山區油氣管道廢棄處置技術簡析

吳東容 余東亮 賀煥婷 謝躍輝 孫海軍 呂正龍 楊川

1國家管網集團西南管道有限責任公司2中國石油青海油田分公司

管道廢棄是油氣管道全生命周期管理的最后環節[1]。當管道上游油氣資源枯竭、下游市場占有率下降、管道運行風險過大或者管輸經濟性差且管道無其他潛在用途時，管道廢棄將不可避免[2-3]。近年來，在借鑒國外油氣管道廢棄處置技術的基礎上，國內開展了陸地管道廢棄處置技術研究，其研究成果已在部分管道上應用[4-8]。目前，陸地油氣管道廢棄處置技術主要針對普通管道，而對于大落差、地形起伏大的山區管道尚未見相關文獻報道。隨著地區經濟發展，山區用地愈發緊張，原有管道的部分路由已不能滿足地方發展規劃的需要。因此，山區管道改線時有發生，原路由管線需做廢棄處置，急需基于現有技術開展山區油氣管道廢棄處置技術研究。

1 管道廢棄處置技術現狀

1.1 廢棄方式

對于油氣管道廢棄，拆除和就地廢棄是常見的兩種方式[9]。拆除能夠徹底消除管道安全和環境風險，對未來土地利用不造成影響，但工程量大、成本高、施工周期長，適用范圍受管道所處地理環境限制。與拆除相比，就地廢棄具有工程量小、成本適中、施工周期短的特點，但通常需要采取惰性氣體封存或管道注漿等輔助措施，以控制管道廢棄后可能產生的安全環保風險[10]。在實際工程應用中，將管道拆除和就地廢棄組合使用更為科學有效[11-12]。通常，輸氣管道廢棄包括氮氣置換、管道分段、管段拆除、管段注漿或惰性氣體封存等環節；輸油管道廢棄則包括氮氣推球排油、管道清洗、管道分段、管段拆除、管段注漿或惰性氣體封存等。相較于輸氣管道，輸油管道廢棄處置主要增加了管道清洗環節。

1.2 處置技術

1.2.1 管道清洗

管道清洗是輸油管道廢棄處置過程中的關鍵環節。常用的清洗方法包括物理、化學以及物理-化學結合法[13]。目前，廢棄管道的清洗多采用物理-化學結合法（圖1），即將物理清管器與化學清洗劑相結合，組成清洗列車對管道實施清洗。此方法具有清洗速度快、清洗劑用量適中、清垢能力強的特點，已在部分管道上成功應用[4]。

1.2.2 管道拆除

管道拆除是管道建設的逆向過程，可完全借鑒建設時的技術與設備[10]。不同的是，廢棄管道的結構強度較新建管道低，且管道內殘留的油氣可能引發爆炸或造成環境污染[14]。因此，管道拆除時應結合實際，合理選擇切割、吊裝方式，切割作業時加強對可燃氣體濃度的檢測，搬運過程中要做好端口封堵以防止殘留物灑落[15-16]。

圖1 組合清洗列車配置示意圖Fig.1 Schematic diagram of combined cleaning train configuration

1.2.3 管道就地廢棄

（1）惰性氣體封存。選擇惰性氣體封存時，管內氣體壓力應在0.02～0.04 MPa之間[17-18]。為防止導流效應的產生[12]，需對管道進行分段隔離。就地廢棄管道每2～4 km 應設置一處隔離，具體間距可根據管道周圍地形進行適當調整。對于穿越水體、環境敏感區域的管道，應在穿越的出、入口分別設置隔離。

（2）管道注漿。管道注漿包括長距離和短距離注漿兩類[8]，其中短距離注漿對象為穿越公路、鐵路、水體、建筑物等區域的管道。常用的注漿材料有水泥類、化學類以及黏土類，實際工程中應根據現場情況合理選擇注漿材料并優化其配比[19-20]。目前，管道注漿方法主要有純壓力注漿法和真空輔助壓力注漿法，其中純壓力注漿法適用于短距離（一般2 km 以內）管道，真空輔助壓力注漿法則適用于大口徑、長距離管道[6]。

