复合软管内穿插修复技术在油田的适用性研究.pdf

技术应用/Technology Application石油石化节能 https:/管道非开挖内修复技术一般是指管径小于 1 m的管道，利用少开挖或非开挖的方法对埋地金属管道进行修复的技术，该技术可有效解决高后果区管道隐患治理问题1，相比传统管道更换措施，具有土地费少、工程量小、施工周期短、时效性长等优点2-4。目前，成熟的管道内修复技术有风送挤涂、软管翻转和软管内穿插三种5-7，综合直线施工距离、承压强度及施工质量，选取涤纶纤维增强 TPU复合软管内穿插修复技术在油田的适用性研究于庆龙（大庆油田有限责任公司第四采油厂）摘要：随着三次采油技术的工业化推广，水驱、聚驱、三元复合驱多种开发方式并存，埋地金属管道内腐蚀现象频发，为有效解决环境敏感区非开挖管道维修更换问题，引进了复合软管内衬穿插修复技术。通过对软管内衬材质性能评价、管道修复缩径后水力计算，确定涤纶纤维增强 TPU复合软管可根据原低压金属管道运行工况设计，修复后管径可满足生产实际需求，并通过现场掺水管道应用试验评价，进一步明确了涤纶纤维增强 TPU 复合软管可适用于管径大于60 mm的油田集气输油、污水等低压系统金属管道修复。内穿插修复工艺与传统管道修复技术相比，时效可提高 50%，节省更换成本 10%25%，节约掺水泵电能消耗约 10%，具有较好的经济效益与社会效益，该技术可在油田进行推广应用。关键词：软管内衬；内衬修复；水力计算；现场试验DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2023.08.008Research on the applicability of internal penetration repair technology for compositehose lining in oilfieldYU QinglongNO.4 Oil Production Plant of Daqing Oilfield Co，LtdAbstract：With the industrialization and promotion of three extraction oil recovery technology andthe coexistence of multiple development methods of water flooding，polymer flooding and ASP flood-ing，the corrosion phenomenon in buried metal pipelines occurs frequently In order to effectivelysolve the maintenance and replacement of non-excavated pipelines in environmentally sensitive areas，the composite hose liner interpenetration repair technology is introduced Through the performanceevaluation of the hose lining material and the hydraulic calculation after the pipe repair and reduction，it is determined that the polyester fiber reinforced TPU composite hose can be designed according to theoperating conditions of the original low pressure metal pipeline，and the pipe diameter after the repaircan be met the actual production needs.Through the application test and evaluation of the water mixingpipeline on site，it is further clarified that the polyester fiber reinforced TPU composite hose can beused for oil and gas gathering and transportation in oilfields with a pipe diameter greater than 60mm.Compared with the traditional pipeline repair technology，the time efficiency be increased by 50%，saving replacement cost by 10%25%.Even more to the point，the electric energy consumption of wa-ter mixing pump is saved by about 10%，which has good economic and social benefits.This technologycan be popularized and applied in oilfield.Keywords：hose lining；lining repair；hydraulic calculation；field test作者简介：于庆龙，工程师，2013年毕业于东北石油大学（应用化学专业），从事完整性管理工作，0459-4555324，黑龙江省大庆油田有限责任公司第四采油厂工艺研究所，163511。