某山区油气管道废弃处置设计与实践

吴东容，余东亮，李开鸿，赵 雄，王 浩

国家管网集团西南管道有限责任公司，四川成都 610000

某山区天然气管道与原油管道并行敷设，其中天然气管道管径1 016 mm，设计压力10 MPa；原油管道管径813 mm，设计压力15 MPa。管道途经某人口密集区，管道两侧200 m范围内约有居民住房400户，人口1 600人，居民住房以二至三层楼房为主。管道一侧另有一所普通高等专科学校，拥有在校师生6 000余人，且学校正在扩建教学楼，距离管道约268 m。根据GB32167—2015《油气输送管道完整性管理规范》[1]相关规定进行分析判别，该段天然气管道与原油管道均属于Ⅱ级高后果区。因未来难以保证该Ⅱ级高后果区等级不变，为了彻底解决该段管道隐患，管道所属企业决定对该段管道进行迁改，而对原路由管道进行废弃处理[2-3]。

1 油气管道废弃处置设计

1.1 管道概况

原路由管道全长约3.8 km，见图1。管道起自某铁路西侧，先向东南敷设穿越铁路、高速公路，后转向东穿越高后果区，在翻越山地、穿越河流后到达终点。管道沿线地貌主要为山地及山间谷地，植被为耕地与林地，无自然保护区、风景名胜区、水源地保护区等环境敏感点。

图1 管道走向示意

1.2 处置方案比选

结合管道实际情况，设计了3种废弃处置方案[4-5]，见表1。从方案可行性、土地利用影响、经济投资等多方面对3种方案进行对比。由表1可见，全部拆除和全部注浆方案均存在明显缺点，而分段处置方案则将管道废弃处置的影响降到最低，且投资适中，故优选此方案。

表1 管道废弃处置方案对比

1.3 管道分段

根据土地利用现状和考虑到未来规划、管道穿越、地形地貌等因素，按照以下原则对天然气管道和原油管道进行分段[6-9]：第一，对穿越高速公路、铁路、河流、基本农田的管段进行注浆封存；第二，对穿越林地的管段进行注惰性气体封存；第三，对建设用地管段进行拆除。基于以上原则，天然气管道与原油管道各分4段进行废弃处置，见表2。

表2 天然气管道和原油管道废弃处置分段

2 废弃油气管道现场处置

2.1 原油管道清洗

原油管道处置前需先进行清洗作业。

2.1.1 清洗工艺

鉴于原油管道为近几年投产的管道，且在改线前已完成惰性气体推球排油[10-12]，故现场直接进行管道清洗作业。采用组合清洗技术对管道实施清洗[13]，即用惰性气体推动3个清管器在管道中行进，在清管器之间分别放置专用清洗剂和冲洗水，见图2。清洗过程中产生的固体和液体废物交由有资质的第三方机构处置。

图2 组合清洗列车配置示意

2.1.2 清洗流程

原油管道的清洗流程主要包括：现场作业坑开挖，冷切割断管，临时收发球筒焊接，注/排液孔、注/排气孔、压力表孔的开孔以及相应设备设施安装，清洗列车组装，管道清洗实施，清洗列车回收，固体、液体废物处理，清洗效果验证等。若清洗后管道内壁洁净程度未达到要求，通过反复运行清洗列车进行清洗，直至满足要求为止。

2.1.3 处置要点

山区原油管道清洗作业的重点在于防止下坡段管道出现不满流现象。为此，现场采取了以下控制措施：其一，清洗剂注入点选择在管道相对低点，以利于清洗剂段塞的形成；其二，清洗过程中严格控制清洗列车前后压差，以控制清洗列车运行速度，从而达到保证清洗剂段塞自身的稳定以及段塞与管道内壁持续有效接触的目的。

2.1.4 效果验证

原油管道清洗作业完成后，用可燃气体检测仪对首末两端管道内可燃气体浓度进行检测，检测显示读数为零；再选择管道中间段相对低点进行切割检查，发现管道内壁无油、无蜡、无积液，见图3。因此，本次清洗作业达到了预期效果。

图3 原油管道清洗效果验证

2.2 油气管道拆除

2.2.1 拆除流程

油气管道拆除是管道建设的逆向过程，可完全借鉴建设时的技术与设备[3]。现场管道的拆除主要包括管道定位、管道开挖、管道切割、管段吊装与运输、管沟回填、地貌恢复等环节。

