阮亦根1 阮哲2

1.中國(guó)石化浙江石油分公司； 2.中海油研究總院工程設(shè)計(jì)研究院

 

摘 要：大跨度定向鉆油氣在役管道失效后實(shí)施維搶修難度大，一般都采用換管重新穿越方式。由于受條件限制，某成品油管道采用將定向鉆破損管道拖出，并在原孔內(nèi)回拖新管道，之后與穿越段兩端原有溝埋敷設(shè)管道連頭，恢復(fù)生產(chǎn)。該方案的不確定性在于，能否將破損管道拖出以替換新管道。詳細(xì)介紹了具體施工方法和技術(shù)措施，為類似定向鉆油氣在役管道失效搶修提供了可靠的經(jīng)驗(yàn)。

 

1 工程概況

2018年8月14日，某成品油管道（簡(jiǎn)稱A管道）90 km+420 m處被G60高速公路拓寬工程地質(zhì)勘探鉆破；破損點(diǎn)埋深21.2 m[1]，破損段為定向鉆穿越管道，事發(fā)時(shí)管道處于停輸保壓狀態(tài)。

A管道定向鉆管道全長(zhǎng)620 m，入土角13°，出土角8°，最大穿越深度24 m[2]。定向鉆管道兩端地形高差6.5 m，采用Φ 406.4×8.7 mm 、 L415鋼管，3PE防腐；三級(jí)擴(kuò)孔至Φ850 mm[3]。

2 破損管道搶修技術(shù)方案

2.1 管道破損點(diǎn)位置

管道破損點(diǎn)與定向鉆入土點(diǎn)水平距離140 m，與出土點(diǎn)水平距離480 m；東側(cè)10 m為X502縣道；南側(cè)15 m為G60高速公路；西側(cè)20 m為高邊坡水渠；北側(cè)9 m為Φ 1016 mm輸氣管道（簡(jiǎn)稱B管道）、 11.2 m為Φ 813 mm輸氣管道（簡(jiǎn)稱C管道）、 25 m為數(shù)棟民房，作業(yè)場(chǎng)地受限（圖 1）。

2.2 管道破損點(diǎn)地質(zhì)狀況

穿 越 管 段 地 質(zhì) 狀 況 為 ： 0 ～ 3 . 6 0 m 雜 填 土 ，0.80～8.30 m粉質(zhì)粘土， 7.0～10.7 m粉質(zhì)砂土，8.7～12.4 m細(xì)砂、卵石， 10.4～16.1 m強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖， 12.9～36.1 m中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖， 26.1～45.8 m強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)灰?guī)r[4]。

2.3 破損搶修方案比選

根據(jù)管道破損點(diǎn)周邊環(huán)境，初步確定四套搶修方案（表 1）。

2.4 搶修方案確定

（1）水平定向鉆管道主要位于中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層，原定向鉆成孔良好，未出現(xiàn)大的坍塌，孔洞內(nèi)留有大量原定向鉆施工期間的稠狀泥漿。

（2）管道破損點(diǎn)泄漏的柴油只有少量噴涌到地面，離破損點(diǎn)480 m的定向鉆出土點(diǎn)有部分油品滲出，說(shuō)明定向鉆鉆道內(nèi)存在空隙。

（3）定向鉆穿越段地下水豐富、水位較高。

據(jù)此確定采用方案4。

3 破損管道搶修施工技術(shù)

全部搶修施工在定向鉆入土點(diǎn)和出土點(diǎn)位置進(jìn)行（圖 2），關(guān)鍵施工技術(shù)是對(duì)破損管段兩端帶壓封堵、清管拉拔以及新管線回拖安裝等。

3.1 施工前安全措施

由于管道停輸狀態(tài)保壓較高（破損管段就近站場(chǎng)表壓為2.0 MPa），管道破損后泄漏量、泄漏范圍較大，發(fā)生事故后立刻采取了區(qū)域警戒、關(guān)閉上下游線路截?cái)嚅y、 24小時(shí)泄漏巡查、油料回收、油氣濃度檢測(cè)、人員車輛疏散等措施。

3.2 帶壓封堵及置換

帶壓封堵施工工藝見(jiàn)圖 3。

（1）帶壓封堵全過(guò)程進(jìn)行可燃?xì)怏w檢測(cè)。

（2）采用的管件與原管道設(shè)計(jì)壓力等級(jí)一致。

（3）使用DM管道檢測(cè)儀探測(cè)基本管位、走向和埋深。

（4）作業(yè)坑施工場(chǎng)地需滿足封堵設(shè)備布置、操作等需要。

（5）應(yīng)先開平衡孔，后開封堵口，最后開收油孔。

（6）確定封堵嚴(yán)密后，進(jìn)行封堵段抽油作業(yè)。

（7）破損管段截?cái)嗲懈钋�，用氮�(dú)庵脫Q油氣。

（8）兩端口采用封頭滿焊密封；使用黃油膩?zhàn)用芊�，封堵有效長(zhǎng)度不應(yīng)小于1.5倍管道內(nèi)徑。

3.3 新管道用材、焊接與檢驗(yàn)

