油田压力管道缺陷分析及处理措施

李建松

大庆油田第一采油厂第九作业区

油田压力管道在油气生产中扮演着至关重要的角色，是连接地下油气藏和生产设施之间的纽带，不仅需要承受高压力和高温环境，还必须应对地下水腐蚀、土壤运动等外部环境因素的挑战。因为工作条件复杂，管道的缺陷问题日益凸显。腐蚀、裂纹、焊接缺陷等都可能在管道中出现，这些问题可能会逐渐积累，最终导致管道的失效[1]。

腐蚀是管道缺陷中常见且危害严重的问题之一。在油气运输过程中，介质的腐蚀作用可能导致管道壁厚度减少，甚至出现孔洞。同时，外部因素如氧化、电化学反应等也可能引发管道的腐蚀问题。而裂纹则源自外部力学因素，例如地震、管道的振动等。焊接缺陷多半与施工质量有关，焊接接头的不牢固可能会引发裂纹，甚至在压力作用下导致泄漏。管道缺陷不及时处理也会对油田安全产生严重威胁。腐蚀导致的管道薄弱点可能在运行中突然失效，引发事故[2]。裂纹的扩展可能会导致泄漏，不仅损失油气资源，还可能对环境造成污染。因此，管道缺陷的分析与处理显得尤为重要。

压力管道由于敷设环境较为复杂，易受周围环境因素及介质的影响，在运行中产生缺陷，为保障管道安全平稳运行，需要定期开展压力管道检验工作。检验人员对压力管道检验中发现的缺陷进行深入分析，提出缺陷处理办法，消除安全隐患，避免安全事故的发生。

1 管道缺陷类型分类、定义及原因

1.1 管道腐蚀

管道腐蚀是压力管道中最为常见的缺陷类型之一，是由于管道内外介质的腐蚀性，以及环境因素如潮湿、酸碱等的影响，导致管道壁厚度逐渐减小，甚至形成孔洞。腐蚀不仅会降低管道的强度和承载能力，还会引发管道泄漏和事故风险。主要的腐蚀类型包括普通腐蚀、点蚀、线蚀等。因为压力管道通常处于外部环境，管道的内外存在比较大的温差，尤其是在有运输介质的时候，温差变得更加明显，所以会出现腐蚀性问题，尤其是氨、液化气一类的运输管道腐蚀更为严重。长时间使用的压力管道会在雨水侵蚀、母液侵蚀影响下被腐蚀，还会受到排水管道和地下水影响出现腐蚀，其形成原因主要有：介质对管道本体的冲刷、介质对管道本体局部的腐蚀以及管道组成件在制造过程中产生的局部厚度不均匀。

对于局部减薄，因无法进入管道内部确定其成因，一般保守按照腐蚀减薄来确定其安全状况等级（即考虑在未来检验周期内的金属损失扩展）。产生原因多为管道因化学反应或其他原因发生腐蚀而导致管道的老化，经常是在物理、生物学因素的共同作用下产生的化学或电化学腐蚀[3]。

1.2 管道裂纹

裂纹是影响压力管道安全性的重要因素。裂纹可以分为疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹和冷裂纹等。疲劳裂纹通常由管道长期受力和变形引起，而应力腐蚀裂纹则是应力和腐蚀共同作用的结果。冷裂纹则可能在焊接等过程中产生，通常发生在低温下，对管道的影响不容忽视。裂纹可能来自多种因素，包括外部力学作用和内部应力积累。在油气输送过程中，管道会承受不同程度的压力和振动，长时间的作用可能导致管道产生微小的裂纹[4]。裂纹可能在压力的影响下逐渐扩展，甚至引发管道破裂。此外，温度的变化也会导致管道内部应力的变化，从而加剧裂纹的产生和扩展。

1.3 管道焊接缺陷

压力管道通常使用焊接的方法进行连接，如果焊接中没有严格按照有关技术标准和规定操作，可能会出现管道焊缝未焊透、未熔合等现象。焊接缺陷主要包括未焊透、未融合、夹渣、错边。

未焊透产生的主要原因有：坡口角度小、间隙小，钝边太大；焊接电流小、焊接速度快，根部来不及熔化；焊接时偏离焊道中心。

未熔合产生主要原因有：焊接电流小、速度快、热量不足；坡口或焊道有氧化皮、熔渣等，部分热量损失在熔化杂物上，剩余热量不足以熔化坡口或焊道金属；焊条或焊丝的摆动角度偏离，熔化金属流动而覆盖到电弧作用较弱的未熔化部分。

