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油气集输管材的一场革命

浏览次数: 日期:2013年9月1日 13:19
 油气集输管指的是从油气井口到联合站间的输送管道,是各油田用量较大的一种管材。长期以来,油气集输都采用钢制管材。由于各油田所处的地域不同,地下水矿化度不同,对钢制管材存在不同程度的腐蚀。在有的油气田,特别是含硫化物及氯离子高的地区,管线腐蚀十分厉害,多则三五年,少则一二年,个别甚至几个月即被腐蚀,冲孔刺漏。尤其随着老油田含水率上升,管线腐蚀越来越严重,每年不仅需要数以十万吨新钢管进行补充,而且给生产与环保造成一定影响。 钢制集输管材需要大量的钢材,每炼1吨钢不仅需要消耗大量煤炭,同时排放大量的二氧化碳。为了环保和节能减排,世界各国都在围绕这一难题展开研究攻关,研制出多种抗腐蚀抗结垢的非金属材料管材,借以取代钢制管材。在我国,特别是改革开放以来,也在围绕这一难题开展研究,已取得一系列成果。据了解,目前国内在用集输管材中,除了钢制管材外,在常用非金属管材中,有玻璃钢管、塑料合金复合管、钢骨架塑料复合管、柔性复合高压输送管等。在众多管材中,究竟哪种管材既耐用、安全、环保,又经济实惠呢? 一、孰优孰劣,对比之后看结果 在我国西部一个老油田,因集输管线都采用钢制管材,近年来随含水率上升,管线腐蚀特别严重,经常发生泄漏,造成污染,影响生产,研究决定对老管线进行更换。究竟选用哪种管材既耐用又经济呢?他们请一家长期从事石油工程设计研究单位进行可行性研究。科研人员从油田腐蚀源分析起,收集国内外各类管材的详细资料,进行全面系统的分析对比,最终给油田提出了决策建议。 在分析对比中,有金属和非金属材质两大类。在金属材质中,看重分析了各种钢制管材,如果螺旋缝埋弧焊钢管、直缝高频电阻焊钢管、直缝埋弧焊钢管、无缝钢管。这些钢管虽具有高强度、韧性好、可焊性强、适应温度范围广的优点,但普遍存在耐腐蚀差的问题。 在重点分析对比的非金属管材中,如玻璃钢管、塑料合金复合管、钢骨架塑料复合管、柔性复合高压输送管等均有较好的抗结垢性能和防腐性能,在目前钢材市场价格较高的情况下,价格比同等规格的钢管略高。目前国内柔性复合高压输送管使用温度能达到110℃,能满足集输要求。 1、钢骨架塑料复合管 钢骨架塑料复合管是一种结构复合管材,属于增强热塑性塑料复合管。该管材以优质低碳钢丝网为加强骨架,以高密度聚乙烯为复合相,管壁的内外层塑料通过管材中间的钢丝网孔连接为一体,具有双面防腐,耐磨损,有一定刚性,承受内、外压的能力强,安全可靠,使用寿命长的特点,适用范围为0~70℃,管径DN250以上的管线公称压力在1.6MPa以下,由于钢骨架塑料复合管承压能力较低,适用温度较低,故本工程不宜采用钢骨架塑料复合管。 2、塑料合金复 合管塑料合金复合管由功能层、增强层和外表层等三层组成的新型复合管材。功能层主要由塑料合金拉制而成,其主要作用是:a防渗;b防腐;c耐磨;d耐冲击、韧性好;e内表面光滑,摩阻小;增强层主要由不饱和树脂和无碱玻璃纤维组成,通过特殊的缠绕工艺缠绕而成,其主要作用是承受压力和拉力;外表层是由聚脂树脂组成的富脂层,其作用除美观外,还起防腐和保护管材的作用。塑料合金复合管适用温度范围为-30~80℃,公称压力在6MPa以下,最大管径为DN350,由于塑料合金复合管安装、维修困难故本工程不宜采用塑料合金复合管。 3、玻璃钢管 玻璃钢管属半刚半柔性管材,玻璃钢管作为集输管道的优势在于:材料强度高承压能力高;内表光滑输量大且长期使用能耗低;刚度好抗变形能力强;安装的可靠性高,使用寿命长,设计寿命在20年以上。 由于玻璃钢管采用的是树脂固化工艺,管道韧性不足,容易脆裂。单管长度有限,连接频繁,接头密封失效效率高。