油气管道维抢修新技术方法概述

油气管道维抢修新 技术方法概述

姜修才 王建伟 张蕾 赵明 刘博

中国 石油 管道局工程有限公司维抢修分公司 河北廊坊 065001

摘要：目前，国内的油气管道维抢修技术仍大量地存在停输、钉木楔子、焊补丁等传统人工直接作业方法，而国际上目前除了传统的管道维抢修方法外，已经向机械化、智能化、机器人化管道维抢修方向发展了。陆地管道和海底管道在油气能源输送中占据着绝对的数量级，本文将通过总结介绍国内外较新近的陆地和海洋管道维抢修技术方法，例如：双级封堵头、球形封堵头、管道内高压智能封堵球、机械三通/卡具、海洋机械连接器等，为管道维抢修从业者提供参考，共同促进我国油气管道维抢修的取长补短、快速发展壮大。

关键词：油气管道维抢修；陆地管道；海底管道；管道开孔封堵；ROV水下机器人

1引言

管道运输是一种高效、可靠、经济的油气输送方式，随着国民经济发展对油气资源需求的增加，安全可靠的油气管道输送系统，已经成为油气资源开采与输送的重要方式。随着油气管道运营时间的增长，以及腐蚀、外力干扰和管道材料自身缺陷等诸多因素的影响，管道泄漏事故时有发生，管道应急维抢修技术及装备越发受到人们的关注与重视。在油气管道的维修技术中，除了常规的管道泄漏封堵维修方法之外，通过技术的不断演变，逐渐地孕育出了多种新装备和新方法，不断的丰富着管道维抢修技术手段，并且由陆地管道维抢修向海洋管道维抢修进行拓展并成功应用。

2陆地管道维抢修新技术方法

2.1双级封堵头^[1]

一般情况的带压封堵作业的封堵头为单级封堵头，对于内焊道较高的管道（直缝管或螺旋管）、天然气管道用单级封堵头的封堵效果很差，均会有不同程度的泄漏，因此在常规的封堵作业时，会增设下一个充气囊来保证单级封堵头出现泄漏时的密封补偿。因此美国TDW公司设计开发出的双级封堵头，可解决上述问题。双级封堵头的特点：

（1）一级封堵头在行进过程中推扫铁屑保证二级封堵头的高压密封性；

（2）达到工作位后，通过三通护板的平衡孔放气后检查二级封堵头的密封性，同时一级封堵头可形成双级密封，保证封堵严密性。

2.2球型封堵头

针对传统的悬挂式封堵器难以一次成功封堵的缺陷，提出一种新型的球形双封封堵器^[2]，该封堵器具有球形一体化设计，在球形中部放置有两个通过液压缸压缩的密封胶筒，通过压缩密封胶筒使胶筒产生径向膨胀与管壁产生接触压力以达到主动封堵的目的。执行方式为送进液压缸和姿态液压缸协同运动，实现封堵头的送入和取出；封堵液压缸实现封堵与解封。

球型封堵头工作原理：

（1）封堵原理：液压站提供给封堵液压动力，活塞运动，带动球盖的轴向运动，进而压缩和释放两道密封胶筒，使胶筒发生径向变形，实现封堵和解封；

（2）自试压原理：胶筒受压后径向膨胀，与管道内壁产生压紧力实现密封，两道胶筒间的隔离环设计有试压通道，通过向试压通道测压，即可验证两道胶筒的封堵效果。

2.3管道内高压智能封堵器

管内智能封堵器是一种远程无线控制的高压管内定点智能维抢修封堵器（以下简称智能封堵器），智能封堵器在管道中由流体介质推动前行，到达指定封堵地点后，利用管内外通讯技术对智能封堵器的执行机构进行有效控制，完成管内的高压封堵。

（1）以美国TDW公司用于管道的封堵作业的SmartplugTM系列产品^[3，4]为例，该产品从发球筒快开盲板进入，与其相连接清管器单元在管道输送介质的推力下前行，到达指定封堵地点后在微型液压系统提供的动力下，卡瓦膨胀并挤压密封胶筒实现锚定和封堵功能。待封堵作业完成后，控制中心发出指令，微型液压驱动系统泄压，密封胶筒恢复，卡瓦收缩，在管道输送流体推力作用下，带动智能封堵器回到收球端，回收封堵器。控制中心通过超低频信号与智能封堵器进行双向通讯，能够精确地控制其到达指定的作业地点进行封堵，能够顺利完成长油气管道的封堵作业。