夹渣产生的主要原因有：液态金属黏度大、焊接速度快，凝固时熔渣来不及浮出；焊接时运条不当，熔渣和铁水分不清；坡口形状尺寸不合适，坡口太窄，不利于熔渣上浮；多层焊时熔渣清理不干净。

错边产生的主要原因有：焊接时工件在厚度方向上错开一定位置，既可视作焊缝表面缺陷，又可视作装配成形缺陷。

1.4 管道结构缺陷

部分压力管道在设计环节会出现阀门、管道连接不合理问题，所用管道的配件质量不达标会引发压力管道质量问题[5]。总结压力管道检验实践经验发现，压力管道中补偿器的不合理设置是比较常见缺陷问题。因此，压力管道在温度变化等因素的影响下直径产生了细微变化时，就有可能造成管道吊架出现严重的变形或损坏。其产生的原因有：设计上的失误；安装时没有按照设计图纸进行施工；管道使用时出现异常，使用单位临时处理时未按照规程执行。

1.5 其他类型缺陷

除了上述主要缺陷类型，压力管道还可能出现一些其他缺陷，如膨胀、脆化、内部结垢等。这些缺陷类型虽然在数量上相对较少，但也会对管道的运行和安全性产生不良影响。

在研究过程中，综合考虑不同类型的缺陷，从多个角度深入分析其成因、表现和潜在危害。通过对缺陷类型的定义和分类，可以更好地为后续的处理措施提供依据。针对不同类型的缺陷，制定针对性的处理方案，从而有效提升管道系统的安全性和可靠性。

2 管道缺陷处理步骤

针对油田压力管道的缺陷问题，科学的处理步骤和策略是管道安全运行的重要保障。缺陷处理不仅涉及到技术和工艺，还需要综合考虑经济成本、环境影响等多方面因素。

（1）管道缺陷评估与分类。在发现缺陷后，需要进行全面的评估。评估的目的是确定缺陷的性质、严重程度和可能引发的后果[6]。将缺陷进行分类，区分出紧急性高的缺陷和相对优先级较低的缺陷，有助于合理分配资源和制定针对性的处理策略。

（2）选择合适的处理方法。根据缺陷的性质和严重程度，选择合适的处理方法。对于较小的腐蚀问题，可以采取修复措施，如局部修补和涂层保护。而对于严重的裂纹和焊接缺陷，需要更为严格的处理，甚至可能需要更换管道段。选择合适的处理方法需要综合考虑技术可行性、安全性和经济性。

（3）处理优先级的确定。在处理缺陷时，根据评估结果和缺陷的紧急性，确定处理的优先级。紧急性较高的缺陷需要立即处理，以防止事故的发生。而对于优先级较低的缺陷，可以在适当的时机进行处理，以保障管道的长期安全运行[7]。

（4）采取安全措施。在进行缺陷处理时，必须采取严格的安全措施，确保操作人员和环境的安全。涉及到焊接、切割等操作时，需要进行周密的计划和预防措施，以避免火灾、爆炸等事故的发生。

（5）强化维护管理。缺陷处理并不是终点，管道的维护管理同样重要。处理后的管道需要定期检测和维护，以确保缺陷得到有效控制，不会再次引发问题。维护管理包括定期检测、涂层保护、防腐措施等，能够延长管道的使用寿命，降低事故风险。

（6）数据记录与总结经验。每次的缺陷处理过程都应该进行详细的数据记录，包括缺陷的性质、处理方法、效果评估等信息，为今后的缺陷处理提供参考。在实际操作中，通过不断总结和改进，可以逐步提升缺陷处理的效率和准确性。

3 管道缺陷分类处理方法

3.1 腐蚀缺陷

由于管道腐蚀造成局部减薄缺陷，安全状况等级为3 级，评价结果为基本符合要求的局部减薄缺陷，采取缩短检验周期的方法（一般缩短到3 年或3 年以内），通过加密检验频率，在更短的周期内监控缺陷的变化，以便及时掌握发现缺陷的发展情况[8]。

