非開挖高密度聚乙烯內襯管破損修復技術研究

＊姜濤 彭方輝 秦勇 馬彬翔 李生楠

（長慶油田第二采油廠 甘肅 745000）

油田腐蝕環境復雜，油氣管道在較短服役年限內便產生腐蝕穿孔問題，往往造成嚴重的安全隱患和巨大的經濟損失。然而，常規的技術手段已不能滿足隱患管道全面維護、失效風險快速削減的迫切需求[1]。對腐蝕嚴重管段全面開挖更換不僅成本高、耗時長，而且受建筑物或水域等管道敷設限制因素的制約，難以實施[2-3]。因此，在復雜腐蝕環境下開展油氣管道非開挖防腐修復工作尤為重要。目前常見的HTPO管內襯修復技術可一次修復管道0.5～1.0km[4-6]，原位固化修復技術可一次修復管道0.1～0.3km[7]，水泥砂漿襯里修復技術可一次修復管道1.2～1.5km[8]，對于油田內部連接油井與計量站、聯合站的集輸管道，煉油廠及油庫內部的管道等等中短距離管線修復意義重大[9-10]。高密度聚乙烯內襯技術是按照待修復管道的內徑，選擇符合修復管道工況要求的相應規格的高密度聚乙烯管，通過等徑壓縮的工藝將其穿插至待修復管道中，然后通過自然釋放恢復的方式，使內襯管與金屬管道內壁緊密的貼合，形成合二為一的“管中管”復合結構，輸送介質與金屬管道不發生直接接觸，從而達到解決管道腐蝕、延長使用壽命的目的。

然而，經過高密度聚乙烯內襯技術修復后的管道若因被盜油開孔、挖掘破壞或自然災害等外力原因破壞造成管道破漏后，往往造成高密度聚乙烯內襯與金屬管道同時破損。其破漏處內外管線的修復，是目前工程施工中亟待解決的現實問題。為此，本文提出一種高密度聚乙烯（HTPO）內襯管破損修復技術方案，可以盡快修復破漏處，恢復管道輸油能力。

1.修復技術簡介

(1)內襯管的壁厚及材料物理性能要求

高密度聚乙烯HTPO克服了進口硅橡膠強度低、TPU耐熱差的缺陷，在油田的輸油、輸氣、油氣混輸、污水管道應用前景廣闊。

對于內襯管的壁厚及需求的材料物理性能，需要考慮修復后管道的運行壓力、使用壽命、舊管道能提供的支撐力等條件來確定，同時還要依據舊管道管體的損壞程度來選擇，通常選擇HTPO內襯管的壁厚為6～12mm之間，對其參數的要求見表1和表2。

表1 內穿插技術需求HTPO管道的材料物理性能（單位：mm）

表2 內穿插技術需求HTPO管道的材料物理性能

HTPO管道執行標準：Q/JTBS 001—2011《內襯修復用耐高溫聚烯烴合金(HTPO)管道》。

(2)管道內穿插修復

管道內穿插修復技術是利用外徑比舊管道內徑略小的HTPO管，通過變形或縮徑設備使其直徑減小，通過牽引機將其穿入舊管道，有外力或內襯管自身特性恢復到原來的直徑，使其漲貼到舊管道的內壁上，與舊管道緊密貼合，形成“管中管”復合結構。

①管道清管、除銹

清管作業主要是通過高壓清管器，清除管段內的泥垢、油、水等雜物。管道替油掃線后使用清垢、除瘤設備反復清管，并用內窺裝置檢查，垢渣、焊瘤清除十分徹底，清管過程簡單，管內處理相較內翻襯工藝要求較低。

②管道內穿插

首先將選用的外徑略大于鋼管內徑的耐高溫高密度聚乙烯（HTPO）通過專用滾輪縮徑機進行縮徑，使其直徑縮小10%左右。然后通過牽引機的牽引，將縮徑后的HTPO按照一定的速度拉入主管道。拉力撤消以后，HTPO能夠慢慢恢復到原來的直徑，一般24h后可以觀察到HTPO完全恢復形變，緊密貼合至舊管道內壁，后期運行也不易凹陷、變癟。