2 管道廢棄方式選擇

2.1 一般管道

山區油氣管道沿線地理環境復雜，應結合現場實際，對不同管段選擇不同的廢棄方式。對于地上管段，應采取拆除的方式進行廢棄處置；對于埋地管段，則應結合土地利用、安全環保、處置成本等因素綜合考慮決定。當管道上方土地有開發利用計劃或需要深耕種植時，由于管道就地廢棄會影響日后土地的正常使用，應選擇拆除的方式進行處置；當管道上方土地無開發利用計劃或只需耕種淺根作物時，在做好分段隔離措施的條件下，可選擇注入惰性氣體就地廢棄管道。對于穿越公路、鐵路、水體、建筑物等特殊區域的管道，為避免管道拆除或原位腐蝕后可能造成的土地沉陷，可選擇管道就地廢棄后注漿處理。

2.2 特殊管道

2.2.1 陡坡段管道

山區油氣管道的敷設常常翻越高陡山坡，導致陡坡段管道的形成（圖2）。由于地理環境的限制，拆除陡坡段管道大部分只能依靠人工完成，整個拆除作業需要在陡坡上實施，不僅耗時費力、作業難度大且安全風險高，也會對周圍環境造成破壞。加之管道拆除后會打破原有的管土平衡，相當于搬離了土地的支撐物（管道），坡體的穩定性將受到影響[12，21]。因此，對陡坡段管道進行廢棄處置時，建議選擇就地廢棄的方式。當管道必須拆除時，在作業前應對陡坡的穩定性進行評估，作業過程中要重點加強人員的安全防護及環境保護，管溝回填后還需采取有效措施恢復原有地貌。

2.2.2 并行管道

因山區線路選擇受限，并行管道在山區油氣管道中尤為多見。不同于單條管道的廢棄處置，并行管道廢棄方式的選擇應重點考慮對相鄰管道的影響，需要結合現場調查結果進一步評估相關風險后確定，并應取得相鄰管道所有方的同意。無論采取何種廢棄方式，在處置過程中要注意加強對相鄰管道的安全防護，以及隧道、橋梁、水工保護等共用設施的保護。對于并行管道陰極保護系統拆除與否，應根據實際情況統籌考慮。若陰極保護系統單獨設置，建議采取拆除的方式進行廢棄處理；若陰極保護系統為聯合設置，則建議對其進行保留并定期維護。

3 廢棄管道處置技術要點

3.1 管道清洗

山區輸油管道清洗的難點通常在下坡段管道，由于地形起伏劇烈、管道落差大，下坡段管道易形成不滿流現象，造成清洗劑、沖洗水等清洗介質不能與管道內壁充分接觸，從而影響管道清洗效果。因此，在山區管道清洗作業時，清洗劑注入點宜選擇在管道相對低點，以利于形成清洗劑段塞。在清洗過程中，應嚴格控制清洗列車前后壓差，通過控制清洗列車運行速度來保證清洗劑段塞的穩定以及段塞與管道內壁的持續有效接觸。若下坡段管道距離過長，通過技術控制仍然難以實現清洗劑段塞穩定的長距離運行，可采取分段處理的方式對管道實施清洗。當管道存在變形并且影響清洗列車通過時，也應對此處管道進行分段清洗處理。針對山區管道清洗效果的驗證，應重點驗證下坡段管道的清洗質量，驗證方式包括但不限于中間段切開檢查、沖洗水油/脂濃度檢測、可燃氣體濃度檢測等。

3.2 管道拆除

不同于普通管道的拆除，山區油氣管道的拆除需要綜合考慮地形地貌、交通條件、施工技術、環境保護等因素。在整個拆除過程中，尤其要加強對作業人員的安全防護以及周圍環境的保護。拆除作業前，對于無法通過公共道路進入的施工地點，應修建臨時性施工道路；開挖管溝時，務必做好預防邊坡失穩、管溝塌方、堆積土石方滾落等安全措施；切割、吊裝與搬運管道時，應結合現場實際選擇適用于山地施工條件的設備與工藝，并根據施工工序進行合理的現場布置；恢復地貌時，為降低對環境的影響，應將原有種植土原位回填，同時選種有利于水土保持的當地物種。

