油田非金屬管道失效原因及標準化建議

劉海超 金 磊 杜曉杰, 夏平原 楊 磊

（1. 中海油（天津）管道工程技術有限公司，天津 300452；2. 天津北海油人力資源咨詢服務有限公司，天津 300452；3. 五行科技股份有限公司，江蘇 泰州 225500）

0 引言

非金屬管道與傳統的金屬管道相比，具有優良的耐腐蝕性、抗結蠟性、結垢性、流體阻力系數小、使用壽命長等優勢，有效緩解了金屬管道腐蝕嚴重的問題[1,2]。

目前，某油田采油廠在供水、注水、排水、天然氣輸送、原油集輸等方面應用11個生產廠家的6類非金屬管道共1638.4km，有效制約了金屬管道的腐蝕、結垢、結蠟等問題，極大地延長了管道的使用壽命。據不完全統計，該廠房某區塊集輸、注水管道原采用的20#鋼管道，僅2年時間就開始大量腐蝕穿孔，整個區塊管道的平均使用壽命為4.1年，2004年開始該區塊在產能建設和老區改造中大量采用玻璃鋼、連續增強塑料復合管和塑料合金復合管，有效的抑制了管道腐蝕穿孔問題。

非金屬管道在油田地面工程應用中，存在破損、滲透等一系列問題[3]，針對自2006年以來某采油廠各類非金屬管道在應用中的破損情況進行了統計分析，如表1所示。從統計數據中可以看出，非金屬管道平均破損率為0.93次/km，孔網鋼帶復合管破損率最高，達到1.38%，用于高壓注水的連續增強塑料復合管破損率最低，為0.17次/km。

1 非金屬管道破損成因分析

目前，非金屬管道破損分為外力損壞、管體質量和連接質量不過關三大類[4]。據不完全統計，通過對某采油廠在2006～2014年間應用1638km非金屬管道進行調研分析發現，管道損壞、滲透發生1378處，其中外力損壞251處，超壓解堵90處，管體破損308處和連接處滲漏813處為主，不同非金屬管道及破損情況如表2所示。

表1 2006～2014年某采油廠非金屬管道應用及破損情況統計

表2 2006～2014年某采油廠非金屬管道破損情況分類

1.1 外力損壞

非金屬管道材質脆，抗外界沖擊能力較弱，當管道周圍出現鉆井、修井、修路、取土、打地錨、開挖坑槽等施工作業時，轄區內的地下管道位置不清或施工方沒有盡到告知的責任致使誤挖，造成管道損壞158處；同時管道穿越溝渠時，未作防護和保溫而暴露在外，造成風化破損9處。

1.2 管道超壓解堵

用于集油系統的連續增強塑料復合管一旦發生凍堵，應采取電加熱使管道介質軟化融開，但在實際情況中，由于作業人員對管道性能的認知不足，發生凍堵時，直接用泵車高壓解堵。對于額定壓力5.5MPa的管道常常將壓力打到20MPa以上，超過管道最大承受壓力損壞90次。

1.3 管材質量

維修中經常遇到一些管體自然破損的情況，如開裂、滲出、刺漏等，經現場解剖，破損點基本表現為密封層厚度不均勻或存在原生性裂紋，說明管材的制造工藝或配料存在問題。

1.4 連接質量

油田在用非金屬管道因材質及結構的不同，其連接方式各不相同[5]，具體連接方式分四類，如表3所示。

（1）玻璃鋼管道的連接方式為螺紋連接，上扣扭矩雖然有標準規范，但并不容易嚴格掌握。連接時易造成扭矩過大而損壞螺紋，扭矩過小失去密封效果，致使在應用過程中易出現滲漏損壞的問題；

（2）鋼骨架塑料復合管和孔網鋼帶塑料復合管采用電熔套筒連接，該連接方式受設備狀態、操作人員素質、天氣因素等影響，并且現場無法直觀檢測熔接質量，將影響連接質量；

（3）塑料合金復合管采用鋼制油壬連接，工廠內將鋼制油壬用樹脂粘接預制在非金屬母材上，現場施工時，旋緊油壬，靠橡膠墊實現管道密封。該接頭要同時完成管體和芯管的密封，管體不密封表現為接頭滲漏，芯管不密封表現為高壓介質竄入芯管和結構層中間，在結構層薄弱處滲出，表現為管體破損；

（4）連續增強塑料復合管和塑鋼復合耐高壓油田專用管采用扣壓式鋼制轉換接頭，其可靠性主要取決于生產廠家的扣壓設備與技術水平。

1.5 施工質量

2006～2008年該廠因施工質量破損的管道數量及原因統計如表4所示。維修施工中，高壓玻璃鋼管道的破損集中表現為連接螺紋滲漏，因管道投產前均經過試壓檢驗，排除了上扣扭矩不足的可能，分析滲漏的原因是螺紋在連接時清潔不夠，加入雜質，工作一段時間后，產生滲漏。鋼骨架塑料復合管和孔網鋼帶塑料復合管的損壞集中表現為電熔套筒滲漏，經維修粘接熔接后的電熔套筒至今未發生滲漏現象，分析認為是管道連接時熔接參數不合理造成。

綜上所述非金屬管道的破壞絕大多數是因不合理施工和使用造成的，管線因產品本身的缺陷或質量不合格產生的損壞微乎其微。

表3 非金屬管道連接方式

以連續增強塑料復合管為例：連續增強塑料復合管又稱Reinforced Thermoplastic Pipe，是一種多層復合的管道結構，其內外層采用耐腐蝕的塑料例如聚乙烯，中間采用纖維，鋼絲，鋼帶等高強度材料作為結構層，提供力學強度，在油田地區主要用于注水和集輸，根據表1所示，目前在該地區連續增強塑料復合管破損數量約為0.17處/km在所有類型管道產品中最低，是質量最穩定的一種管道產品。

