董紹華1 湯林2 班興安2 張維智2 高策1

1.中國石油大學(xué)（北京） 管道技術(shù)與安全研究中心； 2. 中國石油勘探生產(chǎn)分公司

摘 要： 國內油氣長(cháng)輸管道完整性管理經(jīng)過(guò)長(cháng)期不斷探索實(shí)踐，取得了積極成效。但油田管道完整性管理仍然處于起步階段，安全與環(huán)境隱患突出。分析了油田管道自身特點(diǎn)和實(shí)施完整性管理的難點(diǎn)，提出了適合于油田管道的五步循環(huán)管理模式，以及全生命周期完整性管理設計方案，對于及時(shí)發(fā)現泄漏風(fēng)險并實(shí)施防護，預防事故的發(fā)生意義重大。

關(guān)鍵詞： 油田管道；全生命周期；完整性管理；方案

油田管道系統龐雜，管道類(lèi)型多樣。截至2017年底，僅中國石油油氣田所屬各類(lèi)管道總長(cháng)超過(guò)30萬(wàn)公里、中國石化所屬各類(lèi)油氣田管道總長(cháng)約20萬(wàn)公里，管道類(lèi)型達數十種，包括油氣集輸管道、凈化油氣管道、供水管道、污水管道、注水管道等，加強管道安全管理是油田管理者始終面臨的重要課題。國內長(cháng)輸管道完整性管理目前已經(jīng)有了堅實(shí)的基礎，而油田管道完整性管理一直沒(méi)有全面開(kāi)展，這和油田管道特點(diǎn)、設計理念和設計標準有密切關(guān)聯(lián)，需要借鑒長(cháng)輸管道的管理經(jīng)驗和方法開(kāi)展油田管道完整性管理。

1 油田管道的特點(diǎn)

（1）管道管徑較小。油田管道管徑大小不一、管網(wǎng)結構復雜、建設水平各異，距離相對較短，管徑和壓力差異大，呈網(wǎng)狀、條狀、枝狀分布，多數管道無(wú)陰極保護，無(wú)收發(fā)球筒，內檢測技術(shù)無(wú)法實(shí)施。而長(cháng)輸管道管徑單一，大多數管道直徑超過(guò)660 mm，布設有收發(fā)球筒，可以定期開(kāi)展管道內檢測，管道成線(xiàn)性分布。

（2）管材等級較低。油田管道以中低鋼級管線(xiàn)鋼為主，屈強比小，焊接以半自動(dòng)焊、人工焊為主。而長(cháng)輸管道以高鋼級管道為主，斷裂韌性大，屈強比大，焊縫焊接以自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊為主，焊接過(guò)程控制條件嚴格。

（3）陰保非強制性。油田管道輸送介質(zhì)復雜，大多數存在如H2S、Cl -等危害因素，且具有高溫、高壓等特點(diǎn)，腐蝕環(huán)境突出。外部防腐采用瀝青、環(huán)氧+玻璃布等涂層防腐，陰極保護系統采用犧牲陽(yáng)極形式，陰極保護具有非強制性。長(cháng)輸管道大多數采用3PE結構、陰極保護系統完善，外加電流為主，陰極保護是強制實(shí)施。

（4）介質(zhì)腐蝕性強。油田管道運行時(shí)在管線(xiàn)內部可能添加緩蝕劑，介質(zhì)通常表現為油氣水多相流的相態(tài)，具有高溫、高壓，有毒、有害的特點(diǎn)，內部輸送介質(zhì)有很強的腐蝕性。而長(cháng)輸管道內部油品和氣質(zhì)條件符合國家要求，凈化油氣、氣質(zhì)穩定、不含有毒物質(zhì)，內腐蝕特點(diǎn)不突出。

（5）壓力等級較低。大多數油田管道壓力低于2.0 MPa，且各類(lèi)管道壓力等級不同。而長(cháng)輸管道壓力等級目前已高達12.0 MPa，一旦失效后果嚴重。

