油田非金属管道失效原因及标准化建议

刘海超 金 磊 杜晓杰, 夏平原 杨 磊

（1. 中海油（天津）管道工程技术有限公司，天津 300452；2. 天津北海油人力资源咨询服务有限公司，天津 300452；3. 五行科技股份有限公司，江苏 泰州 225500）

0 引言

非金属管道与传统的金属管道相比，具有优良的耐腐蚀性、抗结蜡性、结垢性、流体阻力系数小、使用寿命长等优势，有效缓解了金属管道腐蚀严重的问题[1,2]。

目前，某油田采油厂在供水、注水、排水、天然气输送、原油集输等方面应用11个生产厂家的6类非金属管道共1638.4km，有效制约了金属管道的腐蚀、结垢、结蜡等问题，极大地延长了管道的使用寿命。据不完全统计，该厂房某区块集输、注水管道原采用的20#钢管道，仅2年时间就开始大量腐蚀穿孔，整个区块管道的平均使用寿命为4.1年，2004年开始该区块在产能建设和老区改造中大量采用玻璃钢、连续增强塑料复合管和塑料合金复合管，有效的抑制了管道腐蚀穿孔问题。

非金属管道在油田地面工程应用中，存在破损、渗透等一系列问题[3]，针对自2006年以来某采油厂各类非金属管道在应用中的破损情况进行了统计分析，如表1所示。从统计数据中可以看出，非金属管道平均破损率为0.93次/km，孔网钢带复合管破损率最高，达到1.38%，用于高压注水的连续增强塑料复合管破损率最低，为0.17次/km。

1 非金属管道破损成因分析

目前，非金属管道破损分为外力损坏、管体质量和连接质量不过关三大类[4]。据不完全统计，通过对某采油厂在2006～2014年间应用1638km非金属管道进行调研分析发现，管道损坏、渗透发生1378处，其中外力损坏251处，超压解堵90处，管体破损308处和连接处渗漏813处为主，不同非金属管道及破损情况如表2所示。

表1 2006～2014年某采油厂非金属管道应用及破损情况统计

表2 2006～2014年某采油厂非金属管道破损情况分类

1.1 外力损坏

非金属管道材质脆，抗外界冲击能力较弱，当管道周围出现钻井、修井、修路、取土、打地锚、开挖坑槽等施工作业时，辖区内的地下管道位置不清或施工方没有尽到告知的责任致使误挖，造成管道损坏158处；同时管道穿越沟渠时，未作防护和保温而暴露在外，造成风化破损9处。

1.2 管道超压解堵

用于集油系统的连续增强塑料复合管一旦发生冻堵，应采取电加热使管道介质软化融开，但在实际情况中，由于作业人员对管道性能的认知不足，发生冻堵时，直接用泵车高压解堵。对于额定压力5.5MPa的管道常常将压力打到20MPa以上，超过管道最大承受压力损坏90次。

1.3 管材质量

维修中经常遇到一些管体自然破损的情况，如开裂、渗出、刺漏等，经现场解剖，破损点基本表现为密封层厚度不均匀或存在原生性裂纹，说明管材的制造工艺或配料存在问题。

1.4 连接质量

油田在用非金属管道因材质及结构的不同，其连接方式各不相同[5]，具体连接方式分四类，如表3所示。

（1）玻璃钢管道的连接方式为螺纹连接，上扣扭矩虽然有标准规范，但并不容易严格掌握。连接时易造成扭矩过大而损坏螺纹，扭矩过小失去密封效果，致使在应用过程中易出现渗漏损坏的问题；

（2）钢骨架塑料复合管和孔网钢带塑料复合管采用电熔套筒连接，该连接方式受设备状态、操作人员素质、天气因素等影响，并且现场无法直观检测熔接质量，将影响连接质量；

（3）塑料合金复合管采用钢制油壬连接，工厂内将钢制油壬用树脂粘接预制在非金属母材上，现场施工时，旋紧油壬，靠橡胶垫实现管道密封。该接头要同时完成管体和芯管的密封，管体不密封表现为接头渗漏，芯管不密封表现为高压介质窜入芯管和结构层中间，在结构层薄弱处渗出，表现为管体破损；

（4）连续增强塑料复合管和塑钢复合耐高压油田专用管采用扣压式钢制转换接头，其可靠性主要取决于生产厂家的扣压设备与技术水平。

1.5 施工质量

2006～2008年该厂因施工质量破损的管道数量及原因统计如表4所示。维修施工中，高压玻璃钢管道的破损集中表现为连接螺纹渗漏，因管道投产前均经过试压检验，排除了上扣扭矩不足的可能，分析渗漏的原因是螺纹在连接时清洁不够，加入杂质，工作一段时间后，产生渗漏。钢骨架塑料复合管和孔网钢带塑料复合管的损坏集中表现为电熔套筒渗漏，经维修粘接熔接后的电熔套筒至今未发生渗漏现象，分析认为是管道连接时熔接参数不合理造成。

综上所述非金属管道的破坏绝大多数是因不合理施工和使用造成的，管线因产品本身的缺陷或质量不合格产生的损坏微乎其微。

表3 非金属管道连接方式

以连续增强塑料复合管为例：连续增强塑料复合管又称Reinforced Thermoplastic Pipe，是一种多层复合的管道结构，其内外层采用耐腐蚀的塑料例如聚乙烯，中间采用纤维，钢丝，钢带等高强度材料作为结构层，提供力学强度，在油田地区主要用于注水和集输，根据表1所示，目前在该地区连续增强塑料复合管破损数量约为0.17处/km在所有类型管道产品中最低，是质量最稳定的一种管道产品。

