柔性复合管在油田集输中的应用

李 凯 张贤波 李康锐 曹 宏 刘 宵

1.西安石油大学，陕西 西安 710065；

2.中国石油塔里木油田公司开发事业部，新疆 库尔勒 841000

0 前言

塔中油田位于塔克拉玛干沙漠中央位置， 自从1996 年投入开发以来，至今已有16 年，各种油气水管道300 多条，目前综合含水已达90%。 油田产出水矿化度高（90 000 mg／L），以（K+＋Na+）、Cl-离子为主，大部分为含CaCl2水型，pH 值低的腐蚀特性。近几年来，随着塔中油田I 号坡折带奥陶系油气的大面积开发，H2S也伴随着原油、天然气进入输送系统，腐蚀速率远远超过了0.076 mm/a 的标准， 使得管线腐蚀穿孔频繁，陆续的停产修复不仅严重影响着安全生产， 造成人力、物力的极大浪费，而且环境污染也颇为严重。 塔中油田每年因腐蚀穿孔刺漏造成的直接经济损失上千万元。 为了减轻由于管线腐蚀、结垢等造成的影响，油田公司于2010 年开始在塔中油田开展柔性复合管的现场应用试验。

1 柔性复合管的性能和特点

柔性复合管是一种由高分子复合材料制成的具有高强度、高压力、耐腐蚀、摩阻系数小、保温性好、柔性好、 寿命长等优特性的石油天然气工业用管材，见图1。其结构由里至外由芯管、增强层、外包层组成，其中芯管为硅烷交联高密度聚乙烯管或纳米改性的聚氯乙烯管； 增强层为芯管上编织或者缠绕的增强纤维丝（绳）或钢丝绳，各增强纤维层之间采用粘结剂粘结；外包层为聚乙烯防腐保护层［1］。 工作压力为0～32 MPa；尺寸为17～300 mm（内径）。

图1 柔性复合管结构

柔性复合管相比钢管和玻璃钢管，其优点主要包括：a） 耐腐蚀，抗酸碱性强；b）内壁光滑抗结垢，摩阻系数小，非常适用于高矿化度油气田；c） 柔性好，质量轻，输送流体阻力小，使用中可自由弯曲，在实际施工中有效减少了因地形起伏、地质断层等环境对油气管线施工的影响和损害，使用寿命长，一般为30～50 a；d）传热系数低，绝热性能好，最高使用温度可达110 ℃，不用防腐保温；e） 操作方便，施工简单快捷，单根长度可达1 000 m，现场施工使用不锈钢卡或丝扣连接，可省去焊接工序，减轻工人劳动强度，缩短施工时间；f）便于运输，弯曲半径小于1 m，整盘装运；g） 管线长度可根据现场实际进行“定制”生产，不仅增加了对现场的适应性， 而且减少了管材的浪费；h） 抗低温冲击性能好，最低工作温度可达-35 ℃；i） 储存方便，占地面积小，可作为应急管道使用，应急功能灵活。

2 柔性复合管的实际应用

2.1 应用情况

随着单井含水的上升，高矿化度的污水加剧了管线的腐蚀穿孔， 塔中油田在2010 年对站外部分单井集输管线采用柔性复合管进行更换，首先对TZ16-5、TZ161 这2 口自投产以来腐蚀穿孔累计达30 次以上的单井进行更换，其主要应用情况见表1。

表1 TZ16-5、TZ161井柔性复合管情况表

2.2 集输管线的施工要点

2.2.1 管沟开挖

因该复合管在塔中油田首次应用，为取得最佳使用效果，施工更加谨慎安全，将管线深埋-1.2 m，穿越公路处加钢套管，以防止外力（机械挖沟、钻井、作业打地锚等）损坏管线。 若沟底有不易清除的坚硬物体（岩石、砾石等）应铲除至设计标高以下0.15～0.2 m，然后铺上沙土整平夯实，平整后方可用吊带吊复合管下沟。

2.2.2 管线铺设

复合管铺设时， 先将复合管套在专制的转盘上，由施工人员拉着管头走，让其自然分散，每间距10 m设1 人，直至复合管放完为止。 铺设时使其尽可能自然敷设在管沟内，管体决不能进行反弯。 不能对复合管进行强硬的弯曲或者固定，防止发生塑变。

2.2.3 管线连接

复合管与复合管之间需用管件进行连接，常用的连接方式有扣压式、丝扣式，法兰式和由壬式，根据其压力等级不同选择不同的连接方式。

2.2.4 管沟回填

回填管沟时，必须用细土或沙（最大粒径不得超过3 mm）回填至管顶0.2～0.3 m 处，然后用原土回填压实，应注意不要让落石、冻土或其他重物碰坏或划伤复合管；管沟回填应有沉降余量，一般应高出地面0.3 m；回填时应从一端开始，另一端结束，禁止从两端开始至中间结束的回填方式，避免复合管扭曲变形［2］。

