埋地金屬管道高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)研究與現(xiàn)場應(yīng)用

　　摘要：針對服役時間長、長距離穿越季節(jié)性水域的埋地金屬管道修復(fù)施工難題，開展了高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)研究與試驗應(yīng)用。高壓連續(xù)復(fù)合軟管由內(nèi)襯層、增強層、保護層三部分組成，管道中間斷管處接頭連接方式為包裹連接，端部的連接方式為法蘭碰頭連接。結(jié)果表明：DN100/PN6.0管材平均爆破強度11.8MPa，軸向拉伸強度192kN，維卡軟化溫度77.3℃;建立的工藝計算方法可用于配套設(shè)備選型和施工長度設(shè)計，理論計算軸向拉伸強度192kN，理論最大直線施工長度5.0km，現(xiàn)場應(yīng)用最大施工長度1.9km;施工流程中管道清洗、焊瘤檢測、扭矩釋放是施工作業(yè)流程的關(guān)鍵控制點。該技術(shù)可提高施工時效50%，節(jié)省工程費用20%~30%。

　　關(guān)鍵詞：埋地金屬管道;高壓連續(xù)復(fù)合軟管;內(nèi)襯修復(fù);工藝計算;接頭連接;施工工藝

　　塔河油田腐蝕環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致油氣集輸管道在較短服役年限內(nèi)便產(chǎn)生腐蝕穿孔問題，造成巨大的經(jīng)濟損失。此外，部分集輸管道穿越水域，安全生產(chǎn)和環(huán)境保護壓力很大。為此，在復(fù)雜腐蝕環(huán)境下開展油氣集輸管道防腐修復(fù)工作尤為重要。對腐蝕嚴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，不能全面推廣[1-3]。

　　目前常見的PE管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)可一次修復(fù)管道0.5~1.0km[4-5]，原位固化修復(fù)技術(shù)可一次修復(fù)管道0.1~0.3km[6]，水泥砂漿襯里修復(fù)技術(shù)可一次修復(fù)管道1.2~1.5km[7]。上述修復(fù)技術(shù)單次修復(fù)距離短、管道修復(fù)后承壓能力低，并且不能解決長距離涉水管道修復(fù)問題。鑒于高壓連續(xù)復(fù)合軟管(HPCH)單根長(單根≤5.0km)、承壓能力高(承壓≤6.0MPa)、防腐性能好等一系列優(yōu)點，開展了高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)配套技術(shù)研究，以期探索內(nèi)腐蝕嚴重、長距離涉水管道的修復(fù)方法。

　　1修復(fù)工藝

　　1.1工藝原理

　　高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)是將高壓連續(xù)軟管“U”型折疊壓縮后襯入原金屬管道內(nèi)，形成內(nèi)襯非金屬管防腐性能與原金屬管道機械性能合二為一的“管中管”復(fù)合結(jié)構(gòu)。

　　1.2工藝計算

　　摩擦力(f)和高壓連續(xù)復(fù)合軟管軸向拉伸強度(F)相等時，即可計算施工長度邊界上限，即Fα=f=μpL(1)其中L即高壓連續(xù)復(fù)合軟管一次最大施工長度，也為設(shè)計管道修復(fù)的分段點，以及開挖操作坑、對舊管道分段清洗位點。由式(1)可得L=Fαμp(2)式中：L為一次施工長度，m;α為安全系數(shù)，取0.5;μ為摩擦系數(shù)，取0.8;p為高壓連續(xù)復(fù)合軟管對鋼管產(chǎn)生的壓力，N/m，DN100/PN6.0高壓連續(xù)復(fù)合軟管取20。設(shè)備拉力應(yīng)小于高壓連續(xù)復(fù)合軟管最大拉伸載荷。工藝計算結(jié)果：設(shè)備提供192kN拉力時，計算最大直線施工長度為6.0km，理論最大施工長度應(yīng)為高壓連續(xù)復(fù)合軟管最大單根長度5.0km。

　　1.3管材結(jié)構(gòu)設(shè)計與檢驗

　　高壓連續(xù)復(fù)合軟管由內(nèi)襯層、增強層、外保護層3層結(jié)構(gòu)組成。內(nèi)襯層和外保護層材質(zhì)通常為聚氨酯，增強層為滌綸長絲、芳綸長絲等。根據(jù)服役工況，可通過管材結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整設(shè)計壓力和設(shè)計溫度。對送檢的DN100/PN6.0高壓連續(xù)復(fù)合軟管核心指標進行檢測。

