樊三新 刘玉玲
(大庆油田工程建设公司天宇设计院 黑龙江大庆)
摘要管道不开挖内衬复合软管修复技术是把损坏严重濒临报废的管道在不破坏自然地貌、不破坏原管道防腐保温体系的条件下，长距离内衬防腐层形成复合结构，即对原管道起维护支撑作用，衬里层和防腐层修复作用。2008年起先后在大庆油田采油九厂、采油十厂、采油七厂等的油管线、掺水管线、天然气管线、消防管线、钢骨架塑料管进行成功修复，取得了良好的效果。本文较详细地介绍了管道内衬修复技术的特点，技术原理，适用范围以及经济效果。
关键词管道 不开挖 修复
Application of trenchless composite hose lining technology for pipeline rehabilitation in Daqing oilfield
Fan Sanxin Liu Yuling
(Daqing Oilfield Engineering Construction Company Tianyu Design Institute, Daqing, Heilongjiang)
Abstract: The trenchless composite hose lining rehabilitation technology is used to repair and rehabilitate the severely damaged pipelines being close to out of service. This trenchless rehabilitation technology will not destroy the natural landform and not damage the original coating and insulation system on the pipeline. The hose lining composite structure will support the original pipeline to extend its service life. Since 2008, this trenchless rehabilitation technology has been widely used in No.9, No. 10 and No. 7 Oil Production Filiales of Daqing oilfield. Various pipelines such as crude oil pipelines, high water cut pipelines, natural gas pipelines, fire fighting water pipelines and steel reinforced plastic pipelines have been rehabilitated successfully by this trenchless technology. The paper describes the characteristics, technical principle, scope of application and economic effects of this trenchless rehabilitation technology in detail.
Key words: pipeline, trenchless, rehabilitation
0前言
管道不开挖内衬复合软管修复技术是把损坏严重濒临报废的管道在不破坏自然地貌、不破坏原管道防腐保温体系的条件下，长距离内衬防腐层形成复合结构，即对原管道起维护支撑作用，衬里层和防腐层修复作用。2008年起先后在大庆油田采油九厂、采油十厂、采油七厂等的油管线、掺水管线、天然气管线、消防管线、钢骨架塑料管进行成功修复，取得了良好的效果。本文较详细地介绍了管道内衬修复技术的特点，技术原理，适用范围以及经济效果。
1关键技术
