浅谈内穿插修复技术在塔河油田的应用

倪阳（江苏华石技工贸总公司，华扬油建南京工程中心，江苏 南京 210015）

随着塔河油田的不断开发，其产出物越来越多，在产油量不断增多的同时，综合含水量也不断增多，塔河油田的产出物中硫化氢、二氧化碳以及氯离子的含量较高，而产出液整体的pH值一直稳定在较低的水平，显示出较强的酸性，在此情况下，站间的输送管道被腐蚀，且情况也来越严重，管道内壁被腐蚀后呈点状或者是串状，腐蚀较严重的地方则会形成穿孔，造成运输过程中的泄露，油气含量减少，若不及时治理，将会造成巨大的损失。

1 项目的概况

我公司承建了西北油田分公司的跃进区块奥陶系油气藏产能建设地面工程(一标段)（原油管道，管道型号：168、219）工程，该工程为新建1#阀组间至跃进2#原油脱水站集输管线，新建4#阀组间至跃进2#原油脱水站集输管线，新建YJ2拉油流程至跃进2#原油脱水站集输管线，新建2#阀组间至YJ2流程集输管线，这四条管线长度约为（8940）米。

上述新建集输管线承担着向新建跃进2#原油脱水站输送原油的任务，由于跃进区块原油属于高蜡、低凝固点、低粘度轻质原油，原油平均密度0.8128g/cm3，平均粘度为4.45mm2/s，含蜡4.7%，含盐量438.89mg/L，含硫量0.19%。为了保证脱水站的正常运行，设计要求这4条集输主管需要采用聚乙烯内衬管进行管道内防腐。

聚乙烯(PO)这种物质具有很强的稳定性与耐磨性，且其摩擦系数较小，抗冲击力和耐久力都较强，因此，采用PO 内穿插修复技术治理被腐蚀的管道，经济效益高、治理效果好，能够起到防护作用，大大提高管道的性能。一般情况下，一只质量好的PO管内插到被腐蚀的管道中，使用年限能够达到50之久。

2 内穿插修复工艺分析

2.1 工艺原理

内穿插技术的主要原理为通过相关设备将聚乙烯管进行变形处理，之后内插在被腐蚀的管道内部，再采取适当的操作使得PO管在金属管道内部恢复其原型，PO管的内壁紧贴金属管道的内壁，使得两个管道紧紧地结合起来，同时运输管道就同时具有了PO 管的防腐性能和金属管道的机械性能，二者合二为一，形成一种“管中管”的复合型式，运送时油气在PO管中运输，没有直接接触到金属管的内壁，避免了金属管道的腐蚀，达到了防腐的目的。在此过程中需要注意的是聚乙烯管的直径应该略小于金属管道。

2.2 内穿插的方式

在《采用聚乙烯内衬修复管道施工技术规范》中指出，将内衬管插入金属管道的方式有两种，一种是将内衬管在内插之前变成“U”形，一种是径向均匀压缩，也称之为“O”形等径内插。前者复原时采用空气加压的方式，这种方法使得原管道与内衬管之间留有固定的缝隙，管道的抗压能力大打折扣，预应力也较小，容易出现管道变形的情况，当内衬管的支撑力达不到要求时，会产生管道变形而阻塞管道的情况；而采取径向均匀压缩的方式能够有效避免以上问题的发生，其原理是运用聚乙烯自身的特点来促使其进行自然释放，恢复到原来的形式，内壁的贴合效果更好，因此，塔河油田一般采用“O”形等径内插技术。

2.3 选择内穿插材料

一般情况下，各个运输管道之间的温度不尽相同，所采用的内衬管的种类也不同。聚乙烯管的最高耐热温度为60摄氏度，但是稠油集输管道的运输温度较高，远远超过60摄氏度，此时应该选用可承受温度较高的聚乙烯管道，例如耐热聚乙烯管，其工作温度能够达到90 摄氏度，较PO 管来说，耐热聚乙烯管的耐热性更强。由于西北塔河油田冬天的极端温度-27.4 ℃，井场原油输送都采用加热后再输送一般井口出油温度一般在70 ℃，固本项目选用的管材为HTPO 管，该管材最高耐运行温度在90℃以上，最高耐高温为105℃。

