1、管道穿插高密度聚乙烯管技术 在石西油田集输管线修复、防腐中的应用何帆秦奎丁亮 石西油田作业区摘要： 管道穿插高密度聚乙烯 (HDPE)管是近几年发展起来的一项在已腐蚀旧管线 中穿插内衬管达到修复、同时防止管线进一步腐蚀、延长管线使用寿命的一种新型长输管线 修复、防腐革命性工艺技术。该技术是将外径比主管道内径稍大的高密度聚乙烯管经过等径压缩装置暂时减小 HDPE 管的外径，由牵引机将缩径后的 HDPE 管穿插于需要修复、防腐的管 线中，经过 24小时，带有记忆特点的 HDPE 管外壁就与被穿插管线内壁紧紧地结合在一起， 达到修复、防腐的目的。石西油田从 2002年开始在多条己腐蚀的旧集输管线中进
2、行了管道内 穿插 HDPE 管，不仅对已多处腐蚀穿孔的管线起到了很好的修复作用，而且从现场已近 4年的良好运行状况强有力地表明了其优异的防腐性能。内穿插集油管线运行至今未出现任何腐蚀 破损问题，使用效果良好。关键词：管道穿插修复防腐管道腐蚀是油田生产中的一个普遍现象和比较严重的问题。在管道内穿插高密度聚乙烯 管 (皿 PE管 )技术出现以前，虽然普通钢管采用各种防腐手段，但它的使用寿命只能达到 1015 年左右。并且使用过程中可能经常出现管线腐蚀穿孔、难以修复的问题。旧管道修复是减少 油田等工业投资、降低成本、延长管线有效寿命的革命性技术，异径管道穿插HDPE管防腐技 术在美、英两国已成功地应
3、用于油气田、市政工程的各种管道防腐工程中。在国内，管道穿 插技术已成功地在部分油田长输管线中应用，打开了管线修复、防腐技术的一新领域。一高密度聚乙烯 (HOPE)管性能及特点1良好的物理性能(1)密度小、重量轻、运输、安装方便； (2)使用温度范围广，低温性能优良，特别适用于高寒地区及各种恶劣环境；(3)弹性模量小，当温度波动时其内应力较小，可有效地保证管道安全使用；(4)导热系数低，仅有042Wink，可以起到良好的保温作用；表一 HDPE 管的物理化学性能指标序号 项目 性能指标1 密度gcm3 0 941 0 9652 抗拉强度 (230C)MPa 21243 软化温度0c 1264 脆
4、化温度oC 一 705 熔点 1856 抗伸屈服压力肝a 207 纵向尺寸收缩率 38 长期静液压强度肝a 89 导热系数W=k 0 422有良好的化学稳定性，耐腐蚀性能好。由于 HDEP 分子无极性，化学稳定好，一般使用环境中的土壤、电力、酸、碱等因素都 不会使该管线腐蚀或损害，也不会滋生细菌，微生物或草类等。室温下除少数强氧化剂外， 大多数化学介质对其不起作用 (耐 50 H2S04， 600C，耐浓缩盐酸、 600C，耐饱和硫酸钙、276氢氧化钙、40氢氧化钠、lOo一氧化碳、100-氧化碳、二氧化硫等)。3低摩阻，防止结垢，降低能耗HDPE 管内壁表面粗糙度只有 0 01mm ，摩阻阻
5、力系数极小，并且在使用年限内不会随时 间改变。在重力流量系统中，达到相同的流量要求的 HDPE管内径要比钢材质管道内径要小，所 需能量要低。4优异的耐磨性能在相同条件下， HDPE与钢管作耐磨实验对比，结果表明： HDPE管道的耐磨性为钢管的 4倍。5良好的耐冲击性能HDPE管材具有良好的柔韧性和耐冲击性， 2 5倍的工称压力的水锤压力不会对管道造成 任何损害。6适用于修复范围： 输送介质压力不大于 32MPa。 输送介质温度不大于 75 。输送介质固体含量低，以免对管道造成磨损。：管道穿插高密度聚乙烯(HDPE)管技术原理：HDPE 管道穿插技术是在主管道内插入一条高密度聚乙烯管 (HDPE
