摘要：集输管道输送介质成分复杂，流态变化大，加上长庆油田特殊的地理位置，使管道安全受到多重威胁，安全防护措施需要有针对性的层层设防，通过对集输管道的管材进行优化，增加内防腐涂层和简洁实用的水工防护措施，降低管道泄漏的风险，使数量众多的集输管道能像长输管道一样具有较高的安全系数。
关键词：集输管道、安全防护、水工防护、内防腐
引言
长庆油田2013年底油气当量突破了5000万吨，建成了中国的“西部大庆”，对我国的经济发展和石油安全做出了贡献。在发展经济的同时，需要对环境进行精心保护，不能以破坏环境为代价。在现代油田开采过程中，管道输送是最为安全环保的方式，不但节约能耗，而且减少石油产品中的烃类排放以及减少操作人员对有毒有害物质的接触。管道输送虽然有各种各样的好处，但受到输送介质、管道材料、地形地貌等多方面的因素的制约，使得管道在运行中存在泄漏的风险，一旦泄漏将造成经济和环保多方的损失，因此需要在管道设计阶段从长庆油田的实际情况出发，针对可能对管道安全产生影响的情况进行预防，从而提高管道的安全系数，降低管道发生事故的概率。
1长庆油田集输管道面临的问题
1.1管道建设时间长，数量多，建设时间较为集中，未来安全运行压力较大。
长庆油田自上世纪七十年代投入开发以来，不断滚动建产，伴随着原油产量不断增加，集输管道数量也在不断上涨，到目前为止每年新建设集输管道1000公里以上。早期的原油产量较少，集输规模也不大，管道数量也少。随着规模扩大，管输逐渐普及，目前油田95%以上的油井采出物通过管道进行集输，输送至各类型站场进行处理。长庆油田公司所属地面各类管道总长8.1万公里，其中油田管道总长5.5万公里，在油田管道中油气集输管道长约3.6万公里，供（注）水管道1.8万公里，集输管道占到长庆油田管道总长的45%左右。75%以上管道都在近十年内建设，服役年限10年以上管道占22.4%。
1.2管道敷设地范围广，自然条件先天较差，水土流失严重。
长庆油田范围包括陕甘宁蒙晋五省（区），所包含的22个油田分布在200km2的范围内，各地环境不一，对管道的影响也各不相同。油区内地形地貌多种多样，以黄土塬和黄土斜坡为主，是属典型的黄土高原梁状丘陵沟壑区，沟谷地貌占整个油区面积的90％以上；区内黄土在雨水及风沙的侵蚀下，黄土梁上呈球形带道道的水沟，高程降低较快，坡度都大于15°~35°左右，黄土梁下处的沟壑受雨水侵蚀，高程降低更快，大部分的黄土沟壑坡度都大于45°，人无法站立。对管道这样的线性工程来说，不连贯的地形使得管道得敷设困难重重。湿陷性黄土使得土地含水较低，大型植物成活率低，反过来又造成更多的水土流失，使得当地生态环境极为脆弱，沟埋敷的管沟，如果不有效处理，雨季过后管沟可能被掏空，造成管道刚性泄漏的风险高。
1.3输送介质多样，腐蚀性强，造成管道内腐蚀和堵塞。
长庆油田油区地域范围大，介质成分复杂多变， Cl-、HCO3-和SO42-含量高，采出水以CaCl2水型为主，采出水矿化度高，腐蚀性强，平均腐蚀速率≥0.125mm/a，最大腐蚀速率1.227mm/a。油田的开发层系多，各层系的采出水大部分不配伍，有的井场的油井层位较多，无法分层集输，使得管道内结构造成堵塞，增加运行压力，在腐蚀性介质的作用下，容易造成管道的内漏。加上油气水多相流、小管径管道泄漏检测技术不成熟，无法及时发现，使小问题变成大问题。
1.4管道材料缺陷。
长庆油田上产时期管道建设工程量大、市场化率高，为了降低工程成本，增加油田开发效益，大部分管道采用GB/T 8163《输送流体用无缝钢管》的无缝钢管，这种管道材料生产成本低，数量大质量控制难度大，在普遍性上具有优势。