1.1 管道长距离清洗技术
我们研制的叠片式清管器是针对长距离旧管道修复而开发的，其优点是清洗管线长度不受限制，随清随排，因此不会被堵塞，所以工作效率高，清垢成本低。
叠片式清管器原理是在水压作用下推动清管器在管内向前移动，当阻力加大时，双层钢片被打开，强大水流从缝隙通过对管壁强力冲洗，同时叶片对管壁油、垢进行刮削，使各种垢脱落随水流排出。
叠片式清管器适用于Ф48mm以上的管道进行清理，该清洗器具有结构简单，操作方便等特点。
图1 叠片式清管器照片
1.2复合玻璃钢软管结构
管道内衬复合玻璃钢软管技术是采用机织纤维无缝软管外加敷膜层和不饱和聚脂树脂为原料，反翻衬入钢管内，固化后形成复合衬里。所用材料具有重量轻、强度高、成型性好、线胀系数与钢材接近和适用性强等优异性能。它可根据管道输送介质及温度压力的不同而改变配方。
1.2.1 复合玻璃钢软管结构
复合玻璃钢软管由纤维增强管坯1，外防渗透层2和管坯内浸热固性树脂3组成。复合玻璃钢软管结构参见图2所示：
图2 复合玻璃钢软管结构示意图
1.2.2复合玻璃钢软管材料
（1）纤维增强管坯
纤维增强管坯是由涤纶纤维编织的无缝园形管筒，具有强度高耐热性好，耐油、耐水、耐化学腐蚀，可在-30℃～110℃环境下长期使用。
（2）防渗透层
考虑油田集输系统管道输送原油和污水的要求，我们选择四种防渗透层原料，一是聚氨酯弹性体（PU）；二是改性聚氯乙烯（PVC）；三是改性聚乙烯（PE）；四是硅胶。
聚氨酯弹性体具有高强度、高弹性和优异的耐磨性。聚氨酯弹性体分聚酯型和聚醚型两种，它们的特点不同，其中聚酯型耐油性好，耐水性稍差；而聚醚型即耐水又耐油。
改性聚氯乙烯是用疏松型中等粘度聚氯乙烯，其表面不规则，断面疏松多孔呈网状，容易吸收增塑剂，塑化速度快，加工工艺性能好；加入丁腈橡胶，使聚氯乙烯具有极好的耐油性，耐热性和耐磨性；再加入增塑剂提高其柔顺性，加入硬质酸盐，提高其热稳定性，使其适应集输管线各种使用条件。其最大优点就是价格便宜，仅为聚氨酯弹性体的1/3～1/2。因此，我们优先选择改性聚氯乙烯作为防渗透层材料。
改性聚乙烯耐温性能优于改性聚氯乙烯。硅胶适合高温。
（3）热固性树脂
经过广泛调研和大量试验研究工作最后确定用“乙烯基酯聚酯树脂”作为胶粘剂。
该胶粘剂是酚醛改性环氧树脂，除具有环氧树脂线胀系数低，防腐性能好，粘接牢固，高强度，高耐磨性，还具有通用型不饱和聚酯树脂室温固化等优异工艺性能，而且价格较低。
由于“乙烯基酯聚酯树脂”可在室温下固化，因此可采用压缩空气进行翻转内衬，与用水压翻转内衬比较工艺简单操作方便，节约能源，不污染环境。
2管线内防垢和治垢的技术措施
2.1管线防垢技术措施
管线内衬材料极性选择与软管结构设计
管线整体翻衬复合软管防腐技术，经过多年的研究我们对修复管线的内衬材料，内衬工艺，内衬机具等形成了系统的完整的技术。对不同的管径，不同的介质，不同的压力，不同的温度可以针对性地设计不同的软管结构，以满足工程需要。
针对三元复合驱区块地面集输管线系统防垢、阻垢内衬材料及成型工艺进行试验研究，我们选择大分子量的非金属材料为基料进行接枝改性，以解决三元复合驱区块地面集输管线系统内腐蚀结垢问题。我们在大量的调研、试验研究基础上，在新建管线内整体翻衬复合软管以解决管线防腐结垢问题。
复合软管由三种材料组成，管坯，防渗透层和胶粘剂。
根据大庆油田原油凝固点高的特点，原油在采集过程中需要掺水加热到40℃～50℃，内衬管与原油直接有界面作用的是防渗透层，因此我们选择超高分子量聚乙烯或弹性聚氨酯，该材料通过接枝改性正负电荷重心接近重合，对外呈非极性状态，与一般的胶粘剂不粘接，即使与专用的胶粘剂，其表面也要经过极化处理后才能粘接，与垢的粘接性就更差了，所以该材料具有极佳的防垢、阻垢性能，可以有效地阻止三元复合驱污水在管壁上结垢。
管坯材料：我们选择涤纶纤维，该材料具有强度高，耐温（120℃以下可以正常使用）。
胶粘剂：我们选择介于环氧与不饱和聚酯之间的乙烯脂基树脂，该胶粘剂经过改性可在潮湿环境中常温下固化，有良好的工艺性，综合了环氧与不饱和聚酯的性能。