引文：于庆龙复合软管内穿插修复技术在油田的适用性研究J石油石化节能，2023，13（8）：35-39.YU QinglongResearch on the applicability of internal penetration repair technology for composite hose lining in oilfieldJEnergy Conservation in Petroleum&PetroChemical Industry，2023，13（8）：35-39.35石油石化节能 https:/于庆龙：复合软管内穿插修复技术在油田的适用性研究 第 13卷第 8期（2023-08）复合软管内穿插作为金属管道内修复技术在大庆油田 采 油 四 厂 第 二 作 业 区 高 后 果 区 管 道 进 行 试 验应用。1技术原理及工艺复合软管内穿插修复技术是使用圆织纤维增强的树脂软管，通过外力缩径及牵引穿过整条被修复管道，经过流体胀管将其形成一个永久管道结构体与原管道完全贴合8-9。也就是说，复合软管内穿插修复技术是采用复合软管衬入待修复管道，形成内衬非金属管防腐性能与原金属管道机械性能合二为一的“管中管”复合结构，复合软管内穿插修复技术原理见图 1。复合软管内穿插修复技术实施分为前期准备和内穿插施工两部分。前期准备包含管线探测、外防修复、更换弯头和管线取直，明确管道路由，定位全线拐点，并将管道外防破损点修复排除后期管道外腐蚀隐患。采用4D（管道直径）弯头将原1.5D弯头替换，保证复合管过弯胀管后可与原管完全贴合 无 截 流 点，穿 渠 部 分 采 用 原 管 径 碳 钢 管 替 换“几”字弯管段取直，便于施工阶段一次性穿插修复。内穿插施工阶段包含操作坑开挖、断管，通球清管达 St2 等级，同时将钢丝绳带到修复起始端，复合软管现场折 U 并牵引穿插，打压胀管使内衬管定形，接头处理保证与原管连接密封，试压投运。2室内筛选2.1PE和 TPU两种内衬材质性能对比为保证内衬材质可满足集输管道工况运行需求，对其承压、耐温及介质相容性等性能进行测试评价。内衬管材性能参数对比见表 1。非金属内衬材质常用的有 PE、TPU、PVDF 三种材质10，由于PVDF 硬度较大不适合内穿插且价格偏高，因此选PE和 TPU两种材质进行对比。表 1内衬管材性能参数对比Tab.1 Comparison of performance parameters of lined pipes项目层间剥离强度/(kNm-1)爆破强度/MPa纵向拉断力/kN热空气老化性能设计参数1.63.019.0(802)168 hPE软管检测参数1.842.042.123.203.303.0021.0020.4021.20通过通过通过平均2.003.2020.90通过TPU软管检测参数6.366.086.284.204.404.3029.3029.5029.70通过通过通过平均6.244.3029.50通过从两种材质的性能评价对比可看出，TPU 材质的剥离强度、爆破强度、纵向拉断力均高于 PE 材质，因此建议使用 TPU作为内衬材质。2.2水力计算进行复合软管内穿插修复后，会增大原管道壁厚，减小流通截面，在摩阻系数不变的情况下，压降和温降均增大，因此进行水力计算，确保内穿插修复的可行性。试验管道基础数据见表 2，A 计量间站间掺水管道水力热力计算见表 3，B 井单井掺水管道水力热力计算见表 4。管道修复后过流能力与修复前管道的过流能力的比值按公式计算：B=neniDiDe83 100%（1）式中：B为管道修复后与修复前的过流能力比；ne为原管道的粗糙度，mm，取 0.035；ni为新管道的粗 糙 度，mm，取 0.009；De为 原 管 道 的 平 均 内图 1复合软管内穿插修复技术原理Fig.1 Principle of composite hose internal penetration repair technology36技术应用/Technology Application石油石化节能 https:/径，mm；Di为内衬管的内径，mm。由此可以得出，114 mm4.5 mm 管道修复后过流能力是修复前的 315%，60 mm3.5 mm管道修复后过流能力是修复前的 287%。可见，旧管道采用承压复合软管内衬修复后，虽然管径减小，但由于承压复合软管内壁光滑，水力特性得到改善，输量有大幅度的提高。用 Pipe-phase建模计算，原 管 道 内 穿 插 修 复 缩 径 后 可 满 足 实 际 生 产需求。3现场试验3.1试验前期准备工作试验选取高后果区内 A 计量间站间掺水管道和B 井单井掺水管道进行复合软管内穿插修复试验。2020 年 8 月9 月，结合外防腐检测项目进行管道中心线探测，根据坐标确定管道起、终点及拐点开沟位置，并对外防破损点位进行修复。