山区油气管道废弃处置技术简析

2021-03-23吴东容余东亮贺焕婷谢跃辉孙海军吕正龙杨川

油气田地面工程 2021年3期

吴东容余东亮贺焕婷谢跃辉孙海军吕正龙杨川

1国家管网集团西南管道有限责任公司2中国石油青海油田分公司

管道废弃是油气管道全生命周期管理的最后环节[1]。当管道上游油气资源枯竭、下游市场占有率下降、管道运行风险过大或者管输经济性差且管道无其他潜在用途时，管道废弃将不可避免[2-3]。近年来，在借鉴国外油气管道废弃处置技术的基础上，国内开展了陆地管道废弃处置技术研究，其研究成果已在部分管道上应用[4-8]。目前，陆地油气管道废弃处置技术主要针对普通管道，而对于大落差、地形起伏大的山区管道尚未见相关文献报道。随着地区经济发展，山区用地愈发紧张，原有管道的部分路由已不能满足地方发展规划的需要。因此，山区管道改线时有发生，原路由管线需做废弃处置，急需基于现有技术开展山区油气管道废弃处置技术研究。

1 管道废弃处置技术现状

1.1 废弃方式

对于油气管道废弃，拆除和就地废弃是常见的两种方式[9]。拆除能够彻底消除管道安全和环境风险，对未来土地利用不造成影响，但工程量大、成本高、施工周期长，适用范围受管道所处地理环境限制。与拆除相比，就地废弃具有工程量小、成本适中、施工周期短的特点，但通常需要采取惰性气体封存或管道注浆等辅助措施，以控制管道废弃后可能产生的安全环保风险[10]。在实际工程应用中，将管道拆除和就地废弃组合使用更为科学有效[11-12]。通常，输气管道废弃包括氮气置换、管道分段、管段拆除、管段注浆或惰性气体封存等环节；输油管道废弃则包括氮气推球排油、管道清洗、管道分段、管段拆除、管段注浆或惰性气体封存等。相较于输气管道，输油管道废弃处置主要增加了管道清洗环节。

1.2 处置技术

1.2.1 管道清洗

管道清洗是输油管道废弃处置过程中的关键环节。常用的清洗方法包括物理、化学以及物理-化学结合法[13]。目前，废弃管道的清洗多采用物理-化学结合法（图1），即将物理清管器与化学清洗剂相结合，组成清洗列车对管道实施清洗。此方法具有清洗速度快、清洗剂用量适中、清垢能力强的特点，已在部分管道上成功应用[4]。

1.2.2 管道拆除

管道拆除是管道建设的逆向过程，可完全借鉴建设时的技术与设备[10]。不同的是，废弃管道的结构强度较新建管道低，且管道内残留的油气可能引发爆炸或造成环境污染[14]。因此，管道拆除时应结合实际，合理选择切割、吊装方式，切割作业时加强对可燃气体浓度的检测，搬运过程中要做好端口封堵以防止残留物洒落[15-16]。

图1 组合清洗列车配置示意图Fig.1 Schematic diagram of combined cleaning train configuration

1.2.3 管道就地废弃

（1）惰性气体封存。选择惰性气体封存时，管内气体压力应在0.02～0.04 MPa之间[17-18]。为防止导流效应的产生[12]，需对管道进行分段隔离。就地废弃管道每2～4 km 应设置一处隔离，具体间距可根据管道周围地形进行适当调整。对于穿越水体、环境敏感区域的管道，应在穿越的出、入口分别设置隔离。

（2）管道注浆。管道注浆包括长距离和短距离注浆两类[8]，其中短距离注浆对象为穿越公路、铁路、水体、建筑物等区域的管道。常用的注浆材料有水泥类、化学类以及黏土类，实际工程中应根据现场情况合理选择注浆材料并优化其配比[19-20]。目前，管道注浆方法主要有纯压力注浆法和真空辅助压力注浆法，其中纯压力注浆法适用于短距离（一般2 km 以内）管道，真空辅助压力注浆法则适用于大口径、长距离管道[6]。

2 管道废弃方式选择

2.1 一般管道

山区油气管道沿线地理环境复杂，应结合现场实际，对不同管段选择不同的废弃方式。对于地上管段，应采取拆除的方式进行废弃处置；对于埋地管段，则应结合土地利用、安全环保、处置成本等因素综合考虑决定。当管道上方土地有开发利用计划或需要深耕种植时，由于管道就地废弃会影响日后土地的正常使用，应选择拆除的方式进行处置；当管道上方土地无开发利用计划或只需耕种浅根作物时，在做好分段隔离措施的条件下，可选择注入惰性气体就地废弃管道。对于穿越公路、铁路、水体、建筑物等特殊区域的管道，为避免管道拆除或原位腐蚀后可能造成的土地沉陷，可选择管道就地废弃后注浆处理。

