羊東明  朱原原  葛鵬莉 高秋英 韓陽  肖雯雯

中國石化西北油田分公司石油工程技術研究院

塔河油田共有11條油氣外輸管線穿越塔里木河，總長度32.56 km。其中：原油管線4條，預留2條；伴生氣管線3條，預留1條；凝析氣管線1條。油田腐蝕介質具有高礦化度（23×104 mg/L）、高Cl含量（13×104 mg/L）、高H2S含量（5 027 mg/m3）、高CO2含量（2.92%）、低pH值(5.5)特點，隨著油田開發不斷深入，綜合含水量不斷增加，加之管線服役時間延長，穿河管線腐蝕穿孔風險日益增大，安全生產和環保隱患日益突顯。要消除腐蝕穿孔導致油氣泄漏帶來的環境污染風險，需對穿河管線進行防護改造。鑒于對穿河管線采用大開挖更換，不僅成本高、耗時長，施工受季節因素制約，而且無法從根本上解決管線內腐蝕問題，塔河油田決定采用內穿插技術，對穿越塔里木河的高風險管段逐步進行防護改造。其中，2014年完成了塔河油田KZ1站原油外輸穿河管線防護改造，投用后運行正常，消除了腐蝕穿孔帶來的環保隱患。

1 塔河穿越管線腐蝕穿孔風險

1.1 塔河油田金屬管線腐蝕特征

在苛刻腐蝕環境下，塔河油田金屬管線通常表現出“點腐蝕為主，均勻腐蝕為次”的內腐蝕特征，以孤立的蝕坑、蝕坑連接形成的蝕坑群、潰瘍狀腐蝕形貌為主，如圖1所示。

圖1 塔河油田金屬管線典型腐蝕形貌

1.2 KZ1站穿河管線腐蝕風險

塔河油田KZ1站原油外輸管線于2007年10月建成投用，承擔著KZ1站、AT2站、AT9站、AT1站、AT9-11閥組站、YT2站、YT2和S72站來液外輸至一號聯合站的任務，外輸管線規格為Φ273.1×6.4 mm和Φ273.1×7.1 mm，材質為L290MB直縫焊鋼管和螺旋焊鋼管，總長度34.62 km。設計輸液量約2400 t/d，外輸壓力3.0 MPa，外輸溫度60 ℃，輸送介質為油水混合物，地層水為氯化鈣型。實際轉輸液量約900 t/d，外輸壓力1.33 MPa，外輸溫度47 ℃，綜合含水約75.2%。KZ1站原油外輸管線走向如圖2所示，其中1-2#閥池穿越塔里木河，管線規格為Φ273×7.1 mm，材質為L290MB直縫焊鋼管，閥池間距長度3.6 km，河面寬960 m，穿河段1.58 km管線的外防腐層為重防腐涂料外防＋40 mm聚氨酯泡沫黃夾克+Φ457×7 mm套管防護。

圖2  KZ1站原油外輸管線走向示意圖

在KZ1站原油外輸穿河管線距2#閥池1 km處斷管分析管線腐蝕狀況，如圖3所示。

圖3  KZ1站原油外輸管線腐蝕形貌

由圖3可以看出，管線整體壁厚減薄不大（圖3a），但存在潰瘍狀腐蝕（圖3b）和大而深的點腐蝕（圖3c），整體腐蝕形貌為“潰瘍狀腐蝕和點腐蝕并存”特征，穿河管線腐蝕穿孔風險大。

2 內穿插修復技術

2.1 工藝原理

內穿插技術是在管道兩端開挖操作坑，采用O形或U形穿插技術，由牽引機將HDPE內襯管拉入經過清理的金屬管道內，即在原金屬管道內穿插一條比主管道內徑稍大的內襯管，使內穿插管外壁與金屬管道內壁緊密結合在一起，杜絕腐蝕介質與金屬管道的接觸，從而達到對舊管道修復防護的目的[1-3]。O形穿插技術是將聚乙烯管經多級等徑壓縮裝置，暫時縮小內襯管外徑，通過內襯管材質帶有記憶特點自然釋放恢復，實現與金屬管體內壁的緊密結合；U型穿插技術是采用空氣提供內壓復原。現場實踐表明，U型穿插技術易造成應力集中，使內襯管在管道內發生變形，造成管道堵塞事故。KZ1站穿河段管線防護改造采用了O形穿插技術。

