带压开孔技术的应用

王超

（装备技术有限公司海管技术服务中心 天津 300459）

摘 要：带压开孔技术通过在线完成改造工艺流程对接的特点，大量应用与现今工程项目中。本文以JZ9-3废热回收装置吊装项目不停输带压开孔的施工为例，详细阐述该技术的应用及过程风险控制。

关键词：不停输；带压开孔；施工风险控制

1 引言

在海上油田生产设施改造过程中工艺流程管线支路接口的施工，依据传统工艺都需要将所涉及连接的工艺管线流程隔离，对管线进行泄压、惰化置换等作业后，通过冷切割/热切割、电焊等方法实现该作业。但是该方法因停产将会影响油田产量、造成很大的经济损失。而且难以对原管线内遗留油气彻底清洗置换，存在较大安全隐患。

在此契机之下，带压开孔技术因其可在线完成工艺流程对接，在现今施工中开始大量应用。而我公司JZ9-3废热回收装置吊装项目中也使用带压开孔技术实现流程管线的对接。

2 工程概况

因JZ9-3油田废热回收装置吊装项目中新增废热装置和热油膨胀罐，其工艺系统管线的连接依照传统施工工艺，需要将平台热油系统停运泄放，继而会造成平台部分生产系统停产。经过项目组与设计单位及生产方讨论研究决定对工艺接口采用不停输带压开孔技术，完成整个新增流程的对接。

3 开孔工艺

所谓带压开孔是指在密闭状态下，以机械切削方式在运行管道上加工出圆形孔的一种作业技术。当在役管线需要加装支管时，可采用管道带压开孔技术完成，既不影响管线的正常输送，又能安全高效完成新旧管线的连接工作。

3.1 工艺特点

在线不停输施工、适用管径范围广、施工受场地制约小、不动火切割、无介质泄露、安全风险小。

3.2 开孔作业条件

适用介质：油、天然气、水等无强腐蚀性的介质

管道介质温度：-20℃—200℃

管道运行压力：0—6.4MPa

3.3 开孔原理

（1）不停输带压开孔是利用法兰短节、阀门安装在待开孔管线，使用开孔工具进行手动或自动开孔作业的技术；

（2）带压开孔机工作性质类似镗床，主轴伸出并进行旋转运动，但其工作条件要比镗床恶劣，因此须专业人员进行操作；

3.4 带压开孔步骤

护管加工—安装至待开孔管线—安装隔离阀—安装开孔机—开启隔离阀—启动开孔机、开孔操作—退出刀具—关闭隔离阀、拆除开孔机

4 带压开孔施工流程

4.1 施工前准备

（1）确认待开孔管线介质、尺寸、材质、压力、温度、流速等参数；例如，本次为热油管线，10”/A106/设计压力0.75MPa/温度120℃/流速2.8m/s。

（2）使用测厚仪检测开孔点壁厚，确定腐蚀情况；要求进行多点测厚，测厚范围为开孔径外延100mm；

4.2 支管套管焊接

（1）依据待开孔管线和支管尺寸制作法兰短节、护套管；短节长度需根据开孔机钻杆伸出长度确定，尽量选取最小长度，以缩短钻杆长度。法兰优选带径对焊法兰，如因预制件长度过长无法满足开孔机进程要求，可选择平焊或插焊法兰；

（2）在法兰短节上焊接1/2"管座，安装压力表、放空阀；

（3）在待开孔管线开孔位置带压焊接预制完成的护套管。焊接作业应根据之前测量的管壁厚出具的焊接工艺。

（4）安装在管道上的法兰短节，其管件的轴线应与管道的轴线相交，该管件必须与管道垂直，即法兰短节端面与管顶的平行度允许误差不超过1.5mm；

（5）法兰短节的材质应与待开孔管线材质相符，设计压力应与管道的设计压力等级相等

4.3开孔作业点的选取

（1）开孔作业点应选择在直管段上。开孔部位应尽量避开原管道焊道，无法避开时，对切削部位的焊道应适量打磨。开孔刀中心钻不应落在焊缝上。开孔封堵部位的管道圆度误差不得超过管外径1%；

（2）开孔管件焊接时，管道内液体流速不应大于5m/s，气体流速不应大于10m/s；

4.4 开孔机安装

（1）法兰短节上安装配套尺寸规格的闸阀或者球阀；开孔阀门处在全开的位置，以保证开孔机切到可以抵达开孔管线。安装好放空阀、压力表和排油弯管。关闭放空阀，在管道开孔前，阀门应处于全开状态；

（2）开孔机安装前对其进行检查，检查开孔机的丝杆及传动机构是否灵活，开孔机上的放空阀应关闭；选定与开孔直径相应的开孔接合器、刀具及刀具结合器同开孔钻机连接并检查筒刀、中心钻及U形环是否完好，顺时针转动手轮，将筒刀提到最高位置；

（3）将开孔机吊装到阀门并紧固螺栓，安装完成后对开孔机、阀门、短节进行整体试压保证密封无泄漏，试验压力为待开孔管线系统的操作压力；

（4）针对本次作业为热油系统，温度较高，为避免橡胶密封失效，接合器要选择带有硬密封面的法兰。

（5）管线短节试压完成后，采用惰性气体进行惰化；

4.5 开孔

（1）进行开孔作业时，根据开孔机的型号确定液压泵的额定输出扭矩，进给速度及鉆杆的钻速。进给速度有手动和自动两种，根据钻杆的行程确定钻进量。对于8寸和10寸开孔，管径较大、管壁较厚采用自动进给开孔机进行开孔作业。对于3寸小口径薄壁管，采用手动进给方式比较合理；

（2）开孔操作时从中心钻开始切削管壁，到孔开通为止，时间以40min左右为宜。孔开通后，将丝杆转到最低位置，反复转动几次，以保证鞍形切板完全被切下；

（3）开孔刀具切透管壁后，收回刀具，同时将切割下的马鞍块带出阀体，关闭阀门，拆下开孔机；

（4）在阀门上安装支路管线，开孔作业结束。

5 施工难点及解决方法

（1）预制的支管套管与待开孔管线焊接为角焊缝，为保证连接强度需在开孔位置增加加强板；

（2）所有焊接焊道应根据项目要求进行外观、无损检测检验；

（2）开孔管线壁厚检测。很多平台流程管线长期使用，管内壁腐蚀严重，开孔管线实际壁厚远远小于原厚度，需根据检测的壁厚指定对应的焊接工艺，防止焊接过程中出现烧穿现象；

（3）充分考虑开孔设备对管线的影响，小口径薄壁管线开孔时需利用辅助工装固定开孔机，避免管线受力弯曲，发生意外；

（4）需考虑开孔切削碎屑对工艺系统的影响。现今开孔设备设置的铁屑回收器经过SZ36-1平台项目验证，实际效果并不乐观。因此对于管内清洁要求较高的系统，例如存在紧密仪表设备的系统需谨慎使用。

参考文献：

[1] ASME B31.3-2016 美国机械工程师协会编著 2016

[2] 管道带压不停输开孔技术及施工难点分析 刘华东，刘晖 2007

[3] 流体管道不停输带压开孔封堵新技术 薛福连 2006

[4] 海洋石油工程设计概论与工艺设计（第一册）