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        埋地金屬管道高壓連續(xù)復合軟管內(nèi)襯修復技術(shù)研究與現(xiàn)場應用

        2020-03-31 01:28:26
        油氣田地面工程 2020年2期
        關(guān)鍵詞:內(nèi)襯軟管管材

        1中國石油化工股份有限公司西北油田分公司

        2中國石油集團渤海鉆探工程有限公司定向井技術(shù)服務分公司

        3五行科技股份有限公司

        4新疆柯林瑞爾科技有限責任公司

        5大慶油田質(zhì)量安全環(huán)保監(jiān)督評價中心

        塔河油田腐蝕環(huán)境復雜,導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,在復雜腐蝕環(huán)境下開展油氣集輸管道防腐修復工作尤為重要。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)襯修復技術(shù)可一次修復管道0.5~1.0 km[4-5],原位固化修復技術(shù)可一次修復管道0.1~0.3 km[6],水泥砂漿襯里修復技術(shù)可一次修復管道1.2~1.5 km[7]。上述修復技術(shù)單次修復距離短、管道修復后承壓能力低,并且不能解決長距離涉水管道修復問題。鑒于高壓連續(xù)復合軟管(HPCH)單根長(單根≤5.0 km)、承壓能力高(承壓≤6.0 MPa)、防腐性能好等一系列優(yōu)點,開展了高壓連續(xù)復合軟管內(nèi)襯修復配套技術(shù)研究,以期探索內(nèi)腐蝕嚴重、長距離涉水管道的修復方法。

        1 修復工藝

        1.1 工藝原理

        高壓連續(xù)復合軟管內(nèi)襯修復技術(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”復合結(jié)構(gòu)。高壓連續(xù)復合軟管內(nèi)襯修復技術(shù)原理見圖1。

        圖1 高壓連續(xù)軟管內(nèi)襯修復技術(shù)原理Fig.1 Technical principle of HPCH lining repair technology

        1.2 工藝計算

        摩擦力(f)和高壓連續(xù)復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

        其中L即高壓連續(xù)復合軟管一次最大施工長度,也為設計管道修復的分段點,以及開挖操作坑、對舊管道分段清洗位點。由式(1)可得

        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)復合軟管對鋼管產(chǎn)生的壓力,N/m,DN100/PN6.0高壓連續(xù)復合軟管取20。

        設備拉力應小于高壓連續(xù)復合軟管最大拉伸載荷。

        工藝計算結(jié)果:設備提供192 kN拉力時,計算最大直線施工長度為6.0 km,理論最大施工長度應為高壓連續(xù)復合軟管最大單根長度5.0 km。

        1.3 管材結(jié)構(gòu)設計與檢驗

        高壓連續(xù)復合軟管由內(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)整設計壓力和設計溫度。管材結(jié)構(gòu)見圖2,基本性能指標見表1。

        圖2 高壓連續(xù)復合軟管管材結(jié)構(gòu)Fig.2 Pipe structure of HPCH

        表1 高壓連續(xù)復合軟管性能參數(shù)Tab.1 Performance parameter of HPCH

        對送檢的DN100/PN6.0高壓連續(xù)復合軟管核心指標進行檢測,結(jié)果如表2所示。

        表2 高壓連續(xù)復合軟管核心性能參數(shù)檢測Tab.2 Core performance parameter detection of HPCH

        1.4 連接方式

        1.4.1 中間斷管處連接

        中間斷管處連接方式如圖3所示。高壓連續(xù)復合軟管內(nèi)襯修復舊管道時,斷管處通過雙公內(nèi)芯和軟管抱箍連接后,在舊管道接頭處設置包裹結(jié)構(gòu),將高壓連續(xù)復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。

        圖3 管道中間碰頭連接方式Fig.3 Connection mode at pipeline middle position

        1.4.2 接頭碰頭連接

        端點接頭處法蘭碰頭連接方式如圖4所示。接頭外套和接頭內(nèi)芯通過牙紋咬合高壓連續(xù)復合軟管,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450 μm。

        圖4 管道端部碰頭連接方式Fig.3 Connection mode at pipeline end position

        2 工藝流程

        高壓連續(xù)復合軟管內(nèi)襯修復技術(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)復合軟管與鋼絲繩連頭處安裝扭矩釋放裝置(圖5),避免高壓連續(xù)復合軟管內(nèi)襯施工過程扭矩傳遞集中發(fā)生扭轉(zhuǎn),無法打壓復原。

        圖5 扭矩釋放裝置Fig.5 Torque release equipment

        3 現(xiàn)場應用分析

        2017年至今塔河油田先后完成了TK7222CH井等25 km高壓連續(xù)復合軟管內(nèi)襯修復現(xiàn)場應用試驗,一次最大施工長度1.9 km。以TK7222CH井單井管道為例,該管道2013年建成投運,材質(zhì)為20#鋼,管道設計規(guī)格DN80 mm,設計壓力PN4.0 MPa,長度3.0 km,管道起點、終點壓力分別為1.9 MPa和0.6 MPa、運行溫度分別為60 ℃和35 ℃,輸送液量27.3 t/d。該管道采用高壓連續(xù)復合軟管4天完成內(nèi)襯修復施工,一次穿越水域1.1 km,在相同輸送量下,管線運行起點、終點壓力分別為1.1 MPa和0.5 MPa,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)復合軟管內(nèi)襯修復后雖然管徑降低,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)復合軟管內(nèi)襯修復技術(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,管道修復后設計承壓4.0 MPa,與傳統(tǒng)管道修復技術(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)復合軟管內(nèi)襯修復技術(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難題,消除了管道安全隱患。

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

        (3)建議開展高壓連續(xù)復合軟管結(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)與修復后管道承壓邊界之間的關(guān)系。

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