2.2.5 试压

管线施工后进行现场试压，试压合格后进行二次回填，然后才能进行投产试运。

3 柔性复合管应用建议

a）塔中油田处于全球第一大流动性沙漠塔克拉玛干沙漠中央，每年3～10 月为风沙季节，沙丘运动平均速度可达6 m／a［3］，沙堆的迁移对管线运行造成很大的影响，见图2。 在铺设管道时，管线埋深均符合要求，但处于风口位置的不出半年时间经过风沙的搬迁， 造成管线悬空见图3，影响复合管线的使用寿命，因此在设计和施工中要避免将管线铺设在风口位置处。

图3 管线风沙侵蚀埋深

b） 在铺设管道的位置两侧编织防沙带——草方格沙障，草方格尺寸1 m×1 m，总体宽度必须在上风向6 m，下风向3 m。草方格沙障是将芦苇插入沙层内，直立于沙丘上。 在流沙上扎成方格状的半隐蔽式沙障。芦苇埋入沙中的深度约12～13 cm， 上露地面高度约12～13 cm［4］。

c）定期对风沙侵蚀裸露管线进行检查和掩埋，并在掩埋后进行草方格防沙处理，一方面确保其符合管线埋深要求，另一方面保证柔性复合管的寿命。

d）投运试压及应用过程中发现，管线接头部位容易出现渗漏现象，造成打不起压。 究其原因，主要是施工不规范引起。 故应规范现场施工作业，提高施工质量。 严格执行SY/T 6716-2008《石油天然气工业用柔性复合高压输送管》规范中的相关规定和要求。

e） 为了避免因吊装、磕碰、铲伤等原因造成柔性复合管外防护层破坏，建议对柔性复合管的外层结构增加一层硬质防护层，以确保外防腐层的完好。

4 应用效果评价

由于柔性复合管相比其他管材具有更多的优点，在塔中油田得到大面积的推广应用，其效果主要体现在以下几个方面：

a）柔性复合管可以弯曲， 铺设管道时节省人力，与钢管相比，减少了钢管的焊接、探伤、补口、防腐等施工工序，施工时间可节约50%以上。

b）就裸管而言，钢制管线比柔性复合管价格便宜12%左右，但加上钢制管线的其他工序费用，综合估算， 钢制管线比柔性复合管线综合建设成本高25%以上［5］。

c） 现场施工工序简单，无明火作业，极大提高了油田施工的安全系数，降低了操作危险性。

d） 钢制管线投产3～5 a 后发生腐蚀穿孔现象，维修工程量大，费用高，而柔性复合管生产运行过程中，维修费低廉，在修复时不依赖动力电源，有效缩短了安全维修周期，可迅速恢复生产。

e）柔性复合管的隔热性能较好，远小于金属管的导热系数，可节省保温费用，能够得到较好的经济效益和社会效益。

5 结论

目前该柔性复合管在塔中油田的使用已达30 km，主要应用于单井集输、污水回灌、单井注水等方面，应用效果良好，管线运行平稳，值得推广借鉴使用。

［1］ 田建峰，王兴龙，郝小云，等. 柔性复合高压注醇软管在长庆气田的应用［J］. 石油化工应用，2008，27（5）：86-88.Tian Jianfeng，Wang Xinglong，Hao Xiaoyun，et al.Application of the Flexibility Compound High Pressure Hose to Add Methanol in Changqing Gas Field［J］. Petrochemical Industry Application，2008，27（5）：86-88.

［2］SY/T 6716-2008，石油天然气工业用柔性复合高压输送管［S］.SY/T 6716-2008，Flexible Composite Pipe for High Pressure Transmission for Petroleum and Natural Gas Industries［S］.

［3］ 张 力，李道德，彭顺斌. 单侧沉管在沙漠地段长输管道施工中的应用［J］. 天然气与石油，2011，29（4）：23-25.Zhang Li，Li Daode，Peng Shunbin. Application of Lowering Pipeline at Single Side to Long-Distance Pipeline Construction in Desert Areas［J］.Natural Gas and Oil，2011，29（4）：23-25.

［4］ 朱国承，夏 政，郄海霞，等. 毛乌素沙漠油气管道的工程机械防护措施［J］. 天然气与石油，2011，29（4）：20-22.Zhu Guocheng，Xia Zheng，Qie Haixia，et al.Protective Measures for Construction Machineries of Oil and Gas Pipelines in Mu Us Desert［J］.Natural Gas and Oil，2011，29（4）：20-22.

［5］ 罗贞礼.柔性复合管在油气田中的开发应用探讨［J］. 新材料产业，2011，13（6）：55-57.Luo Zhenli. Discussion on Development and Application of Flexible Composite Pipe in Oil and Gas Fields［J］. Advanced Materials Industry.2011，13（6）：55-57.