油氣管網堵漏技術分析及新技術應用展望

肖旭暉　李媛

摘要：文章針對采油廠油氣管網泄漏問題，結合管道運行情況和泄漏處理機制，通過分析其中的弊端與不足，明確優化點，提出了應用新型復合材料帶壓堵漏技術，以此提高管道堵漏施工的成功率與施工效率，力求在不停產、不動火或安全動火的情況下完成堵漏，使泄漏損失降到最低，避免事故的發生。

關鍵詞：油氣管網；管道泄漏；帶壓堵漏；復合材料；堵漏施工

中圖分類號：TE973 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0035-03

1 采油廠管道泄漏處理機制分析

海洋采油廠油氣管道泄漏簡要處理過程為：（1）發現：集輸大隊發現管道檢測系統報警，或護衛大隊巡線發現管道泄漏或盜油盜氣卡子；（2）應急啟動：采油廠生產辦啟動油氣管道泄漏應急預案，通知維修大隊，準備進行堵漏施工；（3）施工：維修大隊通知值班基層隊，根據管道泄漏情況進行備料等工作，實施堵漏施工；（4）完工驗收：檢驗封堵效果，試壓檢測，堵漏完成后生產單位恢復生產。

采油廠陸地輸油管網包括兩部分，分別為：（1）海三聯，海五聯，海二站——海四聯；（2）海四聯——孤六聯——孤島首站。

這兩部分輸油管網已于2004～2006年建成管道泄漏檢測定位系統，實現了對陸地輸油管網的在線監測。

1.1 采油廠油氣管道檢測原理分析

海洋采油廠采用的管道泄漏檢測方案主要是人工巡線加儀表儀器的常規方案，其中儀表儀器包括管道泄漏檢測定位系統、PCM管道檢測技術。

人工巡線的應用：巡線人員采取車輛或步行等機動方式，逐一檢查摸清外輸管道情況，由于外輸管道多埋于地下，且沿途穿插魚池、濕地、鹽灘等地點，地形復雜、環境惡劣，加之沿途工廠及鹽場的建立，這種方法受到了越來越多的應用限制。

儀表儀器的應用情況：（1）GPS時間標簽法的應用：集輸大隊所使用的管道泄漏檢測定位系統基于GPS時間標簽法，此方法是在負壓波的基礎上，利用GPS進行脈沖信號時間同步，并同步各傳感器數據采集的信號，通過采樣頻率與時間標簽的換算，分別確定管道泄漏點上游和下游的泄漏負壓波的速度，利用泄漏點上下游檢測到的泄漏特征信號的時間標簽差，即可確定管道泄漏的位置；（2）PCM檢測技術的應用：PCM是一種通過分析地下管道中電流的變化，研究埋地管道防腐層狀況的不開挖檢測技術，可用于埋地管道定位，也可用于管道防腐層狀況檢測。采油廠護衛大隊巡線人員利用PCM管道檢測設備，對管道損傷、穿孔和盜油暗卡等進行探測。

1.2 管道堵漏搶險過程中存在的問題

海洋采油廠維修大隊接到油氣水管道泄漏類突發事件通知后，其處置簡要過程為：應急報告→應急準備→應急處置→應急終止。

通過維修大隊統計并結合經驗分析，得出了在堵漏施工階段，主要存在以下疑難情況，限制了我們高效完成堵漏施工：（1）現有的堵漏施工方案大多需要動火作業，如果泄漏現場存在油氣大量外泄等不安全因素，消除這些隱患需要較長時間，在增加施工難度的同時，不安全性也大大提高；（2）一旦發現泄漏，往往需要停輸泄壓，費時費力，如何在保證不停輸的前提下高質高效地完成堵漏，是我們急需解決的問題；（3）泄漏管道常常處于低洼地段，在關閉漏點兩端泵點與閥門后，泄壓仍然需要較長時間才能完成，嚴重延誤了采油廠外輸、生產任務。