圖1 內穿插示意圖

圖2 穿插工藝流程圖

③施工工序

內襯修復受地表環境、地形影響，單次修復管段一般在0.5～2km之間。其施工工序為：

探管尋線—選取施工段—開挖施工操作坑—內壁清洗除銹—清污除垢、拖鎦去刺及污垢外運—HTPO管熱熔對接—HTPO管線試壓檢查—HTPO管8～12m/min速度穿插—切割多余材料—置試壓接頭—HTPO管直徑恢復—塑料法蘭成型—管件內襯預制—全線法蘭連接、擠塑密封（或內聯外焊）—試壓投產—施工坑填土—現場清理。

2.高密度聚乙烯內襯管破損修復技術及施工工藝

高密度聚乙烯內襯管破損修復技術采用“內連外焊”工藝。針對原管道破損長度小于2m的，把破損處割除后在斷口焊接鋼制法蘭，使用內襯預制好帶法蘭的鋼管短截與原管道法蘭連接，恢復生產；原管道破損長度大于2m的，首先把破損處割除后在斷口焊接鋼制變徑大小頭，取一根比割除部分長度短1.6m的新鋼制管道，在其兩端焊接變徑并進行高密度聚乙烯管內襯，然后采用內連外焊鋼包裹的工藝與原管道連接。

(1)連接方式

HTPO管：采用熱熔套焊接，加持電流后電熱絲加溫至210℃，實現內襯管與電熔套筒熔接，焊接工藝簡單、可靠。電加熱熱熔套筒如圖3所示。

圖3 電加熱熱熔套筒

鋼管段：采用整鋼管對焊連接形成鋼包裹，鋼包裹與內襯管中間環空部分填充水泥沙漿后，對天窗補焊，確保了密封性。

彎頭連接：＞135°的彎頭可直接穿插內襯，＜135°的彎頭需更換6D彎頭后實施穿插內襯，作業步驟簡單。

管端連接：通過兩個鋼法蘭之間加HTPO法蘭實現內襯管在管端的固定，并可與站內流程實施法蘭連接，連頭投運方便。

連接示意圖如圖4所示。

圖4 連接方式示意圖

(2)施工示意圖及實例

“內連外焊”的具體工藝為：鋼管段的連接采用鋼包裹連接，內襯管的連接采用電熔套筒連接，中間環空部分采用水泥沙漿填充，外套鋼管段為整鋼管套接對焊工藝方式，施工示意圖和施工現場實例分別如圖5和圖6所示。

圖5 鋼包裹連接示意圖

圖6 鋼包裹連接實例圖

3.應用效果評價

2016年至今由河南特防建設集團有限公司在西峰油田、城壕油田先后完成了6條21.6km高密度聚乙烯內穿插修復技術施工應用實驗，總施工里程達20余公里。以董2轉集油管道為例，該管道2003年建成投運，材質為20#鋼，管道設計規格Φ114mm×4.5mm，設計壓力4.0MPa，長度6.8km，管道輸油壓力1.2MPa，運行溫度為39℃。2022年8月該管道采用高密度聚乙烯內襯完成內襯修復施工，內襯前后輸油壓力略微下降≤0.1MPa，末端進站溫度上升1.8℃，運行參數正常；且至今未發生泄漏、內襯管脫落變形等失效事故，防腐蝕性能良好。修復后的測試數據見表3和表4。

表3 管道材料力學性能測試結果

表4 管道耐高溫性能實驗結果

從運行結果看，高密度聚乙烯內襯修復后雖然管徑降低，輸油壓力略微下降，但滿足生產要求。經實驗驗證管道修復后設計承壓可以達到4.0MPa。建設周期比新建管道大約縮短70%，管道平均服役年限可延長50%以上，工程費用可以節省20%～30%，具有良好的經濟與社會效益。

4.結論與建議

（1）高密度聚乙烯內襯修復技術可以有效地解決服役時間長、穿孔嚴重且穿越環境敏感區管道破損修復難題，適用于里程短（＜6km）、日輸量小（＜120m3/d）且管徑≥Φ76mm的集輸管道。對外協難度大、管道新建、無路由管道實施修復有工期短的天然優勢。

（2）高密度聚乙烯內襯修復技術可以實現非開挖修復，環境天氣影響小，修復速度快，目前一次最大施工長度2km，管道修復后至今運行良好。

（3）高密度聚乙烯管內襯修復技術還可用于高含硫區塊管道、穿河管段修復。舊管道輸送介質含H2S時，管道服役年限大幅縮短，內襯修復優勢突顯，管道平均服役年限（15年）內，可節約費用50%以上，并可大幅降低高含硫區塊管道失效的安全環保風險。