6、) 的方法。该技术是将 外径比主管道内径稍微大一些的 HDPE管经过四级等径压缩装置暂时减小 HDPE管的外径，然 后由牵引将缩径的 HDPE 管插入主管道中，经过去时 12小时后带在记忆特点的 HDPE 管又恢复到原来的直径，这样穿插入的 HDPE管就主管道紧紧地结合在一起，利用 PE管耐腐蚀、强度高的优异性能达到修复已腐蚀管线、内防腐的目的。图一：穿插 HDPE管工艺流 图二：优良性能 HDPE三高密度聚乙烯 (HDPE)管穿插技术特点1管道整体性能好，质量可靠穿插 HDPE管道后的管道，充分发挥了各层材料的特点。 HDPE管是一种热可塑性材料， 这种材质的材料不会生锈，不会腐蚀，无蚀迹，
7、不会腐化且具有良好的抗化学作用和流动特 性，同时也具有突出的耐磨损性，使用寿命长达 50年。主体管道的抗压抗冲性能为提高管线的抗压能力，延长管线的使用寿命提供了可靠的保障。2修复成本低，管道有效寿命长用该技术进行旧管道修复，可以大幅度降低综合成本，提高管道线的使用寿命 3 10倍，正常情况下，管线寿命长达 50年。3修复速度快，一次性修复距离长HDPE穿插速度可达20mmin，一次可穿插1-2Kin。对于生产管线特别具有优越性，在准 备充分的条件下，可以大大缩短管线的停产时间，并且大幅度降低开挖工作量。全线焊接， 无法兰。由于使用已取得专利的焊接管段的特殊技术可以实现全线焊接，无法兰口，不留任
8、 何后患。4使用范围广利用本技术可穿插直径 75mm-900mm 不同直径的管线，可广泛地应用于天然排污管道、市政气，煤气，输油管道，注水管道、高压管道、工程管道以及各类工业管线、海底管线。图三：穿插 HDPE管原理示 图四：穿插 HDPE管现场施四管道穿插 HDPE管配套技术1管道物理清洗技术高压水射流及 PIG物理清洗技术，可有效清洗管线内焊熘、污垢、氧化皮、泥沙及其他 异物，为穿管的成功提供了可靠的保障。2 HDPE管和焊接技术HDPE 管热熔焊技术，可有效地将 HDPE 管连接在一起，且焊接的强度可达到 HDPE 管本身的强度。3法兰及无法焊接技术使钢管与 HDPE 管连接牢固可靠、达
9、到管线承压要求。五HDPE管道穿插工艺流程 清洗焊接一试压压缩一穿插一牵引一恢复一联结六石西油田集输管线腐蚀与 HDPE管道穿插应用情况1集输管线腐蚀状况2000年以来，石西油田部分油区已进入中高含水生产阶段，集输管线腐蚀矛盾日益突出， 石西 2#、 5#、 6#计量站至石西联合站集油管线在 2003年期间，集输管线就发生了 100多处 (次 )278腐蚀穿孔、破损，严重影响油田的正常生产与环境保护。图五： 石西 5#计量站集输管线腐蚀穿孔情况2集输管线腐蚀原因油田腐蚀原因 经对管壁附着物及油井采出水进行全分析，调查结果表明采出水中普遍含硫化物，油井伴生气中含 H2S、 C02，个别井采出水中
10、硫酸盐还原菌高达 106以上，表明井下腐蚀的因素是 多方面的，除井底温度高外，硫酸盐还原菌和伴生气中含H2S、C02是腐蚀的主要因素。a)油田集输管线腐蚀穿孔与输送介质的物理性质密切相关，石西原油中乳化物质不高，且油水比重相差较大，当采出液温度及含水率较高时，大量的水很容易从采出液中分离出来。b)管线随沙丘走势起伏较大，当流速过慢时，流体易在坡底发生层流现象，泥砂及垢的 沉积为SRB腐蚀创造了有利条件；在流速、流向变化的部位，管线底部形成相对“死水”， 硫酸盐还原菌在管壁底部附着，形成硫酸盐还原菌腐蚀。如石西 5#站管线腐蚀发生在将穿越油田公路爬坡的最低处，由 273X7 的集输管线，产 液量