2.2 特殊管道

2.2.1 陡坡段管道

山区油气管道的敷设常常翻越高陡山坡，导致陡坡段管道的形成（图2）。由于地理环境的限制，拆除陡坡段管道大部分只能依靠人工完成，整个拆除作业需要在陡坡上实施，不仅耗时费力、作业难度大且安全风险高，也会对周围环境造成破坏。加之管道拆除后会打破原有的管土平衡，相当于搬离了土地的支撑物（管道），坡体的稳定性将受到影响[12，21]。因此，对陡坡段管道进行废弃处置时，建议选择就地废弃的方式。当管道必须拆除时，在作业前应对陡坡的稳定性进行评估，作业过程中要重点加强人员的安全防护及环境保护，管沟回填后还需采取有效措施恢复原有地貌。

2.2.2 并行管道

因山区线路选择受限，并行管道在山区油气管道中尤为多见。不同于单条管道的废弃处置，并行管道废弃方式的选择应重点考虑对相邻管道的影响，需要结合现场调查结果进一步评估相关风险后确定，并应取得相邻管道所有方的同意。无论采取何种废弃方式，在处置过程中要注意加强对相邻管道的安全防护，以及隧道、桥梁、水工保护等共用设施的保护。对于并行管道阴极保护系统拆除与否，应根据实际情况统筹考虑。若阴极保护系统单独设置，建议采取拆除的方式进行废弃处理；若阴极保护系统为联合设置，则建议对其进行保留并定期维护。

3 废弃管道处置技术要点

3.1 管道清洗

山区输油管道清洗的难点通常在下坡段管道，由于地形起伏剧烈、管道落差大，下坡段管道易形成不满流现象，造成清洗剂、冲洗水等清洗介质不能与管道内壁充分接触，从而影响管道清洗效果。因此，在山区管道清洗作业时，清洗剂注入点宜选择在管道相对低点，以利于形成清洗剂段塞。在清洗过程中，应严格控制清洗列车前后压差，通过控制清洗列车运行速度来保证清洗剂段塞的稳定以及段塞与管道内壁的持续有效接触。若下坡段管道距离过长，通过技术控制仍然难以实现清洗剂段塞稳定的长距离运行，可采取分段处理的方式对管道实施清洗。当管道存在变形并且影响清洗列车通过时，也应对此处管道进行分段清洗处理。针对山区管道清洗效果的验证，应重点验证下坡段管道的清洗质量，验证方式包括但不限于中间段切开检查、冲洗水油/脂浓度检测、可燃气体浓度检测等。

3.2 管道拆除

不同于普通管道的拆除，山区油气管道的拆除需要综合考虑地形地貌、交通条件、施工技术、环境保护等因素。在整个拆除过程中，尤其要加强对作业人员的安全防护以及周围环境的保护。拆除作业前，对于无法通过公共道路进入的施工地点，应修建临时性施工道路；开挖管沟时，务必做好预防边坡失稳、管沟塌方、堆积土石方滚落等安全措施；切割、吊装与搬运管道时，应结合现场实际选择适用于山地施工条件的设备与工艺，并根据施工工序进行合理的现场布置；恢复地貌时，为降低对环境的影响，应将原有种植土原位回填，同时选种有利于水土保持的当地物种。

3.3 管道分段隔离

对于山区油气管道，由于地形起伏大，管道原位腐蚀后其导流效应将更加突出，造成的生态环境破坏也将更加严重。为有效杜绝此类现象发生，山区油气管道就地废弃后的分段隔离措施应严于普通油气管道，隔离间距应在相关规定的基础上适当缩短。

表1 某山区油气并行管道废弃油气管道分段处置Tab.1 Segments disposal of abandoned oil and gas pipelines in a mountainous ares

3.4 管道注浆

山区油气管道注浆作业的重点在于控制上、下坡段管道的注浆质量。对于上坡段管道，若注浆材料流动性小或固化时间短，则可能因浆体堵塞管道而致注浆作业无法继续；对于下坡段管道，与管道清洗类似，不满流现象将严重影响管道注浆质量。为确保山区油气管道的注浆效果，应对注浆材料的流动性、填充率、固化时间以及结石强度等指标进行严格控制，同时配以合适的注浆设备与工艺，以保证地形起伏段管道注浆质量。若地形起伏过大，不能通过技术控制保证注浆效果，则可在适当位置对管道进行分段处理，以确保特殊地段管道的注浆效果。