（2）美国的另一家Stats Group公司的远程操控的Tecno封堵球（单级封堵），其典型的结构由3部分组成：

1）通球组块通过提供动力使设备穿过管道-这使设备可顺利通过管道的重要部分–例如三通和弯曲处。

2）Tecno封堵球组块主要包括：

①两层弹性密封提供双密封双排泄的隔离；

②锁定段将设备固定在所需的位置。

3）控制组块是一个独立系统，提供Tecno封堵球安全操作所需的定位、监测和驱动系统。

4）每个组块通过球铰连接，便于通过管道弯曲段。

3海洋管道维抢修新技术方法

3.1当前国际上海管维抢修技术所达到的能力

国外海底管道维抢修技术起步较早，已经形成完善的技术体系。如TDW、FURMANITE、OIL STATES、WACHS SBUSEA、OCEANEERING等公司都具有30余年的海底管道维抢修工程经验，尤其是OIL STATES公司已经成功进行了140多次海底管道维修作业，最大水深达1615m，工作压力10.5MPa，最大管径Φ1067mm。

3.2海底管道维抢修一般工艺简介

海底管道的修复一般方法分为：水上维修和水下维修^[5]。如具备条件可将管线提升出水面进行修复；若不具备水面修复条件的话，可采用水下修复的方法，水下修复技术分干式舱修复技术（<10m）和潜水修复技术(>10m)。

（1）干式修复技术

干式修复技术利用干式舱或围堰形成干式环境，采用与陆地相同的设备与工艺。干式舱在开孔封堵位置就位、密封后将内部海水排净，形成与陆地相同的干式作业环境后进行水下作业，工艺操作与陆地开孔封堵作业相同，干式舱仅适合水深15m以内的修复作业。

（2）潜水修复技术

潜水修复是指由潜水员操作水下设备来完成水下作业。又分为空气潜水、氦氧混合气体潜水和饱和潜水，一般潜水员常规下潜深度为120m，饱和潜水最深可达300m，大于120m水深的作业一般采用水下机器人（ROV）来完成。

作业施工潜水可分为饱和潜水和空气潜水两类。饱和潜水人员可在60-120m的范围内进行潜水施工，空潜可以进行水深0-60m施工作业。

3.3海底管道维修卡具

海底管道维抢修卡具的特点：

（1）适用于管道泄漏和局部破损，国内抢修机具没有得到国际认证作为临时抢修机具，国外抢修机具可达25年左右；

（2）液压系统实现自动夹持和螺栓紧固；

（3）方便快捷、所用船舶小、费用低；

（4）对于海管大损伤作为前期堵漏，保证管道低压运行，随后施工修复。

3.4海管表面处理设备

海底管道混凝土配重层及防腐层清理可选用高压水射流设备和专门的防腐层清除设备。海底管道抛光会采用船上遥控专用打磨设备和潜水员手持打磨工具进行打磨两种方式。

3.5海底管道常用的开孔封堵维抢修技术

海底管道开孔封堵维抢修技术是集多项关键技术于一身的复杂作业方法，因此，其采取的方法和手段也不同。但一般而言，抢修过程主要分为2个步骤，第一步是利用抢修卡具前期处理，防止事态扩大化或次生灾害的发生；第二步组织施工进行永久性修复。

3.6 ROV水下机器人

ROV能在潜水员不能达到的深度和不安全的环境中作业，完成高强度、大负荷的工作。在海洋石油深水开发中，ROV正发挥着越来越重要的作用，适用于水深至少120m以下作业。ROV可在水下长期不间断工作，通过船上高压电缆提供动力，因此ROV与潜水员无法同时作业。

4总结

虽然国内目前相对国外在油气管道维修技术上仍有不小差距，但陆上油气管道发展上我国已走在了世界的前列（西气东输三线管道的指标达到Φ1219mm口径、X80管线钢材质、12MPa输送压力，中俄东线管道的指标达到Φ1422mm口径、X80管线钢材质、12MPa输送压力，与之对应的陆地管道维抢修技术有了长足进步。特别是在近年来的中石油自主科研项目、国家重大专项的引领下，陆上的管道维修我们已经达到甚至有所超越了国际管道维抢修水平。而涉及海洋的管道维抢修技术国内还处于初步的探索阶段，尤其是海洋管道的智能维抢修、机器人维抢修作业还有很大的差距，仍需我们的管道人不断地探索与突破。

参 考 文 献

1. 李凤芹. φ711管道球形双封封堵头的设计[D]. 中国石油大学(北京).

2. 谭凯文, 张勋. 油气管道不停输带压开孔封堵器研究进展[J]. 石油矿场机械, 2016, 45(7).