11、 206m3 d，含水 76，由此可算出，其管内流速仅为 0 04m s。含水超过 70，与正常要求 的 0 2“-0 3m s的要求相差较大。现场观察腐蚀管线可明显看到管线有三个界面：下部为黄 色 (水线，曝氧后生锈 )；中部为黑色油线；上部为浅黑色；有少量的垢，都较平整，可以看 出液体在管内有分层流动状态现象。此外，在底部形成跳跃式鼓包，挑去鼓包，可见带尾巴 的圆坑，说明流体在管线底部形成严重的点蚀及冲刷腐蚀。c)集输管网主要因素除H2S、C02外，主要为SRB电化学腐蚀引起的坑蚀。d)水中的氯离子对腐蚀起着加速作用，特别是对于形成的孔蚀具有 “自催化酸化作用 ，对形成的蚀孔进一步深挖，最
12、终导致管线腐蚀穿孔。以往防腐措施及效果：a)从井下产出液源头开始，做了一定程度的井下防腐阻垢技术研究与应用。通过对腐蚀 程度比较严重的油井投加防腐、阻垢剂，减轻产出液对井下、地面管线的腐蚀程度；b)增加端点添加防腐阻垢剂连续加药装置，减轻产出液对井下、地面管线的腐蚀程度； c)牺牲阳极法保护 经现场试验与应用，虽然起到一定的减轻与减缓作用，但是腐蚀情形依然严峻、破损频次较高。2793集输管线皿 PE管的穿插修复2002年开始，从石西、石南油区各计量站到联合站主要集输管线采用 HOPE管穿插工艺， 进行旧管线的修复与防腐工作。至 2005年集输管线共穿管近 30Km，运行时间将近 4年，目前 没
13、有出现管线腐蚀穿孔、破损现象。 施工准备a)放线定操作点：根据实地勘测管线情况，作好定点标识，开挖操作坑，定穿插点、牵引 点，用标牌标识。b)设备搬迁定位安装：在牵引点摆放 30T牵引机一台、 2T绞车一台、压风机一台。 牵引机直对管线中心线用于穿插牵引 PE管， 2T绞车用于穿绳过程，压风机用于 PIG物理清洗及风动穿绳。穿插点摆放缩径机一台、液压站一台， 5T、 0 5T绞车各一台。缩径机用于 PE管穿插时， 将 PE管通过压缩轮缩径 7 10，直对管线中心摆放；液压站给缩径机提供动力： 5T、 0 5T 绞车用于穿绳过程。牵引机、缩径机用地锚、支撑架固定，用紧绳器将设备与地锚拉紧固定。断
14、管、机器人内窥、穿绳、物理清洗、试穿断开待修复管线，用机器人对管道进行内窥，探明管线内壁状况，同时将 0 5T钢丝绳穿 入管内，后用 0 5T钢丝绳将 2T绞车钢丝绳、 2T钢丝绳将 5T钢丝绳、 5T钢丝绳将 30T 钢丝 绳穿过管内完成穿绳作业。物理清洗：用 30T牵引机作清洗动力，钢丝绳、皮碗由断管内通过，清洗管内硫化物、污垢。用 5T绞车钢丝绳将 30T牵引绳拉回，用小于管内径 4mm的通径规，进行通径作业。 为保证 PE管一次内穿插施工质量，先进行 PE短管内穿插试验，试穿插 PE管长度应不小于 20米。试穿插过程中，观察牵引力变化情况。用 20米长未经缩径 PE管由 30T牵引机自