GB/T 8163《输送流体用无缝钢管》对元素含量要求范围比较宽泛，产品中微量元素成分虽符合标准要求，但有利防腐元素（Cr、Ni、Cu）往往远低于上限。油气管道腐蚀有两个显著特点： 气、水、烃、固共存的多相流腐蚀介质及高温、高压环境。长庆油田油气管道中含有CO2、 H2S等酸性气体、高矿化度采出水及各种细菌，H2S、CO2、O2、Cl-和采出水是主要的腐蚀物质，其中CO2、H2S、O2是腐蚀剂，水是载体，Cl-是催化剂。在油田苛刻的输送介质和工作状况下，管道材料本身的细微缺陷被无限放大。在已经腐蚀的管道中，管道穿孔部位以内腐蚀穿孔为主，主要发生在管体中下部，部分管道发生在焊缝或焊缝附近，管道外腐蚀较轻。穿孔主要由于材料的问题引发，发生在管道的中下部是由于管道流速过缓，下部长期积液，导致腐蚀剂与铁不断反应，最后导致管道穿孔泄漏。由此有必要对管道材质进行重新考虑。
1.5其他方面的影响。
在上述的不利自然环境及复杂介质条件下，使管道安全运行困难重重，在运行时，由于客观条件的限制，常常无法按照设计的工况进行运行。例如单井出油管道，原本需要定期投球清蜡，但由于人力资源有限或影响油井生产等客观条件，清管变为不定期，导致管道的运行压力逐渐升高；管道的埋深不足，使得管内介质温度降低，粘度增加，从而使管道的运行压力逐渐升高，较高的运行压力加上腐蚀的影响，容易造成管道的泄露。施工过程中的焊口处理不当，在焊缝处易集中形成腐蚀原电池，出现“大阴极小阳极”结构，加速电化学腐蚀。再有就是随着中国经济建设规模不断扩大，油区内第三方施工对管道安全运行的影响日益增多。
2安全防护设计措施
随着《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国管道保护法》两部法律的实施，油区管道安全运行的关注度逐年增高，以前认为没有问题的做法现在都必须按照新法的要求重新审视，这并非是新法苛刻了，而是以前都环保投入的太少，做的不够。在新的情况和新的形势面前，要维护管道的安全运行，从设计到施工再到最后的运营，均需要做出调整，非一个环节能把安全的问题处理好。从整个环节上看，管道的安全防护设计是所有环节的基础，在设计阶段，将现在存在的问题和未来可能出现的进行全面的考虑，才能使管道将来安全运行有个良好的基础，因此需要对管道的选材、内防腐、水工防护等一系列方面进行针对性的改进，从而提高管道运行的安全系数。
2.1在管材选取方面。
在长庆油田大发展时期，需要大量制管工艺成熟的钢管支撑油田产建的规模，在经过数年的大规模应用后发现目前大量应用的管材在化学成分要求上过于宽松，加上复杂的介质，造成管道的内漏。目前情况下，随着世界经济发展速度的回落，中国的钢铁产量也逐渐过剩，过去价格较高的优良材质钢管如国内长输管道常使用的GB/T 9711《石油天然气工业管线输送系统用钢管》标准的L245材质的钢管与以前使用的普通材质的钢管价格相差不大，使得提高钢管的材质成为可能，《石油天然气工业管线输送系统用钢管》的管材是专用于石油天然气行业的，相比于《输送流体用无缝钢管》的管材更加专业，针对性更强，对C元素的要求更低，有利防腐元素（Cr、Ni、Cu）的要求更高，在处理工艺上更加严格，减少了材质中的缺陷，从而减少了介质对管道整体腐蚀机率。提高管道的材质水平是提高长庆油田管道安全的第一步，对后续开展其他方面的工作打下良好的基础。这正是所谓的“打铁还需自身硬”，如果不提高管道材质，其他方面的改进意义不大。
2.2管道的内防腐方面。
针对管道腐蚀主要是由内腐蚀引起的现实，考虑对新建管道进行内防腐，减少管道由内腐蚀引起的点蚀及泄露。管道内防腐的技术较多，如陶瓷内衬、高分子合金内衬、HCC纤维内衬等。通过2008年以来的不断试验及科技攻关，目前HCC纤维内涂技术不仅能对新管道进行内涂，而且能对服役多年的管道进行内涂，通过对已经内涂管道试验段的观察，2~3年内输送介质对管道的内防腐肉眼基本不可见，减少了维护次数、降低了维护成本，是目前较为合理的一种内防腐技术。同时该技术存在管道内内涂层厚度无法在线检测、内衬管补口等方面的缺点，需要在后续工作不断完善。