實際使用過程中，因為連續增強塑料復合管的主體結構為熱塑性塑料，這就決定了這種管道產品不能承受比較尖銳的刮擦和硬性破壞，在采油廠周邊因鉆井、修井、修路、取土等造成的管線損壞較多，但究其原因卻是施工部門沒有掌握連續增強塑料復合管的特點，沒有系統的對地下管線布置情況進行整理分析，導致了管線頻頻發生損壞。

2 建議

2.1 完善非金屬管道施工質量監督制度

用戶單位應對施工方采取有效的質量管理，并配套相應的獎懲措施。建立了一套行之有效的質量監督、管理和備案制度，有效杜絕野蠻施工，保證管道施工質量。

表4 2006-2008年非金屬管道因施工質量破損數量及原因統計表

2.2 延長非金屬管道施工的保修期

大多數的非金屬管材廠家標稱的管道使用壽命均在30年以上，由于非金屬管道特殊性，一些施工的質量隱患并不馬上暴露出來，而是隨著時間的推移，逐漸顯現出來。應適當延長保修期，確保管材在油田應用中的工程質量。

2.3 合理采用連續增強塑料復合管電加熱解堵裝置

使用連續增強塑料復合管電加熱解堵裝置，可以根本上解決超壓解堵、管道大面積破損的情況發生。2009年某采油廠推廣使用電加熱解堵工藝，到目前共完成9次29.6km的連續增強塑料復合管解堵施工，既提高了解堵效率，又節約了大量的車輛、維修、人工費用，同時連續增強塑料復合管大面積破損情況得到基本控制。

2.4 加強非金屬管材選型的科學論證

非金屬管道的使用壽命較長，應選擇實力強、規模大、質量穩定的廠家，進行室內檢測、評價，便于以后的維修、售后和索賠，能夠最大程度上保證使用單位的利益。通過實際應用優選出來的管材，在應用上應保持一定的連續性和推廣性。對于新型的管材應在小面積試用的基礎上，進行充分的評價后，再決定是否大面積應用

同樣，以連續增強塑料復合管為例，國內目前標準文件較多，近年有所改善，國內標準單位將RTP及同類管道產品都歸屬SY/T 6662之內，但仍存在標準過多，混亂的現象，增強材料不同，就出現不同的標準文件，但現實中在同一環境應用，同一項目招標，同一技術規格書，這本身是一件不合理的事情，而SY/T 6662和相關的驗收標準SY/T6769、SY/T6770，所有的技術參數基本來源于生產廠家，而同樣應用條件下的最終產品來源就不相同，例如有的廠家技術來源于液壓膠管，有的則來源于國外的海洋軟管，所以檢測標準不同，其本質是選取了不同類型的API和ASTM標準。

目前我國對于管道的技術要求五花八門，同類產品的行業標準不一，缺乏統一的權威性，這就給油田的使用帶來不便，同時不利于行業良性發展。國內最初相關標準是以挪威船級社的DNV-OS-C501《復合組件的淺海標準》、DNV-OS-F101《海底管線的DNV淺海標準》為基礎建立的，隨后JIP組織對產品性能和應用進行廣泛的研究和驗證，編寫了《油氣工業中增強熱塑性塑料管（RTP）推薦規范》。作為國內塑料復合管的代表性企業包括長春高祥，河北恒安泰以及南京航天晨光，其中長春高祥參與起草《SY/T 6795-2010 石油天然氣用鋼骨架增強熱塑性樹脂復合連續管及接頭》、河北恒安泰參與起草《SY/T 6662.2石油天然氣工業用非金屬復合管 第2部分：柔性復合高壓輸送管》、南京晨光起草《SY/T 6794 可盤繞式增強塑料管線管的評定》，其余廠家均參照以上標準，而隨著國內復合管廠家對外業務的擴展，長春高祥通過了API 17J的認證，南京晨光的SY/T 6794是API RP15S的翻譯版，不同的標準給國內的油田使用方帶來許多不便，油田方就很難對復合管形成一個科學的論證體系。

2.5 加大非金屬管道知識的普及范圍及力度

目前，國內對于復合管的概念很模糊，對于復合管的特點性能等都知之甚少，這就導致了在復合管和金屬管兩項選擇時，油田多數會選擇金屬管這種“成熟產品”，所以為了提高非金屬管道的施工質量管理、運行維護管理及操作人員管理，非金屬復合管的生產廠家需要提高對各種非金屬管道的材質特性、運行特點的了解和掌握，并加大非金屬管道知識的普及范圍及力度，為非金屬管道的規范建設、合理管理和科學使用奠定基礎。

2.6 提高施工質量

我國的油氣田現場施工條件較為惡劣，施工人員在現場條件艱苦，面對不同的管道，其施工工具有時就不能保證完全符合產品要求，所以，往往會發生因工具或設備不合適而導致的施工事故；

另外，野外施工工作量大，為了節約成本，所雇傭的人員素質良莠不齊也在一定程度上導致了施工質量很難得到保證。

針對不同的非金屬管道需要配備不同的施工隊伍和施工工具，以連續增強塑料復合管為例，管線發生凍堵時，專業人員采用專業的電加熱解堵設備就可以迅速的恢復生產，而強行提高壓力疏通的方法就會導致管道發生爆裂，反而會延長維修周期，對生產造成更大的影響。