2.2 內穿插管工藝參數確定

（1）壁厚選擇

HDPE內襯管壁厚與原管道管徑成正相關，按照計算經驗公式和《采用聚乙烯內襯修復管道施工技術規范》(SY/T 4110-2007)，與原管道不同管徑的HDPE內襯管壁厚見表1。

HDPE內襯管壁厚按下式計算：

式中：e為內襯管壁厚，mm；d為內襯管外徑，mm；SDR為內襯管管徑比，取值66；a為安全系數；b為增加余量，取值5。

（2）施工長度計算

內襯管拉伸屈服強度極限值和內襯管與原鋼管內壁之間的摩擦力相等時的管段長度為一次最大施工長度，按下式計算：

式中：l為內襯管長度，m；τ為拉伸屈服力，Pa；A為內襯管截面面積，m2；ƒ為內襯管管壁與鋼管壁之間的摩擦因數，一般取0.2～0.8，管輸稠油取0.6；p為每米鋼管對內襯管產生的壓力，一般取0.02 kN/m；k為管道壓力因數，取0.3；p0為每米內襯管對鋼管產生的壓力，kN/m。

2.3 工藝流程

施工流程為：施工準備→掃線→斷管和清管→試穿插→焊接工藝評定→修復施工→試壓連頭→收尾。

原管道試壓驗漏和HDPE內襯管焊接工藝評定是施工質量的關鍵點。

（1）原管道試壓驗漏

經采出污水配套海綿球吹掃回收原管道油氣介質，掃線壓力＜1.0 MPa；找漏點試驗壓力為管輸工作壓力的1.15倍，需要對漏點先做補強堵漏處理。

（2）焊接工藝評定

通過HDPE內襯管焊接工藝評定，驗證熱熔焊接加熱板溫度（210～230 ℃）、熔融對接壓力（0.15～0.3 MPa），吸熱時間（壁厚×10 s）、吸熱壓力（≤0.02 MPa）等工藝參數，保證熔接施工質量。

2.4 KZ1站穿河管線內穿插工藝設計

（1）壁厚選擇

KZ1站原油外輸管線規格為Φ273.1×7.1 mm，根據HDPE內襯管外徑選擇原則（被修復管線內徑±1mm），選擇HDPE內襯管外徑為258 mm；根據經驗公式和規范要求，選擇HDPE內襯管壁厚為7.5 mm。

（2）內穿插長度計算

選擇HDPE內襯管規格為Φ258×7.5 mm，計算斷管長度為1 735 m。KZ1站原油外輸穿河段管線采用大開挖順直方式敷設，利于內穿插修復，因此對于穿河套管防護區1.58 km可一次完成穿插施工，無需單獨斷管。

（3）相關參數

綜上可知，KZ1站原油外輸穿河管線防護改造整體設計參數如下：

原管線鋼管規格：Φ273.1×7.1 mm；

內穿插長度：1.58 km；

原金屬管線設計壓力：3.0 MPa；設計溫度：70 ℃；

生產運行壓力：1.33 MPa；溫度：47 ℃；

HDPE內襯管材料：HDPE（PE100級材料），設計溫度75 ℃，工作溫度≤60 ℃；

HDPE內襯管外徑及壁厚：258 mm和7.5 mm；

防護改造后管線設計壓力：3.0 MPa。

3 應用效果與結論

2014年，塔河油田采用內穿插技術一次性實現了穿越塔里木河1.58 km管線的防護改造，管道投產后至今運行正常，消除了管線腐蝕穿孔造成油氣泄漏所致污染環境風險。內穿插修復技術避開了管道敷設受限因素，大幅降低管道修復成本，形成內穿插管防腐性能和金屬管機械性能合二為一的復合結構，使管道防腐性能大大提高，可延長管道使用壽命15年。

參考文獻：

[1] 解海林，徐效華，王文斌，等. 穿插襯裝高密度聚乙烯管在線修復舊管道技術[J]. 腐蝕與防護，2002，23（4）：174-175.

[2] 朱原原，羊東明，高秋英，等. 《復雜腐蝕環境下HT-PO管道修復技術應用》[J]. 油氣儲運，2013，3（12）：1355-1357.

[3] 宋連仲，周長山，周拾慶，等. SY/T 4110-2007 采用聚乙烯內襯修復管道施工技術規范[S].北京：石油工業出版社，2008.

作者：羊東明，1961年生，教授級高工，主要從事油田防腐工作。

《管道保護》2017年第3期（總第34期）