　　1.4連接方式

　　1.4.1中間斷管處連接

　　高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)舊管道時，斷管處通過雙公內(nèi)芯和軟管抱箍連接后，在舊管道接頭處設(shè)置包裹結(jié)構(gòu)，將高壓連續(xù)復(fù)合軟管接頭置于包裹套筒中，通過注脂孔向環(huán)形空間內(nèi)填充環(huán)氧樹脂與短纖維的混合物，混合物固化后即可實現(xiàn)斷管處緊密連接。

　　1.4.2接頭碰頭連接

　　接頭外套和接頭內(nèi)芯通過牙紋咬合高壓連續(xù)復(fù)合軟管，并通過注脂孔注入密封樹脂，對內(nèi)襯管壓實鎖緊。其中，接頭內(nèi)芯采用涂層防護，涂層厚度為450μm。

　　2工藝流程

　　高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)施工工藝流程為：管線評估、施工準備→清管掃線→操作坑開挖、斷管→焊瘤檢測→牽引穿插→打壓復(fù)原、接頭處理→試壓驗收投運。管道清洗、焊瘤檢測、扭矩釋放是施工作業(yè)流程關(guān)鍵控制點。(1)管道清洗。鋼材表面應(yīng)無可見的油脂和污垢、附著不牢的氧化皮、鐵銹，并且沒有焊瘤焊渣，避免高壓連續(xù)復(fù)合軟管穿插施工過程被焊瘤焊渣劃傷。(2)焊瘤檢測。檢測管道清洗光潔度，確定管道內(nèi)無焊瘤焊渣，避免高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)襯施工過程被焊瘤焊渣劃傷。(3)扭矩釋放。高壓連續(xù)復(fù)合軟管與鋼絲繩連頭處安裝扭矩釋放裝置，避免高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)襯施工過程扭矩傳遞集中發(fā)生扭轉(zhuǎn)，無法打壓復(fù)原。

　　3現(xiàn)場應(yīng)用分析

　　2017年至今塔河油田先后完成了TK7222CH井等25km高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)現(xiàn)場應(yīng)用試驗，一次最大施工長度1.9km。以TK7222CH井單井管道為例，該管道2013年建成投運，材質(zhì)為20#鋼，管道設(shè)計規(guī)格DN80mm，設(shè)計壓力PN4.0MPa，長度3.0km，管道起點、終點壓力分別為1.9MPa和0.6MPa、運行溫度分別為60℃和35℃，輸送液量27.3t/d。

　　該管道采用高壓連續(xù)復(fù)合軟管4天完成內(nèi)襯修復(fù)施工，一次穿越水域1.1km，在相同輸送量下，管線運行起點、終點壓力分別為1.1MPa和0.5MPa，運行溫度分別為60℃和38℃。從運行結(jié)果看，在輸送量相同的條件下，高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)后雖然管徑降低，但回壓和溫度大大降低(管道前期結(jié)垢堵塞)，水力熱力條件滿足生產(chǎn)要求。高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)有效地解決了環(huán)境敏感區(qū)長距離涉水管線治理難題，管道修復(fù)后設(shè)計承壓4.0MPa，與傳統(tǒng)管道修復(fù)技術(shù)相比，施工時效提高了50%，節(jié)省工程費用20%~30%，具有較好的經(jīng)濟效益與社會效益。

　　4結(jié)論與建議

　　(1)采用高壓連續(xù)復(fù)合軟管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)有效地解決了服役時間長、穿孔嚴重且穿越環(huán)境敏感區(qū)長距離涉水管道修復(fù)難題，消除了管道安全隱患。

　　(2)高壓連續(xù)軟管內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢在于地下穿越，征地面積小;施工不受環(huán)境天氣限制;修復(fù)速度快，目前一次最大施工長度1.9km，施工速度400m/h;管道修復(fù)后延長使用壽命15年。

　　(3)建議開展高壓連續(xù)復(fù)合軟管結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，進一步優(yōu)化管材結(jié)構(gòu)，降低管材成本;明確管材結(jié)構(gòu)與修復(fù)后管道承壓邊界之間的關(guān)系。

　　參考文獻

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　　作者：朱原原1宋琦2羊東明1沙月華3胡盾海4丁龍5

　　油氣論文投稿刊物：《中國海上油氣》是由中國海洋石油總公司主管、中海石油研究中心主辦的石油及天然氣科學(xué)綜合性技術(shù)期刊(國內(nèi)外公開發(fā)行，刊號：CN11-5339/TE)，重點報道我國海洋石油和天然氣科學(xué)的重大研究成果。

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