以上复合软管的结构可以适用于聚合物驱、三元复合驱区块污水、污油的输送。
2.2管线减堵治理技术措施
为了解决油水井因故停产而造成的管线“老死油”及沉垢堆积现象，我们一方面研究开发无极性软管阻止管线结垢，另一方面在无极性软管的基础上研究开发一种高膨胀软管（国外已经有类似产品，主要用在高压消防泵车上），这种软管在没有压力的情况下口径很小，当压力达到0.5MPa时，口径可膨胀为原来的3-5倍，且承压能力可大幅度提高（软管极限爆破压力普通级为2.0MPa，加强级为5.0MPa），由防和治两方面入手彻底解决管线解堵问题。
3管道内翻衬复合玻璃钢软管工艺
翻转法内衬复合玻璃钢软管的基本原理是将带有防渗透层并浸有专用树脂的纤维增强软管（以下简称软管），采用水压（或气压）将软管反翻并送入旧管道内，使软管带有树脂层的一面贴附于旧管道内壁，防渗透层成为新管道的内表面，采用特定的技术措施固化成型，形成坚固的钢塑复合管。
翻转法内衬复合玻璃钢软管是由“蜗牛翻转器”实现的。参见图3，其翻转过程如下：
将浸有专用树脂（亦称胶粘剂）的玻璃钢软管放置在蜗牛翻转器内，在压缩空气压力作用下软管开始翻转并进入被修管道内，此时浸有树脂层与涂有防渗透层的软管完成位置转换，而且转换部位随着气体持续进入而不断前移，直至全部翻转完毕，完成管道内衬复合玻璃钢软管修复。
图3 蜗牛翻转器结构示意图
4管道修复设备及施工配套机具
图4 现场试验照片
5推广应用情况
2008年起先后在大庆油田采油五厂、采油七厂、采油九厂、采油十厂、长庆油田，伊拉克艾哈代布油田等，对φ48 mm、φ60 mm、φ76 mm、φ89 mm、φ114mm、φ159 mm、φ168 mm的集油管线、掺水管线、天然气管线、玻璃钢管线、消防管线、注水管线等进行了内翻衬修。其中2008年10月在大庆油田采油九厂龙虎泡作业区，利用蜗牛翻转器对φ89×4.5mm掺水管线顺利内翻衬复合玻璃钢软管1.2Km，压风机压力≤0.4MPa，平均翻衬速度10～40m/min。现场分段进行修复，最长一段达300m。创目前国内外一次翻衬复合玻璃钢软管通径最小，距离最长的记录。该区域内未经修复的8条管线已全部更换新管线，而经我们内衬修复的管线已安全运行7年，各项指标正常，修复取得良好效果，受到用户欢迎。
6适用范围
可对φ48mm～φ600mm钢管或非金属管实施不开挖内衬修复，一次修复长度300～500m，修复成本为新建管道的30%～50%、口径越大，降低成本越明显，且可避免新建管线因征地补偿带来的附加费用缓和企地关系。
7经济效益
旧管线经过修复，一是消除了隐患保障了安全生产；二是衬里层与原管道形成新的结构，增加防腐保温功能；三是环保节能，为油田节约大量资金。修复后的管道由于内表面光滑，可比原管道提高输液量5～10%，且内衬材料具有对称的分子结构，对外呈无极性状态，能有效的防止垢层的附着，具有突出的防结垢性。大大地降低了管道的运行成本，其抗腐蚀能力远远高于钢管本身，而且保留原管道的外防腐保温体系不变，又不大面积开挖土方，可降低管线建设成本，修复后的管线寿命可提高20年以上。
参考文献
[1]《埋地钢质管道不开挖长距离内翻衬里施工工法》.2011年度国家级工法，批准文号：建质（2011）154号；工法编号：GJEJGF354-2010.
[2] 大庆油田公司企业标准Q/SY DQ1406-2010 《油田集输系统在役钢质旧管道内翻衬玻璃钢修复集输规范》.
[3] 樊三新,樊一蒙.不开挖内翻衬玻璃钢软管现场修复旧管道接口技术.石油工程建设2012,第38卷第3期:79.
[4]《Repair Technology of Pipelines Non-Excavation Long-Distance Lining FRP Hose》, Harbin institute of Technology ,Harbin.haerbingongyedaxue China406-410.200909.