2.4 确定断管长度

原管线的弯头与断管的长度息息相关，聚乙烯管道的屈服强度、横截面积与内穿插所需要的拉伸力之间具有以下关系：

F＝kσyA

其中，F是拉伸力；k为系数，是由PO 管道的收缩比和直径来确定的；σy是指屈服强度，A则为内插管道的横截面的面积。

此外，当最大牵引力过大时，会导致内插管断裂，因此，当原金属管道与内插管道之间的摩擦力同样大时，采用以下公式来计算出断管的长度：

W＝［2p（1＋k）＋p0］fL

在此公式中，W 是指原管道与内插管道之间的摩擦力；p是指每米原管道对内插管所产生的压力；k 是指管道的主动系数，一般为0.3；p0是指每米内穿插的管道重量；f是指内插管道与原管道之间的摩擦系数，计算时一般为0.4；L 是指管道的长度，单位是米。

3 修复的工艺流程

修复流程为：（1）统计需要修复管道运送的介质种类、运行压力和温度、腐蚀程度，进行现场挖坑；（2）对被腐蚀的管道进行断管处理并制作高密度聚乙烯内衬管；（3）对金属管道进行清洗，去除内部的杂物；4）对管道内部的情况进行CCTV 检测，确定其内壁的情况；（5）采用热熔焊接技术将内衬管连接在一起，进行试压检查；（6）开始进行内插作业，采用径向均匀压缩方式进行内插；（7）将管道的街头连接在一起，用水泥包裹住接头部分的内衬管；（8）在修复工作整体完成后，对管线进行试压，保证修复工作没有遗漏，使得修复管道可以自由使用。

4 内穿插修复技术在塔河油田中的具体应用

塔河油田的运输线路具有流量大、运输距离长的特点，当油水由于重力发生沉降时，管道内部的低洼和弯曲处会积累大量的水分，其中含有很多酸性物质，例如氯离子。在酸性环境中，管道的腐蚀作用明显，渗漏出的油田造成棉花地和胡杨林的毁坏。采用内穿插技术绝对腐蚀较严重的地方进行处理之后，管道治理的成本降低，费用与原来相比节省了30多个百分点。我国的塔河油田首次应用该技术的时间为2010年，对长达5千米的管道进行了修复处理。

第一，对相关的参数进行设计。管道内部的输送物质为原有，其中含有大量的水分；管道运输产生的压力大约为2.5MPa；最高运输温度为60摄氏度；管道所在的冻土的深度为1.2米；内衬管的选择一般为耐热聚乙烯管；穿插的方式主要为径向均匀压缩方式。

第二，选择外径和壁厚。本工程集输线钢管的规格分别为219mm×6mm，168mm×6mm；内插HT-PO 管的204mm×7mm，155mm×6mm；选择的内插管的管壁的厚度分别为7mm，6mm。

第三，确定断管的长度。选择的内衬管为206mm×6mm；内衬管的最大强度拉伸力为77.6KN；穿插过程中产生的最大牵引力为原管道和内插管之间的摩擦力；断管的最大长度确定为1102m；在管线的弯头处进行单独断管，按照1.1km的长度进行断管操作。塔河油田自2010 年进行内穿插修复技术进行防腐处理之后，管道的使用状况良好，没有发生泄露或者继续腐蚀的情况，在2012年对修复过的区域进行检查，发现内插管与原管道之间的贴合度良好，管道运行正常。

5 管线修复管理及方法

5.1 管道运行管理。（1）管道穿插修复竣工后，不能随意在管道上开孔，如果需要开孔必须要通过专业技术人员的研究制定出可行性的方案，并且由专业技术人员进行操作。（2）经过修复后的管道中间不能随意断开，如果由于其他破坏产生的断裂，则断裂端口必须重新焊接PO管热熔套，再连接起来。（3）管道外不能使用气割以免破坏内衬层，内衬段中间需要断开时必须用断管机。（4）与PO 管热熔套连接的部位也应避开热源，以免加热PO管热熔套变形。

5.2 管道遭外力破坏后的修补方法。（1）如果因为管道外力而遭破坏后，导致PO 管出现内衬管破漏水或PO 管严重损坏时，应立即断开遭破坏的部分，在两端焊接PO 管热熔套，在管道的中间加装钢质或铸铁短节。（2）如果因为管道外力而遭破坏，但PO管尚未损坏或有轻微损坏时，将损坏部分作加固处理即可。

6 结语

塔河油田使用的内穿插技术对腐蚀的金属管道进行修复，已经取得了明显的效果，不但能够有效解决了油气泄露的问题，还能够大大降低治理的成本，增加油田的经济效益。特别在较为敏感的地带时，此技术能够有效地降低污染，除了在管道腐蚀之后，采用此技术进行治理，笔者参与的该项目在管道的设计阶段就将此技术应用于管道之中，会大大降低后期的工作难度。充分体现了中石化集团将隐患消除在设计阶段的理念。

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