3.3 管道分段隔離

對于山區油氣管道，由于地形起伏大，管道原位腐蝕后其導流效應將更加突出，造成的生態環境破壞也將更加嚴重。為有效杜絕此類現象發生，山區油氣管道就地廢棄后的分段隔離措施應嚴于普通油氣管道，隔離間距應在相關規定的基礎上適當縮短。

表1 某山區油氣并行管道廢棄油氣管道分段處置Tab.1 Segments disposal of abandoned oil and gas pipelines in a mountainous ares

3.4 管道注漿

山區油氣管道注漿作業的重點在于控制上、下坡段管道的注漿質量。對于上坡段管道，若注漿材料流動性小或固化時間短，則可能因漿體堵塞管道而致注漿作業無法繼續；對于下坡段管道，與管道清洗類似，不滿流現象將嚴重影響管道注漿質量。為確保山區油氣管道的注漿效果，應對注漿材料的流動性、填充率、固化時間以及結石強度等指標進行嚴格控制，同時配以合適的注漿設備與工藝，以保證地形起伏段管道注漿質量。若地形起伏過大，不能通過技術控制保證注漿效果，則可在適當位置對管道進行分段處理，以確保特殊地段管道的注漿效果。

4 實際案例

4.1 管道概況

某山區天然氣管道與原油管道并行敷設，其中天然氣管道管徑1 016 mm，設計壓力10 MPa；原油管道管徑813 mm，設計壓力15 MPa。因管道原路由與人口密集區間距不足，為了保證管道的本質安全，徹底解決該段管道高后果區隱患治理問題，對該段管道進行了遷改（圖3），原路由管道作廢棄處置。

圖3 管道走向示意圖Fig.3 Pipeline direction schematic diagram

4.2 管道分段

綜合考慮土地規劃、基本農田、公路、鐵路、河流穿越等因素，將天然氣管道與原油管道分4段進行處置（表1）。

4.3 現場處置

鑒于天然氣管道、原油管道在改線動火作業前已分別進行了氮氣置換和氮氣推球排油，且現場檢測管道內氮氣濃度合格，故不再進行上述操作。管道廢棄的現場處置主要包括以下內容：

（1）利用組合清洗技術對原油管道進行清洗，通過嚴格控制清洗列車前后壓差，避免下坡段管道產生不滿流，確保原油管道清洗質量。

（2）根據管道分段處置要求，采用冷切割方式對天然氣管道、原油管道進行4段隔離處置。

（3）借鑒山區管道施工技術與設備，按照管道建設時的逆向過程對建設用地范圍內管段進行拆除。

（4）向林地敷設管段內注入惰性氣體，保持氣體壓力在0.02～0.04 MPa之間，并分3段進行隔離。

（5）配置流動性、固化時間、結石強度等符合要求的漿液，采用純壓力注漿法對穿越公路、鐵路、河流的管段進行注漿。

（6）將種植土原位回填，并選種有利于水土保持的當地植物。

5 結論

油氣管道廢棄處置是一項復雜的系統工程，涉及廢棄方式選擇、輸油管道清洗、管道注漿或惰性氣體封存、管道及其附屬設施拆除等一系列技術。山區油氣管道廢棄處置具有以下特殊性：

（1）陡坡段管道宜選擇就地廢棄的方式，并行管道的廢棄方式需結合現場調查經評估后確定，并應取得相鄰管道所有方的同意。

（2）輸油管道清洗的難點在于控制下坡段管道的清洗質量，清洗劑注入點應選擇在相對低點，清洗過程中需嚴格控制清洗列車前后壓差，防止產生不滿流現象。

（3）管道的分段隔離措施應嚴于普通管道，隔離間距應在相關規定的基礎上適當縮短。

（4）管道注漿作業的重點在于控制上、下坡段管道的注漿質量。為確保地形起伏段管道的注漿效果，應嚴格控制注漿材料的流動性、填充率、固化時間以及結石強度等指標，同時配以合適的注漿設備與工藝。