玻璃钢管施工技术要求高,要求施工方法正确,形成管-土共同作用承受外压,否则极易产生渗漏,抗震能力差,对地层结构性能要求较高。在沙漠和戈壁地区使用时易受地质断层等因素影响造成接头部位断裂,难修复。 酸酐固化环氧树脂玻璃钢管道最高使用温度80℃,胺固化环氧玻璃钢管最高使用温度93℃;最大压力不大于25MPa。 4、柔性复合高压输送管 柔性复合高压输送管连续动态复合而成,可满足工程长度需求,以盘绕形势供货,中间无接头。质量轻、柔性好、耐腐蚀、抗结垢、流体输送阻力小,绝热性能好、输送压力高。单根长度可达千米,螺纹连接,施工简单快捷、施工费用低,减轻工人劳动强度,缩短施工周期。抗低温冲击性能好,冬季施工不受影响。在实际铺设过程中可以因势利导,有效减少地质断层、地质裂缝、黄土湿陷、采空区等自然灾害对油气管线的损害。使用安全可靠,运行维护费用低,设计寿命在30年以上。 柔性复合高压输送管可用于油田单井集输(油、气),单井注水,注醇等方面,最高使用温度110℃,最大压力不大于32MPa,最大管径不大于DN150。 科研人员最终建议:非金属管线是目前油田耐腐蚀管材选择的发展趋势,柔性复合高压输送管耐腐蚀性好、质量轻、安装方便、水力学特别优良,建议更换管线可选择柔性复合高压输送管。 二、实践是最好的回答 据中国国家石油天然气行业标准SY/T6717-2008《石油天然气工业用柔性复合高压输送管》中介绍,复合管的结构一般由三部分组成:芯管、增强层和外包层。芯管为聚乙烯管(也可采用聚丁烯或改性的其他高分子聚合物为芯管原料);增强层为芯管上编织或缠绕的增强纤维丝(绳)或钢丝绳,各增强层之间采用粘结剂粘结;外包层为聚乙烯防腐保护层。 据了解,目前国内生产此类产品的厂家有好几个,记者选择了一家研制此产品最早、规模最大、用户反映最佳的一家制管公司,对产品的研制、应用情况进行了详细调查。 始建于1994年的这家制管公司,一起步即瞄准我国油气的实际需求。由于我国东部地区多数油田进入中后期,油井含水率上升,有些液体腐蚀介质浓度高容易结垢,对金属管材腐蚀特别严重虽然有些油气田添加了缓蚀剂,但效果均不理想。尤其有些油气管线受硫化物、二氧化碳侵蚀,损坏特别严重。尽管各油田都在想办法,采用不锈钢管等,但有些管材成本太贵。针对这种情况,该公司汇集科技人员并与石油管材院、北京化工大学、大连理工大学、天津大学、工业装备分析国家重点实验室等多家科研机构、院校建立了长期、紧密的合作关系,开展了柔性管的研究,设计、制造、试用推广。目前已在中石油的长庆、大庆、华北、塔里木和中石化的部分油田,总计推广应用近1.5万公里。 为了摸清这种柔性管应用的真实情况,笔者先后对长庆油田、塔里木油田进行了调查。在长庆采气一厂,一位工艺研究所负责人介绍:“气井在生产中,气与水结合后容易产生水合物,堵塞管线,影响生产。2003年年初开始使用柔性管,先铺设了几公里,发现这种柔性管性能优良。2004年开始在厂里进行推广,到2010年年底,已试用了800多公里。实践证明,这种柔性管不仅防腐、防结垢、抗高压,完全能满足工况要求,而且这种管铺设施工很方便。” “过去钢管10米一节,一根接一根地焊到井口,还要内外防腐、拍片、检测,生产成本很大。现在使用柔性管,有的一盘1000米,如有5公里长,只要有5个接头,用的是不锈钢连接。从井口到集输站,如果距离短,可按长度事前设计好,可以不用一个接头,既节省人力又节省时间。柔性管在我们厂试用已8年了,至今没有出现过腐蚀现象。”这位负责人介绍起柔性管有点刹不住闸。 在长庆采气二厂,建设项目部地面项目一位负责人详细介绍了他从各种管材试验、比较、择优选择柔性管的过程,介绍了柔性管的几大优点: 一是耐腐蚀。柔性管抗硫化氢及多种硫化物,虽然二氧化碳与水结合后产生酸,对金属管腐蚀相当厉害,但对柔性管不产生腐蚀; 二是抗结垢。