（1）新管道采用Φ 406.4×12.5 mm、 L415鋼管，每支長(zhǎng)12 m，冷彎管現(xiàn)場(chǎng)制作，熱煨彎管工廠定制。鋼管、管件采購(gòu)和制作按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[5-7]。

（2）在焊接施工前進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，根據(jù)評(píng)定合格的焊接工藝編制焊接工藝規(guī)程[8]。焊接方式每10支管道焊接成一個(gè)拖管單元，五接一方式（圖 4）。采用手工電弧焊，下向焊操作[9]，地面組焊。所有焊縫都采用100%X射線照相檢驗(yàn)和100%超聲波探傷檢驗(yàn)，對(duì)于不合格焊口只允許一次返修，返修不合格必須割口[10-11]。

3.4 新管道清管、測(cè)徑及試壓

（1）清管與測(cè)徑。每一拖管單元試壓前、后分 別進(jìn)行清管和測(cè)徑。五個(gè)單元焊接回拖后，整體試壓前、后再分別進(jìn)行清管和測(cè)徑。試壓管段兩端設(shè)臨時(shí)清管器收發(fā)裝置，清管球選擇過(guò)盈量為管內(nèi)徑的5%～8%，采用帶鋁質(zhì)測(cè)徑板清管器，測(cè)徑板直徑為管道內(nèi)徑的90%，測(cè)徑板通過(guò)無(wú)變形、皺褶，判定為合格，清管、測(cè)徑壓力小于管線設(shè)計(jì)壓力[11-14]。

（2）試壓。在出土點(diǎn)設(shè)表，清管、測(cè)徑過(guò)程中進(jìn)行試壓。強(qiáng)度試驗(yàn)壓力取1.5倍設(shè)計(jì)壓力，嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力。試壓水質(zhì)為無(wú)腐蝕性、潔凈水， pH值6～9[11,14]。

3.5 破損管道拉拔

選擇現(xiàn)場(chǎng)條件較好的定向鉆出土端，設(shè)置夯錘不斷錘擊破損管道，定向鉆入土端設(shè)置鉆機(jī)帶動(dòng)滑輪組牽引破損管道，進(jìn)行夯管試拖。

（1）夯錘、拖拉設(shè)備選型

Φ 406.4×8.7 mm、 L415鋼管的最低屈服強(qiáng)度為415 MPa，最低抗拉強(qiáng)度為520 MPa[15]；夯錘最大的錘擊力不大于415 MPa，滑輪組最大拉力不大于520 MPa。

（2）破損管道回拖

破損管道最初定向鉆施工時(shí)，采用Φ406.4×8.7 mm主管道和Φ 114×6 mm光纜鋼套管一起自由回拖,考慮到光纜鋼套管可能纏繞破損管道，將增加破損管道回拖阻力，且光纜鋼套管未做防腐，強(qiáng)度有所下降，本次只回拖Φ 406.4×8.7 mm破損管道。

破損管道受到錘擊后管壁上的泥漿、碎土松動(dòng)，如此持續(xù)2分鐘，然后在入土端用鉆機(jī)牽引滑輪組（共5股組）拉拔。逐步增大錘擊壓力和牽引拉力，在300 MPa壓力錘擊過(guò)后，鉆機(jī)牽引拉力顯示4.2 MPa時(shí)(實(shí)際拉力為4.2×5 MPa)，破損管道被拉動(dòng)。停止錘擊，單用鉆機(jī)牽引滑輪組拉拔，鉆機(jī)牽引拉力顯示3.1 MPa(實(shí)際拉力為3.1×5 MPa)。

停止夯拉，在破損管道與新管道之間焊接長(zhǎng)12 m的Φ 457×9.5 mm短管（圖 5），作為新管道回拖擴(kuò)孔。當(dāng)鉆機(jī)牽引拉力顯示7.4 MPa時(shí)(實(shí)際拉力為7.4×5 MPa)，新舊管道一起被拉動(dòng)（表 2）。

3.6 新管道回拖

（1）注入泥漿

在水平定向鉆出土端（新管道拖進(jìn)洞口）設(shè)置泥漿池，連續(xù)調(diào)制、灌注泥漿，新管道經(jīng)過(guò)泥漿浸泡后拖進(jìn)洞口；同時(shí)在管道破損處再高壓注入泥漿，以減輕管道回拖過(guò)程的摩擦，保護(hù)新管道防腐層。

（2）短管擴(kuò)孔

Φ 457×9.5 mm短管（圖 5）連著舊管道一起回拖，同時(shí)給新管道引成了擴(kuò)孔回拖空間。

（3）防腐層評(píng)價(jià)

新管道采用3PE防腐，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)回拖出來(lái)的部分新管道經(jīng)表面清洗、查看，防腐層保持完好；用電火花檢測(cè)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)防腐層漏點(diǎn)；管道連頭通過(guò)兩端就近陰保測(cè)試樁進(jìn)行防腐層質(zhì)量評(píng)價(jià)，結(jié)果全部合格，其中81.3%管段達(dá)到優(yōu)級(jí)[16]。