2.3水工防护方面。
水工防护是管道安全运行的一个重要方面，尤其在湿陷性黄土地区，以埋地敷设为主的集输管道面临和内腐蚀一样的安全隐患。常常在一场大雨之后，管道管沟内黄土被冲刷，使管道悬空或者裸露在外，形成安全隐患，严重的时候直接使管道发生刚性断裂。虽然都是泄露，但是这种突然大量的泄露对环境造成的影响更大，因此需要投入大量的人力物力进行水工防护，不能放过任何一处不安全地段的水工防护。在湿陷性黄土地区敷设管道应尽量遵从以下原则：
1）尽可能维护管道附近地貌原形。由于黄土地区的植被较少，原土开挖后土壤中的水分很快散失，再回填后无法与原土粘合在一起，在雨水的冲刷下迅速被水带走，造成管沟大面积掏空，因此埋地敷设管道时必须尽可能减少对周边土壤的扰动，使之保持原状，因施工不得不破坏的陡坎等必须回复原状，使附近的雨水不顺着新开挖的管沟来，已破坏的地表在无急暴雨冲刷的条件下需要1~2年的时间，黄土才能逐渐沉降回原有地貌，因此对因尽可能维护管道附近地貌原形。
2）管沟需回填夯实，将管道附近汇水引开，使其远离管道。黄土地区的管道在回填后，一般都有一定的沉降，如果没有回填夯实或者在管沟顶部预留有沉降层，一段时间后管沟回凹陷形成沟槽，使得附近的雨水汇集到管沟内，形成更大的破坏，因此有必要将附近有可能流进管沟的水引开。
3）为防止管沟回填后雨水的冲刷、侵蚀破坏，保证施工后边坡的稳定，不仅坡脚要留排水沟，而且排水沟还要采取严格的防渗措施。
4）为保证边坡开挖及管道安放中的施工安全、避免人员伤亡，边坡开挖在对边坡坡形、坡比设计的基础上，由坡顶至坡脚自上而下施工。
5）对于黄土斜坡，坡度小于15°需要对管沟的土回填夯实即可，对于15°~45°之间的斜坡，在管沟内每隔10m~15m设置1个截水墙并在管沟沟口采用草袋子装原土护面；对坡度在45°~60°之间的斜坡，采用开挖敷设管道后管沟回填时使用素土草袋层层堆砌，并在坡上做排水沟。60°以上斜坡一般情况下较短，需在斜坡下部设挡土墙护坡，上部设浆砌石堡坎，必要时要分级设挡土墙护坡及浆砌石堡坎。
2.4监控措施方面。
从理论上说，监控措施无法直接保障管道运行的安全，并且也无法对全部管道进行监控，这样既不现实也不科学。但作为辅助手段，在一些重要管道和要害敏感地区使用泄露监测系统和视频监控系统无疑具有极大的防御能力，能及早发现险情，及早行动，减少损失。对一些平常人员巡护不便的地区，也可使用，既可降低员工劳动强度，也能降低运行成本。
3结论
总体来说，管道的安全运行从来都不是单方面的措施可以控制的住的问题，需要设计、建设、运行方共同努力。管道安全防护措施要从源头开始，渐进式发展，不断改进，从目前存在的问题出发，寻找解决原有问题的办法，并且将科技发展和社会进步的有利因素迅速有效的融入管道的建设中去，推动集输管道的建设水平进一步提高。集输管道管径小，但根根都很重要，正是这些形成了长庆油田年产千万吨的原油洪流，对每条管道的要求应该一致，不能因小而不为。集输管道的种类多、数量多，但绝非杂乱无章，只要抓住其中的要害，如管材选取、管道防腐、水工防护等关键的措施上跟得上，集输管道的安全运行就像大型管道一样有安全保障。
参考文献
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作者简介
文红星，男，出生于1978年10月，2001年毕业于石油大学（华东）热能工程专业，毕业后进入西安长庆科技工程公司工作，2006年被聘为地面建设和油气储运工程师，主要从事油田地面建设及输油管道设计和规划方面工作与研究。
论文作者:文红星,张平,潘峰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/13
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