10 月 8 日，根据管道探测坐标及埋深，将拐点1.5D弯头换为4D弯头，并将穿渠段管道采用原管径碳钢管取直。3.2内穿插施工2021年 8月 10日9月 19日，按照施工流程采用复合软管内穿插技术。先后修复了 475 m 的 B 井单井掺水管道（60 mm3.5 mm）、修复了1 366 m的 A 计量间站间掺水管道（114 mm4.5 mm），并在 B 井计量间处加装三段修复管段串联阀组，一次性最长修复 950 m，每条管道平均施工周期 58 d。以 A 计量间站间掺水管道为例，该管道沿村屯内道路敷设，临近民房，穿耕地大棚，属“双高”管道。修复内衬根据原管道运行工况，采用涤纶纤维增强 TPU 复合软管，设计压力 2.5 MPa，爆 破 压 力3.75 MPa，最高运行温度 90。为保证管道顺利穿插作业，该站间掺水管道分两段施工，即计量间至拐点 416 m 和转油站至拐点 950 m，所有连接处采用不锈钢法兰连接，并用水泥浇筑，保证其气密性。试压阶段，B 井单井掺水管道和 A 计量间站间掺 水 管 道 均 采 用 80 热 水 加 压 至 6.0 MPa，并3.0 MPa保压 12 h，修复管道全程无渗漏。3.3运行评价截至 2022年 9月，修复后的 B 井单井掺水管道和 A 计量间站间掺水管道已运行 1 a，温度、压力平稳，无渗漏现象。同时，对服役 1 个月、3 个月和 1 a时内衬性能进行评价，结果见表 5。在内衬承压性能方面，53 mm2.85 mm 涤纶纤维增强 TPU 复合软管，运行 1 a 后平均剥离强度 6.25 kN/m、爆 破 强 度 4.3 MPa、纵 向 拉 断 力29.5 kN，各承压性能指标无衰减，并且高于掺水管道设计压力（2.5 MPa）、爆破压力（3.75 MPa，1.5倍设计压力），可作为油田低压管道应用。涤纶纤维增强 TPU 复合软管新管的红外光谱见图 2，服役 1 a 的红外光谱见图 3。在介质抗性方面，通过 1 a 的掺水、热洗高温介质运行，涤纶纤维增强 TPU复合软管用红外分析其化学组分变化情表 2试验管道基础数据Tab.2 Basic data of test pipeline管道名称A计量间站间掺水管道B井单井掺水管道设计日输液量/m3531.041.3管线长度/km1.5350.487含水率/%9998管线规格/(mmmm)1144.5603.5修复后规格/(mmmm)1054532.85表 3A计量间站间掺水管道水力热力计算Tab.3 Hydraulic and thermal calculation of water mixing pipeline between stations in metering room A日外输/m3531750500起点压力/MPa1.81.81.8起点温度/656565终点压力/MPa1.61.51.7终点温度/63.864.263.6备注当前实际外输量设计最大外输量（经济流速：1.2 m/s）设计最小外输量（经济流速：0.8 m/s）表 4B井单井掺水管道水力热力计算Tab.4 Hydraulic and thermal calculation of water mixing pipeline in single well B日外输/m341.365.040.0起点压力/MPa1.21.21.2起点温度/535353终点压力/MPa1.11.01.1终点温度/52.152.452.0备注当前实际外输量设计最大外输量（经济流速：1.2 m/s）设计最小外输量（经济流速：0.8 m/s）37石油石化节能 https:/于庆龙：复合软管内穿插修复技术在油田的适用性研究 第 13卷第 8期（2023-08）况，可看出各官能团均无增减，100 倍镜微观形貌观察无层间断裂情况，且介质相容性测试均通过，从而判断出掺水介质对涤纶纤维、TPU 材质均无溶蚀作用。在 经 济 评 价 管 道 更 换 方 面，更 换 了 1 000 m的114 mm4.5 mm 站间掺水管道，在无任何穿越情况下工程费 28.44 万元，土地费按 67.9 元/m2计算，估算总投资 44.12 万元，而涤纶纤维增强 TPU复合软管内穿插修复技术管材加施工总投资 35 万元/km，较管道更换至少可节约投资 20.67%；更换了 1 000 m 的60 mm3.5 mm 单井掺水管道，在无任何穿越情况下工程费 14.93 万元，土地费按67.9 元/m2计算，估算总投资 29.18 万元，而涤纶纤维增强 TPU复合软管内穿插修复技术管材加施工总投 资 25 万元/km，较 管 道 更 换 至 少 可 节 约 投 资14.32%。