对于安全状况等级为4 级，评价结果为不符合要求的局部减薄缺陷，出具检验意见通知书，要求使用单位对缺陷超标的管段部位进行维修，维修后经过二次检验，确认壁厚符合要求后，出具合格检验报告。

防腐方案的选择要考虑经济因素和地理条件，将发生腐蚀的可能性降到最低。

涂料防腐：涂料防腐具有很高的生物活性和较好的耐腐蚀性，其施工较容易，使用范围宽，能满足造型复杂的结构防腐，易维修，可重涂。

缓蚀剂保护：使用缓蚀技术，在腐蚀介质中，加入少量的一种或几种物质，使金属的腐蚀速度大幅度下降，延长管道的使用寿命。

金属喷涂渗镀技术：在现有材料的钢制管道表面喷涂耐腐蚀性物质，提高耐输送介质的腐蚀性（如在碳钢管表面喷铝，以提高耐二氧化硫的腐蚀性）。

电化学保护：在金属管道施加一定的保护电流，通过改变金属管道的电位，减缓金属管道腐蚀的速度。

3.2 裂纹缺陷

为了应对裂纹问题，需要进行裂纹检测与评估。裂纹的及早发现可以避免事故的发生，确保管道系统的稳定性。常用的裂纹检测技术包括超声波检测、射线检测等。超声波检测可以通过声波的传播情况来判断裂纹的位置和大小，射线检测则可以清晰地看到管道内部的裂纹情况。通过裂纹的检测与评估，可以及早判断裂纹的危害程度，采取相应的处理措施。

当裂纹问题被确认存在后，需要采取适当的修复和加固措施。对于小裂纹，可以采取局部修复的方法，通过焊接、胶合等方式，将裂纹处的材料连接起来，恢复管道的完整性。对于较大的裂纹，需要进行管段更换或全面修复。在修复的过程中，需要确保修复材料的质量和强度，以确保管道的稳定性[9]。

3.3 焊接缺陷

通过NB/T47013—2015《承压设备无损检测》和TSGD7005—2018《压力管道定期检验规—工业管道》对缺陷进行评级。对于安全状况等级为3级，评价结果为基本符合要求的焊接缺陷，采取缩短检验周期的方法（一般缩短到3 年或3 年以内），通过加密检验频率，在更短的周期内监控缺陷的变化，以便及时掌握发现缺陷的发展情况。对于安全状况等级为4 级，评价结果为不符合要求的焊接缺陷，出具检验意见通知书，要求使用单位进行整改，整改后经过再次无损检测，确认无严重缺陷后可出具合格检验报告（表1）。

表1 典型焊接缺陷Tab.1 Typical welding defects

3.4 结构缺陷

对于管道结构上违规安装的管件问题，这类缺陷为管道本体结构存在着标准上不允许存在的结构，给予更换处理的意见。结束修补后需要做复核检查工作。最后重新评价等级，在达标后准许重新使用。

3.5 其他缺陷

检验中缺陷形成主要原因为机械损伤。对于机械损伤处，采取打磨消除的处理办法，打磨后形成圆滑过渡凹坑，凹坑按照TSGD700J—2018《压力管道定期检验规则——工业管道》3.2.4 的规定进行评价，经评定符合要求后可继续使用；对于管道本体凹陷处有沟槽的情况，经表面无损检测未发现其他缺陷，安全状况等级评定为3级，可监控使用。

4 管道缺陷处理措施的效益

基于收集到的数据，对缺陷类型的分布进行了分析。在大庆油田的压力管道系统中，主要的缺陷类型包括管道腐蚀、裂纹和焊接缺陷。通过统计数据，发现腐蚀是最为普遍的缺陷类型，占据了总缺陷数量的60%；其次是裂纹，占比20%；焊接缺陷占比15%；其他类型缺陷则占剩余的5%。这些数据呈现出了压力管道系统中不同缺陷类型的相对重要性[10]。

（1）保障管道系统的可靠性与持续运行，提高产量。在石油工业的发展中，压力管道作为能源输送的主要通道，其安全稳定运行对于石油资源的高效利用和工业链的畅通无阻至关重要。然而，受长时间的运行和外界环境的影响，管道腐蚀问题成为制约管道系统稳定运行的主要难题。为了确保管道系统的可靠性和持续运行，需采取有效的防腐措施。以某作业区为例，区平均单井日产液39.77 t，日产油1.35 t，单井集油管线穿孔需停井4 h 进行处理，影响产液6.63 t，产油0.23 t，2021 年处理集油管线穿孔109 井次，累计年增液722.49 t，增油24.53 t。