1.3 現有問題的解決方法

基于多年的油氣管道堵漏經驗，維修大隊已能熟練應用多種堵漏方案完成施工，而隨著采油廠產量的逐年增加，對油氣外輸管道的性能要求逐年增高，現今急需尋找一種新型堵漏方案，力求在不停產、不動火或安全動火的情況下完成堵漏，使泄漏損失降到最低，避免事故發生。結合現有管道實際情況綜合考慮后，復合材料管道修復等新型技術可提供不動火、高效率等技術優勢，彌補現有技術的不足。

2 堵漏施工方案優化

2.1 堵漏施工現狀分析

2.1.1 維修大隊堵漏施工現狀分析。

油氣管道泄漏事故可分為以下6類：（1）管道腐蝕穿孔泄漏；（2）焊縫破裂泄漏；（3）打孔盜油、盜氣泄漏；（4）法蘭連接松動泄漏；（5）地震、風暴潮等因素造成的油氣管道斷裂；（6）其他因素引起的

泄漏。

由于現有技術及施工條件等原因限制，維修大隊對于油氣管道泄漏穿孔一般采取焊接法、盲筒止竊法等需要停輸泄壓或動火作業的方案進行堵漏，以下為常用方案：（1）焊接法；（2）堵焊法；（3）捆扎法；（4）盲筒止竊法；（5）鋼帶拉緊補漏法。

這5種堵漏方案配合堵漏工具，可以安全快捷地完成現階段應急堵漏任務，但大多需要采取停輸泄壓的方式進行施工，這樣不僅延誤外輸生產進度，而且耽誤最佳堵漏時間。

2.1.2 國內帶壓堵漏施工現狀分析。帶壓堵漏是一種將不可控的泄漏通過夾具等方式變為可控泄漏后，再關閉泄漏的技術。帶壓堵漏技術主要需要解決如下技術難題：（1）低壓直管堵漏速度慢，須放空；（2）低壓彎頭須放空電焊，隱患大，延誤生產。

注劑式密封技術已成為石油石化行業比較成熟的堵漏技術，現階段被國內普遍采用的是以注劑式密封為核心技術的帶壓堵漏方案。對于壓力在2～3MPa壓力以上的石油、天然氣管道泄漏以及法蘭、閥門等疑難位置的泄漏，可以采用注劑式密封技術。

注劑式密封技術的操作步驟如下：（1）結合管道結構和泄漏點數據，預制夾具；（2）在泄漏管道和預制夾具間注入經過調配的密封注劑，建立新的密封體系；（3）注入密封注劑后，注劑壓力遠遠大于泄漏介質壓力，介質泄漏被強行止住，通過密封注劑自身的凝結度，能夠維持住一定的工作密封比壓，并在短時間內形成一個堅韌的、富有彈性的新密封結構，達到封堵泄漏點的目的。

注劑式密封技術已成為一套成熟的堵漏流程方案，但同時因為注劑式密封工藝具有耗時長、對操作技巧要求高、施工難度大、成本高等缺陷，固在埋地管道的一般堵漏施工中不采取該方案。

注劑式密封技術在復雜多樣的泄漏現場有著以下應用難題：（1）夾具對泄漏本體的適應能力不強，無法提高不可控泄漏點的夾具預制和操作速度；（2）泄漏管道結構脆弱，夾具設計不應對泄漏本體形成二次破壞；（3）注劑式密封專用夾具質量較大，人工抬舉操作困難；（4）現場缺乏能夠補注和注入微縫的密封

注劑。

綜合以上原因，注劑式密封技術在具體堵漏施工中的劣勢仍十分明顯。

2.2 基于開挖的復合材料管道缺陷修復技術

通過查閱國內外新型管道堵漏技術和相關技術在國內的應用情況，結合采油廠管道運行特點，筆者注意到基于開挖的復合材料管道缺陷修復技術有著高模量、修復層質量輕、施工方法簡單、成本低等優勢，符合我廠迅速堵漏恢復管道設計性能的要求。

