油气管网堵漏技术分析及新技术应用展望

肖旭晖　李媛

摘要：文章针对采油厂油气管网泄漏问题，结合管道运行情况和泄漏处理机制，通过分析其中的弊端与不足，明确优化点，提出了应用新型复合材料带压堵漏技术，以此提高管道堵漏施工的成功率与施工效率，力求在不停产、不动火或安全动火的情况下完成堵漏，使泄漏损失降到最低，避免事故的发生。

关键词：油气管网；管道泄漏；带压堵漏；复合材料；堵漏施工

中图分类号：TE973 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）31-0035-03

1 采油厂管道泄漏处理机制分析

海洋采油厂油气管道泄漏简要处理过程为：（1）发现：集输大队发现管道检测系统报警，或护卫大队巡线发现管道泄漏或盗油盗气卡子；（2）应急启动：采油厂生产办启动油气管道泄漏应急预案，通知维修大队，准备进行堵漏施工；（3）施工：维修大队通知值班基层队，根据管道泄漏情况进行备料等工作，实施堵漏施工；（4）完工验收：检验封堵效果，试压检测，堵漏完成后生产单位恢复生产。

采油厂陆地输油管网包括两部分，分别为：（1）海三联，海五联，海二站——海四联；（2）海四联——孤六联——孤岛首站。

这两部分输油管网已于2004～2006年建成管道泄漏检测定位系统，实现了对陆地输油管网的在线监测。

1.1 采油厂油气管道检测原理分析

海洋采油厂采用的管道泄漏检测方案主要是人工巡线加仪表仪器的常规方案，其中仪表仪器包括管道泄漏检测定位系统、PCM管道检测技术。

人工巡线的应用：巡线人员采取车辆或步行等机动方式，逐一检查摸清外输管道情况，由于外输管道多埋于地下，且沿途穿插鱼池、湿地、盐滩等地点，地形复杂、环境恶劣，加之沿途工厂及盐场的建立，这种方法受到了越来越多的应用限制。

仪表仪器的应用情况：（1）GPS时间标签法的应用：集输大队所使用的管道泄漏检测定位系统基于GPS时间标签法，此方法是在负压波的基础上，利用GPS进行脉冲信号时间同步，并同步各传感器数据采集的信号，通过采样频率与时间标签的换算，分别确定管道泄漏点上游和下游的泄漏负压波的速度，利用泄漏点上下游检测到的泄漏特征信号的时间标签差，即可确定管道泄漏的位置；（2）PCM检测技术的应用：PCM是一种通过分析地下管道中电流的变化，研究埋地管道防腐层状况的不开挖检测技术，可用于埋地管道定位，也可用于管道防腐层状况检测。采油厂护卫大队巡线人员利用PCM管道检测设备，对管道损伤、穿孔和盗油暗卡等进行探测。

1.2 管道堵漏抢险过程中存在的问题

海洋采油厂维修大队接到油气水管道泄漏类突发事件通知后，其处置简要过程为：应急报告→应急准备→应急处置→应急终止。

通过维修大队统计并结合经验分析，得出了在堵漏施工阶段，主要存在以下疑难情况，限制了我们高效完成堵漏施工：（1）现有的堵漏施工方案大多需要动火作业，如果泄漏现场存在油气大量外泄等不安全因素，消除这些隐患需要较长时间，在增加施工难度的同时，不安全性也大大提高；（2）一旦发现泄漏，往往需要停输泄压，费时费力，如何在保证不停输的前提下高质高效地完成堵漏，是我们急需解决的问题；（3）泄漏管道常常处于低洼地段，在关闭漏点两端泵点与阀门后，泄压仍然需要较长时间才能完成，严重延误了采油厂外输、生产任务。

1.3 现有问题的解决方法

基于多年的油气管道堵漏经验，维修大队已能熟练应用多种堵漏方案完成施工，而随着采油厂产量的逐年增加，对油气外输管道的性能要求逐年增高，现今急需寻找一种新型堵漏方案，力求在不停产、不动火或安全动火的情况下完成堵漏，使泄漏损失降到最低，避免事故发生。结合现有管道实际情况综合考虑后，复合材料管道修复等新型技术可提供不动火、高效率等技术优势，弥补现有技术的不足。

2 堵漏施工方案优化

2.1 堵漏施工现状分析

2.1.1 维修大队堵漏施工现状分析。

油气管道泄漏事故可分为以下6类：（1）管道腐蚀穿孔泄漏；（2）焊缝破裂泄漏；（3）打孔盗油、盗气泄漏；（4）法兰连接松动泄漏；（5）地震、风暴潮等因素造成的油气管道断裂；（6）其他因素引起的

泄漏。

由于现有技术及施工条件等原因限制，维修大队对于油气管道泄漏穿孔一般采取焊接法、盲筒止窃法等需要停输泄压或动火作业的方案进行堵漏，以下为常用方案：（1）焊接法；（2）堵焊法；（3）捆扎法；（4）盲筒止窃法；（5）钢带拉紧补漏法。

这5种堵漏方案配合堵漏工具，可以安全快捷地完成现阶段应急堵漏任务，但大多需要采取停输泄压的方式进行施工，这样不仅延误外输生产进度，而且耽误最佳堵漏时间。

2.1.2 国内带压堵漏施工现状分析。带压堵漏是一种将不可控的泄漏通过夹具等方式变为可控泄漏后，再关闭泄漏的技术。带压堵漏技术主要需要解决如下技术难题：（1）低压直管堵漏速度慢，须放空；（2）低压弯头须放空电焊，隐患大，延误生产。

注剂式密封技术已成为石油石化行业比较成熟的堵漏技术，现阶段被国内普遍采用的是以注剂式密封为核心技术的带压堵漏方案。对于压力在2～3MPa压力以上的石油、天然气管道泄漏以及法兰、阀门等疑难位置的泄漏，可以采用注剂式密封技术。