（2）延长管道使用寿命是防腐措施的最大效益之一。管道在长时间的运行中，会受到介质的腐蚀和外界环境的影响，从而逐渐产生腐蚀。通过外部涂层保护、阴极保护等防腐措施，可以有效隔离管道与介质的接触，减缓腐蚀的速度，从而延长管道的使用寿命，不仅可以降低维护和更换成本，还能够确保管道系统长期稳定运行。

（3）提高管道系统的可靠性。管道腐蚀问题可能导致管道壁的减薄和破损，从而降低管道的承载能力，甚至引发泄漏和安全事故[11]。通过防腐措施的实施，可以有效减少腐蚀引发的安全风险，提高管道系统的可靠性。

（4）降低维护成本。腐蚀问题会导致管道频繁的维修和更换，增加维护成本。通过防腐措施可以减缓腐蚀的发生，降低维护频率，从而降低维护成本。

（5）环保效益。防腐措施的效益不仅体现在管道系统的可靠性和经济性上，还体现在环保方面。腐蚀问题可能导致管道泄漏，释放有害物质对环境造成污染。通过防腐措施可以减少泄漏和污染的发生，保护周边环境的安全和健康。按照环保要求，落地污油1 m2以上为生产事故。管道穿孔时，从穿孔到关闭阀门的过程按0.5 h 计算，一次穿孔污染面积约为8 m2，对缺陷进行处理后，减轻了环保压力。

（6）提升工作效率，减少用工量。管道系统的维护和更换需要耗费大量的时间和人力资源。防腐措施可以减少频繁的维护和更换工作，从而提升工作效率。减少维护工作的同时，还能够保证管道系统的正常运行，提高生产效率。处理一处穿孔一般需要4 h 和4 名员工，按8 h 为1 个人工，处理一次穿孔需要2 个人工，2021 年共穿孔1 068 次，人员用工量为2 136 人次，对管道缺陷进行处理后，相当于减少了2 136 个人工。

5 管道缺陷处理的启示

（1）预防优先于治理。从缺陷分析和处理措施可以看出，预防管道缺陷的发生远比事后处理重要。采取防腐措施、定期检测等预防性措施可以有效降低缺陷的发生概率，减少事故风险。因此，在管道建设和运维中，要始终坚持预防为主的原则，从源头上减少缺陷产生的可能性。

（2）多层次监测与维护。管道缺陷的处理需要多层次的监测与维护手段相结合。从可视检查到定量评估，再到力学性能测试和仿真模拟分析，多种手段协同工作，确保缺陷处理效果的准确评估。在管道系统的运行中，定期的检测和维护工作不可或缺，以确保缺陷没有进一步产生影响。

（3）专业技术人才培养。管道缺陷的处理需要具备丰富的专业知识和技能的人才，包括焊接技术人员、检测人员以及工程师等各个领域的专业人才。通过不断的培训和学习，提高技术人才的素质，才能够保障管道系统的安全性和可靠性。

（4）科技创新的应用。从高效的检测技术到先进的焊接方法，科技创新可以提高缺陷处理的效率和质量。因此，在研究和实践中，要积极探索新的技术手段，将科技创新应用于管道缺陷的处理过程中。

（5）信息共享与合作。不同领域的专家可以相互交流经验和知识，从而提高缺陷处理的水平。在石油工业中建立起信息共享的平台，促进各领域的合作，有助于形成综合性的管道缺陷处理体系。

（6）综合考虑多因素。管道缺陷处理是一个复杂的过程，涉及多个因素的影响。在制定处理策略和措施时，需要综合考虑材料特性、工艺要求、环境因素等多个因素。只有全面考虑各个方面的因素，才能够制定出科学合理的处理方案。

6 结束语

油田压力管道的安全隐患不容小觑，了解管道缺陷的种类与成因，认识到其潜在的危害，是采取有效预防和处理措施的前提。通过加强检测监测、维护管理和安全培训，可以更好地保障油田管道的安全运行，从而确保能源的稳定供应。油田压力管道缺陷分析与处理是一个涉及多个环节的复杂过程，需要今后不断学习和总结。