流体输送阻力小,绝缘性能好,应用至今未出现结垢阻塞现象; 三是耐高温低温。柔性管适用温度零下50摄氏度至260摄氏度。尤其是低温,普通钢管最大耐低温为零下35摄氏度,柔性管可耐零下50摄氏度; 四是耐高压。设计压力为32兆帕,一般工作压力为20兆帕,试验爆破压力可达80兆帕; 五是材质轻。单根可达1公里,盘绕式供货; 六是柔性好,便施工,尤其沟峁地形、丘陵沙漠地带,适应性能强,并且维护方便。 建设项目部地面项目的负责人还算了一笔细账:“柔性管寿命长,设计寿命30年。从成本上来说,就建成一条管线综合成本一项进行测算对比,与同管径的管子相比,钢管(包括管材加铺设成本的内外防腐、焊接、拍片、检测)最终每米90元,而柔性管(包括管材加铺设成本)最终每米54元,一米即节约36元,一公里即节约3.6万元。目前在子洲米脂气田160多口井,已应用了800多公里,平均一口井用量在5公里左右,大大降低了生产成本。” 为了摸清油田在油井注水方面的情况,笔者又特地到甘肃陇东地区的采油二厂实地调查。一位采油工艺研究所技术室的员式介绍:“二厂这些年含水率上升很快,矿化度较高,流体中含有硫酸盐、钠离子、钙离子,一开始采用无缝钢管做注水管线,一般的管材一二年即腐蚀报废,采油成本很高。为了降低生产成本,2000年后,二厂开始使用非金属管材,刚开始用玻璃钢管,但太脆,尤其冬天,稍有不慎即碎了。后来改用塑料合金管,单根8米长,施工难,成本高。以后又用双金属管,内衬不锈钢,但价格太贵,施工同样难。最后才用柔性管,2005年至今,二厂使用后感到确实不错,不仅抗腐蚀,耐高温、低温,抗高压等优点明显,而且成本低。” 笔者随技术室的有关人员来到当年罗玉娥为保护油井与匪徒搏斗而牺牲的中298-1井。如今这口井已改为注水井,笔者目睹了已应用近3年的柔性管的实际情况,尤其是两根管的对比,一边是锈蚀的钢管,一边是光亮如初的柔性管。 塔里木油田自1989年投入开发时,由于综合含水率不断上升,油田产出水矿化度高,氯离子含量高,部分井井流物温度升高快,导致腐蚀不断加剧,集输管线穿孔刺漏频繁。为解决这一难题,油田领导多次开会研究办法,于2008年开始在哈得、轮南、桑吉作业区先后试用柔性管20多公里。自试用到笔者调查时,所有管线运行正常,未出现任何质量问题。对于过去铺设的如今已严重腐蚀的旧管线,他们委托有关单位进行可行性研究,按照研究建议,开始大面积推广,到10月底已累计推广100多公里,明年将继续逐步展开。在调查中,几个作业区都提供了详细的使用后情况资料,一致认为柔性管防腐蚀、耐高压,综合成本比金属管材低。 为了进一步了解这种管材的性能,特别是其抗腐蚀、耐高压方面的情况,又了解了检测单位的检测结果,检测机构都得出了一致的结论。 四川局检测中心对柔性管整体测试,试验时间为169小时,试验温度为70摄氏度,介质模拟罗家寨气田水,试验压力为9兆帕。检测结论:在此试验条件下质量变化率为2.08%,浸泡后7天试样无变化,外观颜色无变化。对柔性管内层测试,将试样放入高压高温溶液中,饱含H2S水溶液,试验温度65.5摄氏度,维护实验环境CO2分压2兆帕,在实验条件下,浸泡7天无明显变化。 化学工业胶管和胶布制品质量监督检验中心对柔性管耐低温性能测试结果表明,在正负40摄氏度×6小时弯曲180度无龟裂。低温恢复至室温状态下17.25兆帕×1分未泄漏。 尤其是西北大学对柔性管使用年限的经济效益进行对比测试,得出的结论是:柔性管浸泡30天、60天、100天,外观不变,管芯管材质属于一级面浸防腐材料。 在多地试用、检测的基础上,2004年10月17日,由河北省科技厅组织、聘请同行专业组成鉴定委员会,对柔性管进行鉴定后认为:柔性管符合油田在采油、采气、集输、注水等方面对管材的需求。