15、穿 插点至牵引点进行试穿插作业，PE管拉出后，通过观察PE管表面拉痕，判断物理清洗、清镏 是否成功。如拉痕少、浅划痕深度不能超过其壁厚的 15，则试穿成功，否则重新清管。满足 要求后，可进行整体穿管施工。()HDPE管焊接、试压 焊接人员用热熔焊机液压站将两根 PE管拉入热熔焊机，铣平两个端面，端面保持垂直、平行，拿出铣刀，放入预热到设定温度的电热板，用液压站对 PE管加压，在设定温度下加热到规定时间，提出电热板，用液压站加压，20分钟后焊接完成，用电刨刨平焊口。 封堵焊接到要求长度的HDPE管两端，封堵一端预留进风闸阀，通气加压，作强度密封性实验，气压为 0 1MPa，时间为 15分钟，管线
16、无泄漏为合格。HDPE 管缩径穿插a)HDPE 管准备完毕，进行 HDPE 管穿插。调好四级缩径轮，打开液压站， HDPE 管穿入缩径机，导入待修管线。b)30T 牵引机拉着 PE管自穿插点向牵引点运行，采用多级等径压缩工艺技术，缩径范围 为管径的 7一 10，内衬应匀速前进，牵引速度控制在 15-20m min，牵引力不得大于 HDPE管280屈服强度的 50； c)穿插、牵引点各预留 12米 HOPE管停车，以便 HOPE管回缩和管口处理； d)当环境温度低于 0度时，应对 HOPE 管采取加温、保温措施。 e)管道或管件对接焊缝组对时，内壁应齐平，内壁错边不宜大于壁厚的 10，且不应大于
17、2mm。f)牵引机拉紧40分钟，松开牵引绳，预留量部分回缩入管，24小时后HOPE管恢复记忆， HOPE管与钢管内壁紧密配合。 两段管线连头、外抗压管制作：各段 HOPE管穿插结束 24小时后，即可进行 HOPE管连头作业，连头作业完毕后，即可 进行外抗压管的制作，外抗压管用4米325mm钢管连接两端大小头，连接段环形空间用水泥 填充，把灌浆口焊接封堵。管道整体试压、吹扫a)管道试压应符合 长输管道安装工程强度 (严密性 )试验工艺 的要求，具体要求如 下表：介质 永 压缩空气检验项目 强度 严密性 强度 严密性 试 设计压力 125P P 115P P验 P10压 设计压力15P P力P10
18、分三次升压，升压值依次为试验压 升压间隔 20rain，其 升压步骤 力的12，13、16。每次间隔15min， 他要求同水质试验稳压时间 20minkm且lh lhlm且4h lOminkm且lh lhl【m且12h巡线检查无泄 巡线检查无泄漏压 管道试验合格标准 目测无变形漏 目测无变形 降率试验合格注：管道耐压试验参数 (肝 a)b)管道吹扫 采用空气吹扫目测无烟尘时，在排气口设置涂白漆帖布的木质靶板检验， 5min 靶板上无铁锈、尘土、水份及其他杂物为合格。 竣工验收完成工程合同规定的项目内容后，施工单位提交竣工报告及竣工资料，包括：工程交工 验收证书；工程质量评定证书；竣工图、设计变
19、更通知单；HOPE管出厂合格证、材质化验单 等。4应用效果 从 2002年石西 2#、 3#一石西联合站集输管线采用管道内穿插 HOPE管修复已腐蚀的旧管线应用效果良好以来，至 2005年石西油田已应用管道内插 HOPE管技术修复、防腐油田集输管线 7条，累计长度达到 28 5km。从应用至今，所有内穿管未出现腐蚀穿孔与破损现象。具281体应用情况如下表：表二：石西油田集输管线穿插 HDPE管情况统计序 管径 投用 运行 穿管修 穿管后 穿管后运行 号 管线名称地点 大小 管线长度 时间 状况 复时间 运行时间 状况l 石西2#一3#一联合站集输干线 DN300 278I【m 1996 200