（6）管子選型復雜。油田管道大量使用復合管，目的是為了防腐，但復合管在運行過(guò)程中會(huì )因不銹鋼內襯的脫落，造成通球和檢測困難，同時(shí)引起水在破裂處的大量積聚，導致腐蝕嚴重或環(huán)焊縫處泄漏。而長(cháng)輸管道很少使用復合管，選用鋼制管道，內部涂覆內涂層，其主要目的是降低磨阻系數，增加輸送量。

2 油田管道完整性管理實(shí)施難點(diǎn)分析

（1）完整性管理起步晚。油田管道管理粗放，未形成健全的管理體系，可參考的標準少，整體技術(shù)缺乏，主要以事后管理為主。

（2）設計理念和標準不高。油田管道基礎設施沒(méi)有按照預防性維護為主的管控模式進(jìn)行設計，設計標準中管道的腐蝕控制均以增加壁厚為原則，大部分不設計收發(fā)球筒。

（3）完整性管理技術(shù)缺乏。國內油田管道不能進(jìn)行內檢測，只能尋求內檢測之外的全管體覆蓋檢測方法。近年來(lái)研發(fā)的外部磁應力MTM技術(shù)、地磁探測技術(shù)、外防腐層檢測技術(shù)等，均不能做到缺陷的全檢測和全發(fā)現。站場(chǎng)超聲導波檢測技術(shù)，由于需要開(kāi)挖，則只能作為抽檢的方法之一。

（4）數據平臺不能滿(mǎn)足需求。目前國內各大油田均自建了很多管理平臺，由于尚未構建完整性管理體系，其平臺的建設目標、 標準不統一，業(yè)務(wù)模塊不完備，評價(jià)功能不健全，尚不足以支持油田管道完整性管理業(yè)務(wù)的順利開(kāi)展。①分析功能方面，大部分平臺不具備自動(dòng)分析功能，多采用單獨項目或外部分析評價(jià)軟件進(jìn)行相關(guān)工作。②評價(jià)方法方面，平臺有部分分析評價(jià)功能模塊，但業(yè)務(wù)流程與國內外標準做法不一致。③外部支持軟件方面，部分平臺不具備外部支持功能性軟件，部分平臺外部支持軟件應用較為成熟，如移動(dòng)巡線(xiàn)、管道風(fēng)險評價(jià)軟件、ECDA軟件平臺等，新建平臺可以借鑒。

3 油田管道完整性管理體系規劃

3.1 基本原則和指導思想

（1）基本原則。 整體規劃、分步實(shí)施；試點(diǎn)先行、全面推廣；管道先行、循序推進(jìn)；統一規范、分級控制；立足自身、重點(diǎn)突破；統一架構、統一門(mén)戶(hù)。

（2）指導思想。強化油田開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)的管道全生命周期的風(fēng)險管理，研究、吸收和運用完整性管理各項評價(jià)和技術(shù)方法，全面推廣實(shí)施油田管道完整性管理，保障安全生產(chǎn)，打造數字化油田邁向智能化油田，實(shí)現現代信息技術(shù)與全生命周期管理的緊密結合。

3.2 發(fā)展目標

2019年：建立健全完整性管理組織架構并明確職能，建設油田管道完整性管理體系，開(kāi)發(fā)較為完善的管道完整性管理平臺，開(kāi)展完整性管理技術(shù)研究。

2020年：及時(shí)總結和推廣試點(diǎn)單位的先進(jìn)經(jīng)驗，在油田企業(yè)內部全面推廣完整性管理。

2021年：開(kāi)展內外部審核以持續改進(jìn)，從初級達到中級水平。

2022年：完整性管理達到良好水平。

2023年：完整性管理達到先進(jìn)水平。

3.3 體系建設內容

覆蓋建設期、運營(yíng)期、報廢期的油田管道全生命周期完整性管理范圍包括地面集輸管網(wǎng)、集注站、井口和地下管道。其管理體系如圖 1所示。

圖 1  油田管道完整性管理體系

3.4 完整性管理模式

提出并建立了適應油田管道特點(diǎn)的完整性管理五步工作流程，即數據采集與校核、風(fēng)險因素識別與評價(jià)、檢測與適用性評價(jià)、風(fēng)險消減與維修、效能審核與評價(jià)五個(gè)環(huán)節(圖 2)。

