阮亦根1 阮哲2

1.中國石化浙江石油分公司； 2.中海油研究總院工程設計研究院

 

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，并在原孔內回拖新管道，之后與穿越段兩端原有溝埋敷設管道連頭，恢復生產(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。詳細介紹了具體施工方法和技術(shù)措施，為類(lèi)似定向鉆油氣在役管道失效搶修提供了可靠的經(jīng)驗。

 

1 工程概況

2018年8月14日，某成品油管道（簡(jiǎn)稱(chēng)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(cháng)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；三級擴孔至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10 m為X502縣道；南側15 m為G60高速公路；西側20 m為高邊坡水渠；北側9 m為Φ 1016 mm輸氣管道（簡(jiǎn)稱(chēng)B管道）、 11.2 m為Φ 813 mm輸氣管道（簡(jiǎn)稱(chēng)C管道）、 25 m為數棟民房，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細砂、卵石， 10.4～16.1 m強風(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強風(fēng)化碳質(zhì)灰巖[4]。

2.3 破損搶修方案比選

根據管道破損點(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，未出現大的坍塌，孔洞內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)明定向鉆鉆道內存在空隙。

（3）定向鉆穿越段地下水豐富、水位較高。

據此確定采用方案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)是對破損管段兩端帶壓封堵、清管拉拔以及新管線(xiàn)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域警戒、關(guān)閉上下游線(xiàn)路截斷閥、 24小時(shí)泄漏巡查、油料回收、油氣濃度檢測、人員車(chē)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)行可燃氣體檢測。

（2）采用的管件與原管道設計壓力等級一致。

（3）使用DM管道檢測儀探測基本管位、走向和埋深。

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

（5）應先開(kāi)平衡孔，后開(kāi)封堵口，最后開(kāi)收油孔。

（6）確定封堵嚴密后，進(jìn)行封堵段抽油作業(yè)。

（7）破損管段截斷切割前，用氮氣置換油氣。

（8）兩端口采用封頭滿(mǎn)焊密封；使用黃油膩子密封，封堵有效長(cháng)度不應小于1.5倍管道內徑。

3.3 新管道用材、焊接與檢驗

（1）新管道采用Φ 406.4×12.5 mm、 L415鋼管，每支長(cháng)12 m，冷彎管現場(chǎng)制作，熱煨彎管工廠(chǎng)定制。鋼管、管件采購和制作按現行標準執行[5-7]。

（2）在焊接施工前進(jìn)行焊接工藝評定，根據評定合格的焊接工藝編制焊接工藝規程[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(xiàn)照相檢驗和100%超聲波探傷檢驗，對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、測徑及試壓

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

（2）試壓。在出土點(diǎn)設表，清管、測徑過(guò)程中進(jìn)行試壓。強度試驗壓力取1.5倍設計壓力，嚴密性試驗壓力為設計壓力。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

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

（1）夯錘、拖拉設備選型

Φ 406.4×8.7 mm、 L415鋼管的最低屈服強度為415 MPa，最低抗拉強度為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2分鐘，然后在入土端用鉆機牽引滑輪組（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，單用鉆機牽引滑輪組拉拔，鉆機牽引拉力顯示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(cháng)12 m的Φ 457×9.5 mm短管（圖 5），作為新管道回拖擴孔。當鉆機牽引拉力顯示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）設置泥漿池，連續調制、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，保護新管道防腐層。

（2）短管擴孔

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

（3）防腐層評價(jià)

新管道采用3PE防腐，現場(chǎng)對回拖出來(lái)的部分新管道經(jīng)表面清洗、查看，防腐層保持完好；用電火花檢測沒(méi)有發(fā)現防腐層漏點(diǎn)；管道連頭通過(guò)兩端就近陰保測試樁進(jìn)行防腐層質(zhì)量評價(jià)，結果全部合格，其中81.3%管段達到優(yōu)級[16]。

（4）腐蝕預防措施

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

3.7 可燃氣體檢測

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)行了可燃氣體檢測。

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、測徑合格后，整體進(jìn)行強度和嚴密性試驗及可燃氣體檢測，采用陀螺儀進(jìn)行管位精準測量；然后兩端進(jìn)行連頭焊接、檢驗。

（2）新管道投油

連頭焊縫檢驗合格后，先取出入土端（相對低點(diǎn)）封堵塞，開(kāi)啟入土點(diǎn)下游方向線(xiàn)路截斷閥，出土端（相對高點(diǎn)）封堵器平衡孔排氣并監視充油量。當平衡孔不再排氣、少量排油后，將平衡孔封堵，再開(kāi)啟出土點(diǎn)上游方向線(xiàn)路截斷閥完成投油。

4 結論

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狀態(tài)，沒(méi)有完全固結抱死管道。

（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度，牽引拉力不大于管道最低抗拉強度。

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

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

（6）事故管段恢復投產(chǎn)后，對該段管道及前后管段進(jìn)行高后果區識別、評價(jià)和管理。

 

參考文獻：

【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】中石化石油工程設計有限公司.龍游―常山成品油管道工程施工圖設計.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 勘 察 ） .地-2012279D29.2013-03.

【5】中華人民共和國國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局.石油天然氣工業(yè)管線(xiàn)輸送系統用鋼管:GB/T9711-2017[S].北京：中國標準出版社，2017.

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

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

【8】中華人民共和國國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局.鋼質(zhì)管道焊接及驗收:GB/T31032-2014[S].北京：中國國標出版社， 2015.

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

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

【11】中華人民共和國住房和城鄉建設部.油氣長(cháng)輸管道工程施工及驗收規范:GB50369-2014[S].北京：中國計劃出版社， 2014.

【12】國家能源局.油氣輸送管道工程水平定向鉆穿越設計技術(shù)規范:SY/T6968-2013[S].北京：石油工業(yè)出版社，2013.

【13】中華人民共和國住房和城鄉建設部.油氣輸送管道穿越工程設計規范:GB50423-2013[S].北京：中國計劃出版社，2014.

【14】中華人民共和國住房和城鄉建設部，油氣輸送管道穿越工程施工規范:GB50424-2015[S].北京：中國計劃出版社，2015.

【15】中華人民共和國國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局.壓力管道規范 長(cháng)輸管道:GB/T34275-2017[S].北京：中國標準出版社， 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評價(jià)報告[R].2018-0919.

 

作者：阮亦根，男， 1963年生，高級工程師， 1985年7月浙江海洋學(xué)院油氣儲運專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，現從事油氣管道建設、運行管理工作。