经长庆油田、吉林油田等8个区块的试用表明,柔性管用于单井输油、无泄漏、无变形、状况良好;柔性管用于注水、注醇,运行正常。试验表,柔性管总体技术达到国内领先水平,具有良好的推广应用前景。 为了进一步检验柔性复合管的抗压性能,2009年4月17日,中国石油西安管材院对19根公称外径68毫米、公称压力6.4兆帕的柔性管(DN68、PN6.4)进行试验,结果表明,规格为DN68、PN6.4的柔性复合管在1.5倍公称压力下(10兆帕)进行180分钟静水压,实验后均未发生失效现象,耐压强度、耐温强度均超过规定标准。 在试验的多个油田中,有10多个基层单位科技人员进行了现场检测,仅长庆油田就进行5次之多,每次都挖出原管,进行截样、打压试验。为了掌握高压柔性管在长时间压力作用下的耐腐蚀和承压情况,根据使用时间和数量,曾于2007年7月13日选择并取6口井气井的部分高压柔性管进行性能检测,结果是: 1、耐腐蚀检测。经解剖观察,经过对截取样的各井注醇柔性管内芯层检测发现,管样内表面光滑,无任何腐蚀痕迹,且无硬化、老化迹象。对从现场截取的柔性管样品外观观察,无腐蚀现象。 2、承压试验。根据相关规范,检测人员对3根柔性管进行了水压试验,从试验过程和试验数据,可以看出被试管质量符合要求,试验过程稳定,打压过程中柔性管无泄漏、无可见变形、试验过程无异常声响。 通过在长庆气田应用柔性管的性能检测,检测人员发现该管完全可以替代无缝钢管,并具有耐腐蚀、便于施工的特点,具有较好的经济效益,同时也对非金属制管业的发展有积极意义。 三、新型管材正在走向宽广路 为了探讨这种管材的发展前景,笔者特地走访了我国在石油管材方面研究的最高权威机构——中国石油西安管材研究院非金属管材研究中心。科研人员围绕非金属管材,尤其是柔性管的应用范围、发展前景及当前海洋油气开发急需的高压柔性管等问题,谈了他们的看法。科研人员称:“非金属管材,尤其柔性复合高压管发展前景十分广阔。一方面我国东部和西部许多老油田进入开发中后期,含水率迅速上升,有些液体腐蚀介质多、浓度高、易结垢,对金属管材腐蚀特别严重。虽然有些油田添加了缓蚀剂,但效果尤其是气管线效果并不明显。尽管都在想办法,但均不太理想,有的成本很高。近十多年,随着复合材料应用技术的发展,非金属管材的开发和应用深入到各个领域,已成为油气输送管材的新成员。特别是柔性复合高压管以其优异的承载能力和较高的可靠性、安全性、经济性,受到广泛重视。另一方面,各油田多数油井开发已进入中后期,由于压力低,需要进行注水开发,加上污水排放,面临腐蚀结垢问题,也需要大量的抗腐蚀抗结垢的柔性管。”科研人员还对我国正在进行开发的海洋油气资源所急需的抗腐蚀、抗疲劳、寿命长、不导电的海管研制生产提出了自己的想法。 据了解,由于地层压力低,我国油田绝大多数油井采用注水开发,仅石油系统每年用在注水注醇及污水排放等方面的管材多达二万多公里长、数十万吨,同样面临腐蚀和结垢问题。每年光用在注水管报废更换的资金数以亿计,能否攻克这一难题也是石油人的企盼。不久前,长庆油田工艺技术研究院针对油田低压低渗特点,总结研究注水用油井管的使用情况,与有关生产厂家合作,研制出新的用于注水的柔性管材。此种新型油井注水管试用几个月来,一切运行正常,尚未发现任何问题。 中国是海洋大国,蕴藏着丰富的油气资源。但海上油气开发不像在陆上,加上海水矿化度高,对金属管腐蚀更为严重,因此国外早在20多年前即开展研制适合深海油气开发需要的复合高压柔性管。由于我国仅能生产陆上和滩浅海用柔性管,尚未进入深海柔性管领域,因而国外企业垄断了这一市场。为此,我国相关部门正在拨出专款开展这一研究。可以预见,在不远的将来,深海柔性管也将走进中国石油管材市场。

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该资讯的关键词为:柔性复合高压输送管