圖 2  油田管道完整性管理流程

其中，高后果區管理部分未在五步循環(huán)中單獨列出，主要是考慮其與長(cháng)輸管道高后果區相比較，管道壓力低、流量小，事故后果以泄漏為主，對人群、環(huán)境、大型構筑物的危害較小，但將其納入到風(fēng)險因素識別與評價(jià)中。

4 全生命周期完整性管理系統

4.1 完整性管理系統設計原則

（1）系統性原則：系統設計要以整體角度考慮，從大數據應用方面考慮。

（2）簡(jiǎn)單性原則：系統設計應盡量簡(jiǎn)單，避免一切不必要的內容。

（3）開(kāi)放性原則：盡量采用模塊化結構，提高各模塊的獨立性，盡可能減少模塊間的數據耦合，使各子系統間的數據依賴(lài)降至最低限度。

（4）互連性原則：考慮接口預留，能與企業(yè)現有的油田管道數字化系統、裝備管理平臺、監控與數據采集系統（SCADA）等接口對接。

（5）擴展性原則：預留擴展功能，以滿(mǎn)足未來(lái)數據庫和用戶(hù)規模需求。

（6）成熟性原則：最大限度滿(mǎn)足油田管道現在和未來(lái)發(fā)展的需要。平臺具有實(shí)際可操作性，用戶(hù)能夠快速掌握并使用，易于推廣。

（7）管理可接受原則：系統的作用和生命力，很大程度上取決于管理能否接受。

4.2 完整性管理系統功能

油田管道完整性管理系統主要包括以下模塊。

（1）建設期數據采集與對齊管理模塊。

（2） GPS及無(wú)人機巡護管理模塊。

（3）油田管道腐蝕控制與管理模塊。

（4）油田管道風(fēng)險識別與評價(jià)模塊。

（5）“雙高”區域管道管理模塊。

（6）油田管道缺陷評價(jià)模塊。

（7）油田管道完整性檢測數據管理模塊。

（8）油田管道安全隱患預防管理模塊。

（9）油田管道腐蝕防護管理模塊。

（10）泄漏與安全預警技術(shù)模塊。

（11）應急決策支持技術(shù)模塊。

（12）審核與效能評價(jià)模塊。

（13）大數據決策優(yōu)化模塊。

（14）其他。

5 結束語(yǔ)

推行油田管道完整性管理總體尚處于醞釀階段，未來(lái)需要做的工作和攻克的難題還很多。特別是對于不能進(jìn)行內檢測（Unpiggable）的管線(xiàn)，如何實(shí)現在線(xiàn)不停輸檢測是國內外共同面臨的技術(shù)難題。油田企業(yè)應結合自身情況逐步實(shí)施管道完整性管理工作，將其融入到日常生產(chǎn)管理中，實(shí)現油田管道安全運行和降本增效。

作者：董紹華， 1972年生，中國石油大學(xué)（北京）教授，博士生導師，管道技術(shù)與安全研究中心主任。管道完整性與安全技術(shù)專(zhuān)家；第五屆國家安全生產(chǎn)專(zhuān)家組成員；國家質(zhì)檢總局特種設備壓力管道技術(shù)委員會(huì )委員； NACESTAG75 完整性技術(shù)專(zhuān)家委員會(huì )主席；北京石油學(xué)會(huì )理事兼石油應用與儲運專(zhuān)業(yè)委員會(huì )主任；擔任2017年國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“公共安全專(zhuān)項”國家儲備庫安全項目首席。主要研究方向為管道完整性管理技術(shù)、管道安全評價(jià)技術(shù)、管道信息大數據工程技術(shù)等。曾獲省部級獎勵25項，參與編制行業(yè)、企業(yè)技術(shù)標準40余部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文90余篇。

2018年第5期（總第42期）