壁厚，对管道剩余强度进行评估，试压后对穿孔点进行修补。分段点确定原理：内衬管拉伸屈服强度极限值和内衬穿插管管壁与钢管壁之间的摩擦力相等时的管段长度。内衬管拉伸屈服强度极限值按下式计算：
Fmx=σA/2
式中：Fmx为拉伸屈服力极限值，KN：σ为拉伸屈服力，Pa；A为内衬管截面面积，m。
内衬管内壁与钢管壁之间的摩擦力按下式计算：
W=[2p（1+k）+p0]fl
式中：w为内穿插管管壁与钢管壁之间的摩擦力，KN；k为管道压力因数，一般取0.3；p为每米钢管对内穿插管产生的压力，一般取0.02kN/m；p0为每米内穿插管对钢管产生的压力，kN/m；为内穿插管管壁与钢管壁之间的摩擦因数，一般取0.2～0.8，管内流通介质为重质稠油时取0.6；L为内衬管长度，m。
当Fmx =W 时，管道长度即内衬管最大长度，亦即设计穿插长度位置的分段点，以及开挖操作坑、对旧管道分段清洗位点，由下式计算：
L=σA/2f[2p（1+k）+p0]
2、扫线
从起站至终站用热油车污水扫线，扫线温度不低于60℃、压力不高于1.5MPa，当出口温度达到50℃时，停止扫线。
3、断管和管道清洗
在分段点、三通和小于130。头处进行断管处理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆管道清洗首先采用 P I G物理洗技术，清除油污和较疏松的结垢；再用刚性清管器清洗，清除无机结垢；最后用管道CCTV成像系统检，清洗后管道内壁尽可能达到无锈层、铸瘤、毛刺和垢，在不影响管径的情况下，允许管道内壁有少量结垢或2mm以下牢固平滑附着物。
4、管段试穿插
为了确定待修复管道的摩擦阻，了解管道内部状况，先用一段 HTPO管进行试穿，如果穿插过程遇阻或表面严重损伤，需要对待修复道进行处理，直至试穿HTPO管满足管段穿插要求。
5、穿插修复
根据穿插最大设计长度，利用热熔机将HTPO管逐根焊接，由绞车、导向滑轮、钢丝和牵引头组成的牵引装置，依靠缩径机中液压驱动多级滚压轮将HTPO管滚压缩径约10%，按照预定的牵引速度进入待修复管道的一端，在另一端拉出
预定长度。在穿插过程中，需要对应力进行严格监控，防止其超过拉伸屈服强度极限值。
6、试压、连头
管道穿插及端口连接完毕后，进行吹扫，随后采用40-45℃地层水以1.2倍原管道设计压力分段试压，稳压1-2h，压降小于0.02MPa为合格。分段试压合格后全线连头，整体试压，合格后投产运行。
7、收尾
回填开挖的操作坑，在有闸阀和法兰连处修建阀井，最后竣工验收。
三、修复技术应用效果
西北油田11-1计转站原油外输管线于2006年投用，管道规格DN200mm，设计温度60℃，设计压力2.5Mpa，全长18.11km。该管线由于大管径、小流量、低流速、长距离、油水重力沉降分离作用明显，在管道低洼及爬坡处积水，长期处于高矿化度、高氯离子的腐蚀环境中，酸性介质对管线腐蚀严重，管道投运仅2年就开始腐蚀穿孔，累计穿孔超过30次，由于部分管段穿越胡杨林与棉花地等环境敏感地带，腐蚀造成原油泄漏会导致严重的环境污染，急需进行腐蚀控制，若采用更换管线治理需全线开挖管沟，大面积征地，难度较大，因此通过技术论证，选用征地面积小，费用相对较低的内穿插工艺进行治理，可节省费用30%-40%。2010年9月西北油田首次应用内穿插修复技术对该线腐蚀穿孔严重的5km集输管线进行修复。2010年10月完成修复后，内穿插修复的5km管线运行良好，至今未发生腐蚀穿孔。2012年12月对运行超过两年的修复管段进行断管取样与检测，内衬管与金属管体结合紧密，未发生溶涨、变形等失效现象，在室内进行维卡软化温度检测为124.3℃，与新HTPO内衬管的维卡软化温度126.8℃相比，没有明显下降，整体运行效果良好。
四、结论
HTPO管材化学性质稳定，耐高温，设计温度110℃、工作温度9 0℃；耐高含 H2 S、CO2原油、天然气和高矿化度水腐蚀，对旧管道修复后无需采取内防措施，管道不会滋生微生物或结垢生锈；非开挖原位修复，不受建筑物或水域等管道敷设条件限制，大幅降低管道修复成本；旧管道经HTPO管内衬穿插修复后，形成内衬穿插管防腐性能和金属管机械性能合二为一的复合结构，使修复管道的抗压、抗冲击和防腐性能均大大提高，从而延长管道的使用年限。
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论文作者:张永成
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第35期
论文发表时间:2019/12/18
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