注剂式密封技术的操作步骤如下：（1）结合管道结构和泄漏点数据，预制夹具；（2）在泄漏管道和预制夹具间注入经过调配的密封注剂，建立新的密封体系；（3）注入密封注剂后，注剂压力远远大于泄漏介质压力，介质泄漏被强行止住，通过密封注剂自身的凝结度，能够维持住一定的工作密封比压，并在短时间内形成一个坚韧的、富有弹性的新密封结构，达到封堵泄漏点的目的。

注剂式密封技术已成为一套成熟的堵漏流程方案，但同时因为注剂式密封工艺具有耗时长、对操作技巧要求高、施工难度大、成本高等缺陷，固在埋地管道的一般堵漏施工中不采取该方案。

注剂式密封技术在复杂多样的泄漏现场有着以下应用难题：（1）夹具对泄漏本体的适应能力不强，无法提高不可控泄漏点的夹具预制和操作速度；（2）泄漏管道结构脆弱，夹具设计不应对泄漏本体形成二次破坏；（3）注剂式密封专用夹具质量较大，人工抬举操作困难；（4）现场缺乏能够补注和注入微缝的密封

注剂。

综合以上原因，注剂式密封技术在具体堵漏施工中的劣势仍十分明显。

2.2 基于开挖的复合材料管道缺陷修复技术

通过查阅国内外新型管道堵漏技术和相关技术在国内的应用情况，结合采油厂管道运行特点，笔者注意到基于开挖的复合材料管道缺陷修复技术有着高模量、修复层质量轻、施工方法简单、成本低等优势，符合我厂迅速堵漏恢复管道设计性能的要求。

复合材料管体缺陷修复技术是利用涂敷在缺陷部位的高强度填料以及管体和纤维材料层间的强力胶，将集中在管道缺陷部位的应力均匀地传递到复合材料修复层上，复合材料与缺陷管道紧密结合、协同变形，合理分布缺陷管道应力，从而起到补强目的。与传统的金属材料修复方法相比，复合材料修复技术具有明显的优点：（1）复合材料比强度、比模量高；（2）复合材料可设计性强；（3）复合材料有多种成型工艺，便于进行大面积或者结构较为复杂的补强；（4）修复过程无需停输、修复时间短、成本低、现场修复所需设备简单。复合材料的这些优点基本满足了长输油气管道对管体修复材料的技术要求，已成为管道缺陷修复技术的一个发展趋势。

目前，复合材料管道缺陷修复技术主要有两种修复方法：一种是预成型法，一种是湿缠绕法。

2.2.1 复合材料管道缺陷修复技术-预成型法。预成型法是采用不饱和聚酯和玻璃纤维在工厂中预先根据含缺陷管道的管径制备复合套筒，然后在修补现场通过强力胶将复合套筒粘结于管道表面，从而起到恢复管道强度的目的。

复合修复材料的技术指标如下：适用运行压力≤25MPa（管道补强时）；适用温度：-29℃～82℃；抗拉伸强度516～688MPa；材质：单向电化级玻纤/间苯二甲酸聚酯树脂；弹性模量：≥3.45×104；屈服应变率≤1.5；电阻率≥1×109Ω2/cm；胶抗剪切强度>8.2MPa；填料抗压强度>55MPa；23℃固化时间≤2.5h。

复合材料预成型法的优点：与其他修复方法相比，可在不动火和无需停输和降压的条件下，完成整个堵漏操作。复合材料易于安装，施工方便快捷，只需少数人力操作，不需大型挖掘施工机具及设备配合，整个过程省时省力，从缠绕到胶体固化仅需3小时，之后即可进行保温、防腐和回填操作，100%恢复管道的运行能力。复合材料预成型修复方法是一种永久性的修复技术，其长期可靠性已经在国内外众多堵漏案例中得到现场应用的验证。

复合材料预成型法的缺陷：复合材料预成型修复方法因管道的缺陷位置、缺陷范围和深度的不同而受到一定应用限制。

2.2.2 复合材料管道缺陷修复技术-湿缠绕法。湿缠绕法（Wet wrap），首先将不含树脂的柔性纤维布缠绕在需要补强的油气管道上，同时将树脂涂刷在纤维布上，在一定温度和时间下树脂将会固化，并与纤维形成复合材料，复合材料紧贴在需补强管道之上，分担了大部分结构和介质冲击载荷，从而起到修复管道的目的。湿缠绕法用于管道缺陷修复中一般以环氧树脂为复合材料的基体、以碳纤维片材为复合材料的增强材料。

该方法在我厂管道补强修复中已有相关应用。

这种技术的优点主要有：（1）作业简便、快速，现场修复设备简单；（2）碳纤维布柔韧性好，可修复高焊缝余高、严重错边、严重变形等管体缺陷，也可用于弯头、三通等异型件的缺陷修复；（3）碳纤维的比强度高、比模量高，修补厚度薄，仅为钢材厚度的1/5就能达到相同补强效果；（4）可采用不同的粘结树脂和施工工艺，适用温度范围广。

参考文献

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[2] 刘效国，张文国.管道补漏技术在采油厂的应用[J].设备管理与维修，2012，（3）.

[3] 周小博.PCM在埋地管道检测中的应用[J].科技情报开发与经济，2009，19（2）.

[4] 王巨洪，范立志，等.ClockSpring材料在管道缺陷修复中的应用[J].油气储运，2007，26（5）.

作者简介：肖旭晖（1990-），男，山东聊城人，胜利油田海洋采油厂助理工程师，研究方向：海上平台综合维修、油气水暖管道堵漏与补强技术等。