雙金屬復合管內襯塌陷問題與建議

潘 旭，周永亮，馮志剛，劉志明，陳賀龍

中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000

雙金屬復合管內襯塌陷問題與建議

潘 旭，周永亮，馮志剛，劉志明，陳賀龍

中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000

雙金屬復合管在油氣生產集輸現場應用過程中較易出現內襯層塌陷問題，使得管道通球作業和管道預防性內檢測無法進行，難以掌握管道運行狀況；同時，內襯塌陷使得管道運輸能力降低，嚴重影響管道正常運行。介紹了塔里木油田應用的雙金屬復合管所采用的三種復合制造工藝，通過對比分析不同工藝制造的復合管運行情況，得出內襯層塌陷主要原因為水下復合制造工藝的缺陷，制造過程中內襯層與基管之間存在未排盡的水蒸汽與空氣，在管道受熱時水蒸汽與空氣膨脹引起內襯塌陷；而采取液壓法與旋壓法制造的復合管暫未發現內襯塌陷。提出了后續站場建設采用液壓法與旋壓法制造的復合管，并采用機械性能更好的雙相不銹鋼2205材質作為內襯的建議。

雙金屬復合管；內襯層塌陷；復合工藝

近年來，由于雙金屬復合管優異的耐腐蝕性能與性價比，在油氣集輸中大面積應用，但也存在比較突出的問題，困擾著現場安全生產。雙金屬復合管在運行過程中由于制造工藝的缺陷較易出現內襯塌陷問題，導致不能定期對管道進行通球作業與內襯層檢測，無法主動掌握管道剩余使用壽命，只能采取刺漏后的被動處理，另外內襯塌陷降低了管道的管輸能力，因此采用合理的復合管制造工藝避免內襯層塌陷，對復合管的安全運行與推廣應用至關重要。

1 雙金屬復合管主要內襯復合工藝

雙金屬復合管內襯層復合工藝一般分為冶金復合與機械復合，現場使用的多為機械復合管。機械復合主要包括三種主要工藝：

（1）水下爆炸工藝，如圖1所示。

圖1 水下爆炸復合工藝示意

將裝配好的內外管整體放置在水槽內，將集束炸藥放置在內襯管軸線上，通過炸藥瞬間產生的爆炸力，引起水槽內水壓瞬間增高，從而推動內襯管在直徑方向向外擴張，在軸向方向向內收縮，向外擴張的內襯管在水壓的作用下，擴張至外基管的內表面上，復合成形。

（2）液壓擴徑工藝，如圖2所示。

圖2 液壓復合工藝示意

將裝配好的內外管完全密封呈密閉長筒，并對襯管與基管之間的空隙設置排氣孔，再將液體注入管內，逐步給管內的液體加壓，使得內襯管在直徑方向上向外擴張，在軸向方向上向內收縮。通過連續逐步施壓，使得內襯管最終達到塑性變形，外基管仍處于彈性變形范圍內，同時，較大限度地排除了襯管與基管之間的空氣等雜質，實現內襯與基管間較高的結合力。當通過壓力表判定達到設計壓力要求時，釋放壓力，復合完成[1]。

（3） 機械旋壓工藝，如圖3所示。

圖3 機械旋壓法復合工藝示意

將裝配好的內外管，通過一個模具沿內襯管軸線拉拔前行。該模具通過滾珠與內襯管接觸，滾珠有一定的錐度（通常為1∶25、1∶50）和一定的擴張與收縮范圍。通過拉拔模具擠壓、擴張的方式，將內襯管在直徑方向復合到外基管的內表面上，并通過繼續擴張使外基管也處于彈性變形的范圍內。當外力去除后，內襯管呈塑性變形無法收縮，外基管處于彈性變形呈收縮趨勢，但受內襯管的限制，外基管內表面強力地嵌合在內襯管的外表面上，復合成形。同時，模具推動內襯層去擠壓基管，能夠將內襯層和基管間的空氣較大限度地被排除，進而使得內襯與基管結合力較高。

三種復合工藝的優缺點對比情況見表1。

表1 復合管主要復合工藝對比

2 三種雙金屬復合管現場應用

2.1 外防腐制作過程中的塌陷

塔里木油田克深區塊某一批次復合管單根長12 m，全長1.752 km，均采用水下爆炸復合工藝制造，在對該批管道進行三層聚乙烯防腐涂層外防腐制作過程中，發生了較嚴重的內襯塌陷，統計情況見表2。

表2 內襯層塌陷比率

與此同時，采用液壓擴徑法與機械旋壓法制造的復合管在外防腐層制作過程中未發生內襯塌陷。

2.2 運行過程中的塌陷

克深區塊內部120 km集輸管道采用了三種不同內襯復合工藝制造的雙金屬復合管，在運行過程中，發生了較嚴重的內襯塌陷，統計情況見表3。

表3 集輸復合管運行過程中內襯塌陷統計

由表3可見，水下爆炸復合工藝制造的復合管出現嚴重塌陷。現場管道打開后情況如圖4所示。管道運行過程中，由于無法對所有管道打開檢查內襯塌陷情況，不能完全統計管道運行過程中發生的內襯塌陷，但是從每次刺漏時的管道打開情況來看，發現管道存在內襯塌陷的概率為80%后發生刺漏，每次打開的管道均為水下爆炸制造的復合管，可見運行過程中水下爆炸制造的復合管內襯塌陷情況普遍存在。另外，采取液壓擴徑法、機械旋壓法制造的壓力管道自投運以來，由于還未發生刺漏情況，因而未進行管道打開；同時，也未對管道進行過通球作業，因此，還未發現塌陷，但這不排除塌陷存在的可能性。