2.2.2 处置要点

不同于普通管道的拆除，山区油气管道的拆除需要综合考虑地形地貌、交通条件、施工技术、环境保护等因素。在拆除作业前，对于无法通过公共道路进入的施工地点，应修建临时性施工道路；在管道开挖时，务必防止边坡失稳、管沟塌方、堆积土石方滚落等情况发生；在切割、吊装与搬运管道时，应结合现场实际选择适用于山地施工条件的设备与工艺，并根据施工工序进行合理的现场布置；在恢复地貌时，为降低对环境的影响，应将原有种植土原位回填，同时选种有利于水土保持的当地物种。

2.2.3 现场处置

管道完全开挖后，为防止在切割时因应力突然释放而伤人，现场管道开挖采取“先开挖至管顶，间隔一定距离再开挖切割点作业坑”的方式，见图4。为避免管道内可能存在的残留油气发生爆炸，管道切割全部采用冷切割方式，且切割后的管段长度≤12 m。为防止残留物洒落污染环境，在管段吊装与运输过程中，管道两端始终封堵[14-15]。

图4 管道开挖现场

2.3 油气管道注惰性气体封存

2.3.1 注惰性气体流程

选择氮气作为惰性气体，对林地敷设段管道进行注入封存，其封存压力保持在0.02～0.04 MPa之间[9，16]。注氮气封存流程主要包括：现场作业坑开挖，冷切割断管，封头焊接（含分段隔离段），首末端注/排气孔、压力表孔的开孔及相应设备设施安装，分段隔离端开孔及阀门、联通短节安装，注氮设备设施连接，管道注氮及氮气浓度检测，管道升压封存，作业坑回填，地貌恢复等。

2.3.2 处置要点

对于山区油气管道，由于地形起伏大，管道原位腐蚀后其导流效应将更加突出[5]。为有效杜绝此类现象发生，山区油气管道就地废弃的分段隔离应比普通管道严格，隔离间距应在推荐的“每2～4km设置一处隔离”的基础上适当减小[2，9]。

2.3.3 现场处置

选择场地平整开阔、地势较低的一侧作为注气孔，地势较高的一侧作为排气孔，采用“液氮槽车+气化调压装置”对管道进行注氮（见图5），并分3段进行隔离。在完成氮气置换与升压后，关闭注气孔和排气孔阀门，就地封存管道。

图5 管道注氮封存现场

2.4 油气管道注浆封存

2.4.1 注浆流程

采用纯压力注浆法对管道进行注浆，即利用注浆泵从管道首端注入浆液，推动浆液及其前端清管器向前运行，直至浆液从管道末端流出[6]。现场注浆流程主要包括：作业坑及储浆池开挖，冷切割断管，清管器安装，两端封头焊接，注/排浆孔、压力表孔与高点排气孔开孔以及相应设备设施安装，储浆池、注浆泵与注浆口管道连接，管道注浆填充，作业坑及储浆池回填，地貌恢复等。

2.4.2 处置要点

山区油气管道注浆作业的重点在于控制上、下坡段管道的注浆质量。对于上坡段管道，若浆液流动性小或固化时间短，则可能堵塞管道致使注浆作业无法继续；对于下坡段管道，与管道清洗类似，不满流现象将严重影响注浆效果。因此，对于地形起伏段管道的注浆，应结合实际给出浆液流动性、填充度、固化时间、结石强度等指标，同时还应严格控制浆液前端清管器运行速度，以确保下坡段管道注浆质量。

2.4.3 现场处置

由于山区地形限制，难以开辟足够大的场地用于现场制浆作业，因此采取由商品混凝土搅拌站提供按照设计配比制作的浆液，通过罐车拉运至现场并储存于储浆池中，再利用纯压力注浆法对管道进行连续注浆填充。为保证注浆质量，选择地势较低的一侧作为注浆侧，地势较高的一侧作为出浆侧，在注浆作业完成后，关闭注浆口与排浆口阀门，就地封存管道。

3 结束语

山区油气管道废弃处置是一项复杂的系统工程，涉及废弃方式选择、管道清洗、管道注浆与注惰性气体封存、管道及其附属设施拆除等一系列工序。结合山区油气管道敷设特点，有必要围绕以下方面深入开展研究与现场应用：其一，多因素交互作用下的管道清洗用球、用剂规律研究；其二，山区环境条件下拆除管道与设备的运送技术开发；其三，地形起伏段管道注浆设备与工艺研发以及主要操作参数优化。