实际使用过程中，因为连续增强塑料复合管的主体结构为热塑性塑料，这就决定了这种管道产品不能承受比较尖锐的刮擦和硬性破坏，在采油厂周边因钻井、修井、修路、取土等造成的管线损坏较多，但究其原因却是施工部门没有掌握连续增强塑料复合管的特点，没有系统的对地下管线布置情况进行整理分析，导致了管线频频发生损坏。

2 建议

2.1 完善非金属管道施工质量监督制度

用户单位应对施工方采取有效的质量管理，并配套相应的奖惩措施。建立了一套行之有效的质量监督、管理和备案制度，有效杜绝野蛮施工，保证管道施工质量。

表4 2006-2008年非金属管道因施工质量破损数量及原因统计表

2.2 延长非金属管道施工的保修期

大多数的非金属管材厂家标称的管道使用寿命均在30年以上，由于非金属管道特殊性，一些施工的质量隐患并不马上暴露出来，而是随着时间的推移，逐渐显现出来。应适当延长保修期，确保管材在油田应用中的工程质量。

2.3 合理采用连续增强塑料复合管电加热解堵装置

使用连续增强塑料复合管电加热解堵装置，可以根本上解决超压解堵、管道大面积破损的情况发生。2009年某采油厂推广使用电加热解堵工艺，到目前共完成9次29.6km的连续增强塑料复合管解堵施工，既提高了解堵效率，又节约了大量的车辆、维修、人工费用，同时连续增强塑料复合管大面积破损情况得到基本控制。

2.4 加强非金属管材选型的科学论证

非金属管道的使用寿命较长，应选择实力强、规模大、质量稳定的厂家，进行室内检测、评价，便于以后的维修、售后和索赔，能够最大程度上保证使用单位的利益。通过实际应用优选出来的管材，在应用上应保持一定的连续性和推广性。对于新型的管材应在小面积试用的基础上，进行充分的评价后，再决定是否大面积应用

同样，以连续增强塑料复合管为例，国内目前标准文件较多，近年有所改善，国内标准单位将RTP及同类管道产品都归属SY/T 6662之内，但仍存在标准过多，混乱的现象，增强材料不同，就出现不同的标准文件，但现实中在同一环境应用，同一项目招标，同一技术规格书，这本身是一件不合理的事情，而SY/T 6662和相关的验收标准SY/T6769、SY/T6770，所有的技术参数基本来源于生产厂家，而同样应用条件下的最终产品来源就不相同，例如有的厂家技术来源于液压胶管，有的则来源于国外的海洋软管，所以检测标准不同，其本质是选取了不同类型的API和ASTM标准。

目前我国对于管道的技术要求五花八门，同类产品的行业标准不一，缺乏统一的权威性，这就给油田的使用带来不便，同时不利于行业良性发展。国内最初相关标准是以挪威船级社的DNV-OS-C501《复合组件的浅海标准》、DNV-OS-F101《海底管线的DNV浅海标准》为基础建立的，随后JIP组织对产品性能和应用进行广泛的研究和验证，编写了《油气工业中增强热塑性塑料管（RTP）推荐规范》。作为国内塑料复合管的代表性企业包括长春高祥，河北恒安泰以及南京航天晨光，其中长春高祥参与起草《SY/T 6795-2010 石油天然气用钢骨架增强热塑性树脂复合连续管及接头》、河北恒安泰参与起草《SY/T 6662.2石油天然气工业用非金属复合管 第2部分：柔性复合高压输送管》、南京晨光起草《SY/T 6794 可盘绕式增强塑料管线管的评定》，其余厂家均参照以上标准，而随着国内复合管厂家对外业务的扩展，长春高祥通过了API 17J的认证，南京晨光的SY/T 6794是API RP15S的翻译版，不同的标准给国内的油田使用方带来许多不便，油田方就很难对复合管形成一个科学的论证体系。

2.5 加大非金属管道知识的普及范围及力度

目前，国内对于复合管的概念很模糊，对于复合管的特点性能等都知之甚少，这就导致了在复合管和金属管两项选择时，油田多数会选择金属管这种“成熟产品”，所以为了提高非金属管道的施工质量管理、运行维护管理及操作人员管理，非金属复合管的生产厂家需要提高对各种非金属管道的材质特性、运行特点的了解和掌握，并加大非金属管道知识的普及范围及力度，为非金属管道的规范建设、合理管理和科学使用奠定基础。

2.6 提高施工质量

我国的油气田现场施工条件较为恶劣，施工人员在现场条件艰苦，面对不同的管道，其施工工具有时就不能保证完全符合产品要求，所以，往往会发生因工具或设备不合适而导致的施工事故；

另外，野外施工工作量大，为了节约成本，所雇佣的人员素质良莠不齐也在一定程度上导致了施工质量很难得到保证。

针对不同的非金属管道需要配备不同的施工队伍和施工工具，以连续增强塑料复合管为例，管线发生冻堵时，专业人员采用专业的电加热解堵设备就可以迅速的恢复生产，而强行提高压力疏通的方法就会导致管道发生爆裂，反而会延长维修周期，对生产造成更大的影响。