由此可得知，涤纶纤维增强 TPU复合软管内穿插修复技术较更换管道相比，正常施工周期需要58 d，时效可提高 50%，可节约投资 10%25%，表 5复合软管内衬性能评价Tab.5 Performance evaluation of composite hose lining项目剥离强度/(kNm-1)爆破强度/MPa纵向拉断力/kN介质相容性树脂结构成分微观形貌设计参数1.63.01980 168 h/2.0 MPa，pH=9.06检测参数TPU软管服役 1个月径向 6.5；纬向 6.14.429.5通过无变化无变化TPU软管服役 3个月径向 6.4；纬向 6.14.329.5通过无变化无变化TPU软管服役 1 a径向 6.4；纬向 6.14.329.5通过无变化无变化图 2新管的红外光谱Fig.2Infrared spectrum of new tube图 3服役 1 a的红外光谱Fig.3 Infrared spectrum of one year service38技术应用/Technology Application石油石化节能 https:/只是管径越小节约投资越少，但对于无路由更换的管道改造而言，该技术可保证管道的正常运行，修复管道在不受外力情况下至少可延长管道使用寿命20 a，并减少日常运行维护费用。在经济评价节能方面，若以 A 计量间所属转油站辖区管道全部进行涤纶纤维增强 TPU复合软管内穿插修复计算，全站每日掺水泵（2 台 75 kW）耗电 3 600 kWh，管道修复后内壁光滑，过流能力提高 3.15 倍，通过变频器控制掺水 泵 外 输 量，每 日可 节 约 电 量 10%，全 年 节 约 1.314104kWh，折合标煤 1 616.68 kg。4认识及建议1）涤纶纤维增强 TPU 复合软管宜适用于管径大于 60 mm 的油田集气输油、污水等低压系统金属管道修复，且在不受外力情况下可长期平稳运行，有效解决环境敏感区长距离涉水管线治理难题。2）在原金属管道可承压情况下，涤纶纤维增强 TPU 复合软管可作为高压管道内修复内衬材料使用。3）涤纶纤维增强 TPU 复合软管可按原管道运行工况设计，内穿插修复工艺与传统管道修复技术相比，提高了时效，节省了成本，具有较好的经济效益与社会效益。4）涤纶纤维增强 TPU 复合软管受低温环境影响较大，建议内穿插施工阶段宜在环境温度高于0 情况下实施。参考文献：1 刘瑞雪台肇油田管道隐患分析与管理J石油石化节能，2021，11（12）：38-40LIU Ruixue Analysis and management of pipeline hiddendanger in Taizhao oilfieldJ Energy Conservation in Petro-leum&Petrochemical Industry，2021，11（12）：38-402 张菊萍老旧污水管道修复工程实施难点及应对措施研究J工程技术研究，2022（115）：145-147ZHANG Juping Research on implementation difficulty andcountermeasures of old sewage pipeline repair projectJEn-gineering and Technology Research，2022（115）：145-1473 王 海 秋 腐 蚀 管 道 修 复 技 术 J 油 气 田 地 面 工 程，2014，33（8）：109WANG Haiqiu Repair technology of corrosion pipelineJOil-Gas Field Surface Engineering，2014，33（8）：1094 朱原原，羊东明，葛鹏莉，等管道非开挖原位更新技术 研 究 与 现 场 应 用 J 油 气 田 地 面 工 程，2017，36（12）：73-75ZHU Yuanyuan，YANG Dongming，GE Pengli，et alRe-search and field application of pipeline trenchless in-placereplacing technologyJ Oil-Gas Field Surface Engineer-ing，2017，36（12）：73-755 王柱，任广欣，周俊，等风送挤涂纤维增强涂料管道内防腐技术应用J全面腐蚀控制，2018（8）：87-91WANG Zhu，REN Guangxin，ZHOU Jun，et alThe ap-plication of fiber-strengthened inner coating in anticorrosionprocedures with pneumatically-pig-squeezed techniqueJTotal Corrosion Control，2018（8）：87-916 马卫东埋地管道内负压翻衬软管防腐补强修复技术J全面腐蚀控制，2020（9）：65-66，116MA WeidongAnti-corrosion and reinforcement repair tech-nology of negative pressure turning over lining hose in buriedpipelineJ Total Corrosion Control，2020（9）：65-66，1167 黄家校油田集输金属管道腐蚀原因与防腐措施J全面腐蚀控制，2022（5）：91-92HUANG JiaxiaoCorrosion causes and anti-corrosion mea-sures of oilfield gathering and transmission metal pipelineJTotal 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