（4）腐蝕預(yù)防措施

為防止管道回拖過(guò)程中3PE防腐層機(jī)械損傷，在管段封堵井位置增設(shè)了二組犧牲陽(yáng)極裝置，以達(dá)到保護(hù)效果。

3.7 可燃?xì)怏w檢測(cè)

破損管道拉拔及新管道回拖過(guò)程中，需要大量的焊接拖拉頭、破損管道割斷、新管道五接一焊接、安裝收發(fā)球裝置等明火作業(yè)，每道工序作業(yè)前進(jìn)行了可燃?xì)怏w檢測(cè)。

3.8 新管道兩端焊接和投油

（1）新管道連頭

新管道回拖、清管、測(cè)徑合格后，整體進(jìn)行強(qiáng)度和嚴(yán)密性試驗(yàn)及可燃?xì)怏w檢測(cè)，采用陀螺儀進(jìn)行管位精準(zhǔn)測(cè)量；然后兩端進(jìn)行連頭焊接、檢驗(yàn)。

（2）新管道投油

連頭焊縫檢驗(yàn)合格后，先取出入土端（相對(duì)低點(diǎn)）封堵塞，開啟入土點(diǎn)下游方向線路截?cái)嚅y，出土端（相對(duì)高點(diǎn)）封堵器平衡孔排氣并監(jiān)視充油量。當(dāng)平衡孔不再排氣、少量排油后，將平衡孔封堵，再開啟出土點(diǎn)上游方向線路截?cái)嚅y完成投油。

4 結(jié)論

本案例成功取決于以下關(guān)鍵條件和因素。

（1）破損管段巖層地質(zhì)穩(wěn)定，定向鉆成孔良好，沒(méi)有塌孔或者較少塌孔。

（2）地下水豐富，水位較高，使得原始泥漿始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)，沒(méi)有完全固結(jié)抱死管道。

（3）選擇合適的夯錘錘擊和滑輪組牽引，錘擊壓力不大于管道最低屈服強(qiáng)度，牽引拉力不大于管道最低抗拉強(qiáng)度。

（4）管道回拖過(guò)程中采用Φ 457 mm短管擴(kuò)孔，始終在新管道拖進(jìn)洞口、破損點(diǎn)注漿，增加潤(rùn)滑、減少摩擦、保護(hù)防腐層。

（5）新管道回拖前后分別進(jìn)行清管、測(cè)徑、試壓，整體連接后進(jìn)行防腐層評(píng)價(jià)和犧牲陽(yáng)極保護(hù)。

（6）事故管段恢復(fù)投產(chǎn)后，對(duì)該段管道及前后管段進(jìn)行高后果區(qū)識(shí)別、評(píng)價(jià)和管理。

 

參考文獻(xiàn)：

【1】G60高速常山港特大橋拼寬工程k01-k17巖土工程勘察記錄.2018-08.

【2】中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司.龍游―常山成品油管道工程施工圖設(shè)計(jì).2013-03.

【3】中石化江漢油建工程有限公司.龍游―常山成品油 管道工程施工日志（定向鉆） .2013-10.

【4】龍游―常山成品油管道工程CS116-CS117縣道 X 5 0 2 穿 越 巖 土 工 程 勘 察 （ 詳 細(xì) 勘 察 ） .地-2012279D29.2013-03.

【5】中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管:GB/T9711-2017[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

【6】國(guó)家能源局.鋼質(zhì)管道冷彎管制作及驗(yàn)收規(guī)范:SY/T4127-2014[S].北京：石油工業(yè)出版社， 2014.

【7】國(guó)家能源局.油氣輸送用鋼制感應(yīng)加熱彎管:SY/T5257-2012[S].北京：石油工業(yè)出版社， 2012.

【8】中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收:GB/T31032-2014[S].北京：中國(guó)國(guó)標(biāo)出版社， 2015.

【9】中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司.管道下向焊接工藝規(guī)程:QSY1078-2010[S].北京：石油工業(yè)出版社， 2010.

【10】國(guó)家能源局，石油天然氣鋼質(zhì)管道無(wú)損檢測(cè):SY/T4109-2013[S].北京：石油工業(yè)出版社， 2013.

【11】中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范:GB50369-2014[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社， 2014.

【12】國(guó)家能源局.油氣輸送管道工程水平定向鉆穿越設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范:SY/T6968-2013[S].北京：石油工業(yè)出版社，2013.

【13】中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50423-2013[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

【14】中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范:GB50424-2015[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2015.

【15】中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.壓力管道規(guī)范 長(zhǎng)輸管道:GB/T34275-2017[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2017.

【16】青島雅合科技有限公司.甬紹金衢成品油管道常山穿越段檢測(cè)評(píng)價(jià)報(bào)告[R].2018-0919.

 

作者：阮亦根，男， 1963年生，高級(jí)工程師， 1985年7月浙江海洋學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)畢業(yè)，現(xiàn)從事油氣管道建設(shè)、運(yùn)行管理工作。