圖4 管道內襯塌陷形貌

3 內襯塌陷的原因分析

到目前為止，現場應用中僅發現水下爆炸工藝制造的復合管有較嚴重的內襯塌陷問題。主要原因有：

（1）水下爆炸復合制造工藝存在缺陷。水下爆炸復合工藝由于不能完全釋放基管與襯管之間的雜質，成品管基管與襯層之間常會殘留水與空氣等雜質，同時成品管在出廠前又做了端部封焊，這樣水與空氣等雜質就會一直殘留在基管與內襯之間[3]。

（2）基管與襯管的熱膨脹系數差別大，管道受熱時收縮差異大，在基管與襯層間介質膨脹作用下發生塌陷。基管與襯管的熱膨脹系數差別高達（7～8）× 10-6/℃，在外防腐制作過程中，管體需加熱到200℃，殘留在基管與內襯之間的水與空氣膨脹作用在襯層上，襯管材質熱膨脹系數較大，在水與空氣膨脹作用下襯管的變形幅度大于基管而產生鼓包現象。同理，在運行過程中，管道介質溫度在60～100℃范圍內波動，由于溫度的變化、內襯與基管熱膨脹系數的差異大、襯層與基管間水和空氣的存在，引起內襯塌陷[4]。

（3）采用液壓擴徑法與機械旋壓法制造的復合管還未發現鼓包現象，應用效果明顯好于水下爆炸復合工藝。液壓擴徑法與機械旋壓法能將基管與襯層之間的空氣較大限度地排出，實現內襯與基管之間較高的貼合率，同時不帶入水等其他雜質，因此，暫時未發現其內襯塌陷現象[5-6]。

4 結論與建議

（1）水下爆炸工藝制造的復合管內襯與基管間殘留有水和空氣，內襯與基管熱膨脹系數的差異大，使得在外防腐制作過程中、管道運行過程中產生大面積的內襯塌陷，導致管道現場運行過程無法清管，難以對管道進行預防性內檢測，不利于壓力管道完整性管理工作的開展。

（2）采用液壓擴徑法與機械旋壓法制造的雙金屬復合管由于能較精確控制復合過程，能實現內襯與基管間較高的貼合率，發生內襯塌陷的可能性遠遠低于水下爆炸復合工藝制造的復合管。因此建議后續站場建設采用液壓法與旋壓法制造的雙金屬復合管。

（3）建議管道選型可采用內襯雙相不銹鋼2205的復合管，雖然其價格比316L內襯復合管高三分之一，但雙相不銹鋼2205屈服強度為450 MPa，遠遠大于316L的170 MPa屈服強度，同時其機械強度和膨脹系數與碳鋼基管基本一致，配合液壓法與旋壓法的復合工藝，可最大限度減少內襯層塌陷的發生，因而可確保管道的輸送能力，實現通球作業的通暢，從而降低管道內積液，減少腐蝕的發生，也可實現管道內預防性檢測，主動掌握管道運行狀況。

[1]劉富君，鄭津洋，郭小聯，等.雙層管液壓脹合的原理及力學分析[J].機械強度，2006，28（1）：99-103.

[2]郭明海，劉俊友，龐于思，等.雙金屬管復合技術的研究進展（上）[J].鋼管，2013，42（1）：11-16.

[3]陳明徽，蔡休剛.國外雙金屬復合鋼管生產概況[J].鋼管，1997，26（6）：23-28.

[4]孫育祿，白真，張國超，等.油氣田防腐用雙金屬復合管研究現狀[J].全面腐蝕控制，2011，25（5）：10-13.

[5]SY/T 6623—2005，內覆或襯里耐腐蝕合金鋼管[S].

[6]巢鵬飛，楊連發，于強，等.塑性成形技術在金屬復合管制備中的應用及展望[J].塑性工程學報，2005，12（2）：42-47.

Problems and suggestions on collapse ofdouble metalcomposite pipe lining

PAN Xu，ZHOU Yongliang，FENG Zhigang，LIU Zhiming，CHEN Helong

PetroChina Tarim Oilfield Company，Korla 841000，China

Double metal composite pipes often appear lining collapse problem in field oil and gas production application，making pipeline pigging operation and preventive internal detection impossible，thus it is difficult to know well the pipeline operation state.At the same time，the collapse of the pipeline lining reduces the pipeline transportation capacity and seriously affects the pipeline normal operation.This paper introduces three manufacturing processes of double composite pipes applied in Tarim Oilfield.Through comparative analysis of the field application of the three kinds of double composite pipes，the following results are obtained:The lining collapse of the double composite pipe manufactured by underwater explosion method happens mainly due to expansion of not exhausted steam and air between the inner lining layer and the base pipe as the pipe heated；But the lining collapse of composite pipes manufactured by hydraulic method and spinning method has not been found yet.It is proposed that in the subsequent pipeline station construction，composite pipes manufactured by hydraulic method and spinning method should be used，and the stainless steel2205 lining materialshould also be used because of its better mechanicalproperties.

double metalcomposite pipe；internallining collapse；composite process

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.01.014

潘 旭（1986-），男，四川開江人，工程師，2008年畢業于西南石油大學化學工程與工藝專業，從事油氣田設備工藝管理工作。Email：273931282@qq.com

2016-10-17；

2016-12-05