20、2 4年2 石西 6#一联合站集油干线 DN200 175k皿 1996 2003 2年3 石西7#-一联合站集油干线 DN250 4 654km 1996 2003 2正DN250 2 0km 1998 腐蚀 2004 1年4 石南 4油区一石南联合站干线 穿孔 未出现腐蚀DN300 45 km 1998 2004 I笠 穿孔与破损 频繁5 石南 3#、 4#、 5#、 14#一石南 4DN200 48km 1999 2005 05年干线6 基东 1#-2#-3#- 混输泵房 DN200 4 6km 1999 2005 05年7 混输泵房一联合站干线 DN300 35 km 2002 200
21、5 05年 合计 28 584Km主要应用效果如下几方面：良好的管线内防腐效果 由于采用的 HDPE管为非金属管材，其防腐性能远比金属管材优越，因而管道穿插 HDPE管后，其内防腐效果良好。从使用运行效果来看，第一条穿插集输管线已平稳运行了近 4年，没有再出现过腐蚀穿孔的现象，表明其内防腐效果优良。 强大的管线修复效果在石西油田这些普通钢制集输管线采用内穿 HDPE管以前，基本都是已经使用了 5一年的旧管线，管线内腐蚀情形严重，管线普遍多处腐蚀穿孔。石西2#、3#、5#、6#站一石西联合站集输管线腐蚀穿孔打管卡多达 100余处，几乎不能满足油田正常生产。经过内穿插 HDPE 管后，耐压强度较高
22、的 HDPE管紧贴在被穿钢管内壁，对已经腐蚀变薄或穿孔的部分起到贴 补和修复的作用。这一工艺技术对使得原有已多处腐蚀损坏难以用常规修补方法修复、不能 满足生产运行的旧管线 “重获生机 ”，表现出强大的管线修复效果。 延长集输管线使用寿命 根据石西油田部分普通钢制集输管使用经验，使用寿命在 5 15年左右。而采用钢管穿插HDPE 管后使用寿命可达 50年以上。巨大的经济效益目前一条钢制 DN325mm 的集输管线的建设费用达到 50万元 km左右，管道穿插 HDPE 管费 用大约是新建或更换管线的 60-70 左右，比更换或新建管线节约费用 30-_40 左右。由于穿 插 HDPE管使用寿命比钢
23、管延长 3一 10倍，因而在使用寿命内节约管线更换费用可达到 150万元以上，经济效益巨大。 施工安全性高如果采用传统方式用新的管道更换旧管道，不仅需要将旧管线挖出，而且需要将旧管线 分段切割拆除，新管道分段焊接。由于旧管线内残留大量的油污，给动火施工安全带来很大 的危险；采用 HDPE 管内衬修复旧管道，不需要将旧管线全部挖出，只需要在旧管线上每隔282500 600米的距离开挖一个操作坑，进行穿管牵引即可。不仅重新利用了 1日管线，而且动火作业少，保证了施工的安全。如石南联合站 9#、 11#、 12#管线总长 2 235km，只开挖 5个操作坑。施工周期短采用 HDPE 管内穿插修复旧管道，不需要将旧管线全部挖出、拆除，也不需要将新管线 回填，这样不仅将施工时间大大缩短，而且减少了在施工期间油井关井或进罐生产拉油的损 失。七结论1集输管线采用内穿插高密度聚乙烯管能很好地起到修复旧管线的作用；2集输管线采用内穿插高密度聚乙烯管能有效地起到防止管线腐蚀破损的作用；3集输管线采用内穿插高密度聚乙烯管能有效地延长管线使用寿命，经济效益显著；4集输管线采用内穿插高密度聚乙烯管技术可行、适用、效果较好。参考文献1卢绮敏等著 石油工业中的腐蚀与防护 ，中国腐蚀与防护学会、化学工业出版社 2001年 10月第一 版。283