復合材料管體缺陷修復技術是利用涂敷在缺陷部位的高強度填料以及管體和纖維材料層間的強力膠，將集中在管道缺陷部位的應力均勻地傳遞到復合材料修復層上，復合材料與缺陷管道緊密結合、協同變形，合理分布缺陷管道應力，從而起到補強目的。與傳統的金屬材料修復方法相比，復合材料修復技術具有明顯的優點：（1）復合材料比強度、比模量高；（2）復合材料可設計性強；（3）復合材料有多種成型工藝，便于進行大面積或者結構較為復雜的補強；（4）修復過程無需停輸、修復時間短、成本低、現場修復所需設備簡單。復合材料的這些優點基本滿足了長輸油氣管道對管體修復材料的技術要求，已成為管道缺陷修復技術的一個發展趨勢。

目前，復合材料管道缺陷修復技術主要有兩種修復方法：一種是預成型法，一種是濕纏繞法。

2.2.1 復合材料管道缺陷修復技術-預成型法。預成型法是采用不飽和聚酯和玻璃纖維在工廠中預先根據含缺陷管道的管徑制備復合套筒，然后在修補現場通過強力膠將復合套筒粘結于管道表面，從而起到恢復管道強度的目的。

復合修復材料的技術指標如下：適用運行壓力≤25MPa（管道補強時）；適用溫度：-29℃～82℃；抗拉伸強度516～688MPa；材質：單向電化級玻纖/間苯二甲酸聚酯樹脂；彈性模量：≥3.45×104；屈服應變率≤1.5；電阻率≥1×109Ω2/cm；膠抗剪切強度>8.2MPa；填料抗壓強度>55MPa；23℃固化時間≤2.5h。

復合材料預成型法的優點：與其他修復方法相比，可在不動火和無需停輸和降壓的條件下，完成整個堵漏操作。復合材料易于安裝，施工方便快捷，只需少數人力操作，不需大型挖掘施工機具及設備配合，整個過程省時省力，從纏繞到膠體固化僅需3小時，之后即可進行保溫、防腐和回填操作，100%恢復管道的運行能力。復合材料預成型修復方法是一種永久性的修復技術，其長期可靠性已經在國內外眾多堵漏案例中得到現場應用的驗證。

復合材料預成型法的缺陷：復合材料預成型修復方法因管道的缺陷位置、缺陷范圍和深度的不同而受到一定應用限制。

2.2.2 復合材料管道缺陷修復技術-濕纏繞法。濕纏繞法（Wet wrap），首先將不含樹脂的柔性纖維布纏繞在需要補強的油氣管道上，同時將樹脂涂刷在纖維布上，在一定溫度和時間下樹脂將會固化，并與纖維形成復合材料，復合材料緊貼在需補強管道之上，分擔了大部分結構和介質沖擊載荷，從而起到修復管道的目的。濕纏繞法用于管道缺陷修復中一般以環氧樹脂為復合材料的基體、以碳纖維片材為復合材料的增強材料。

該方法在我廠管道補強修復中已有相關應用。

這種技術的優點主要有：（1）作業簡便、快速，現場修復設備簡單；（2）碳纖維布柔韌性好，可修復高焊縫余高、嚴重錯邊、嚴重變形等管體缺陷，也可用于彎頭、三通等異型件的缺陷修復；（3）碳纖維的比強度高、比模量高，修補厚度薄，僅為鋼材厚度的1/5就能達到相同補強效果；（4）可采用不同的粘結樹脂和施工工藝，適用溫度范圍廣。

參考文獻

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作者簡介：肖旭暉（1990-），男，山東聊城人，勝利油田海洋采油廠助理工程師，研究方向：海上平臺綜合維修、油氣水暖管道堵漏與補強技術等。