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（北京） 管道技術與安全研究中心； 2. 中國石油勘探生產分公司

摘 要： 國內油氣長輸管道完整性管理經過長期不斷探索實踐，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和實施完整性管理的難點，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，對于及時發(fā)現泄漏風險并實施防護，預防事故的發(fā)生意義重大。

關鍵詞： 油田管道；全生命周期；完整性管理；方案

油田管道系統(tǒng)龐雜，管道類型多樣。截至2017年底，僅中國石油油氣田所屬各類管道總長超過30萬公里、中國石化所屬各類油氣田管道總長約20萬公里，管道類型達數十種，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。國內長輸管道完整性管理目前已經有了堅實的基礎，而油田管道完整性管理一直沒有全面開展，這和油田管道特點、設計理念和設計標準有密切關聯(lián)，需要借鑒長輸管道的管理經驗和方法開展油田管道完整性管理。

1 油田管道的特點

（1）管道管徑較小。油田管道管徑大小不一、管網結構復雜、建設水平各異，距離相對較短，管徑和壓力差異大，呈網狀、條狀、枝狀分布，多數管道無陰極保護，無收發(fā)球筒，內檢測技術無法實施。而長輸管道管徑單一，大多數管道直徑超過660 mm，布設有收發(fā)球筒，可以定期開展管道內檢測，管道成線性分布。

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

（3）陰保非強制性。油田管道輸送介質復雜，大多數存在如H2S、Cl -等危害因素，且具有高溫、高壓等特點，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(tǒng)采用犧牲陽極形式，陰極保護具有非強制性。長輸管道大多數采用3PE結構、陰極保護系統(tǒng)完善，外加電流為主，陰極保護是強制實施。

（4）介質腐蝕性強。油田管道運行時在管線內部可能添加緩蝕劑，介質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，內部輸送介質有很強的腐蝕性。而長輸管道內部油品和氣質條件符合國家要求，凈化油氣、氣質穩(wěn)定、不含有毒物質，內腐蝕特點不突出。

（5）壓力等級較低。大多數油田管道壓力低于2.0 MPa，且各類管道壓力等級不同。而長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，但復合管在運行過程中會因不銹鋼內襯的脫落，造成通球和檢測困難，同時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施難點分析

（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有按照預防性維護為主的管控模式進行設計，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）完整性管理技術缺乏。國內油田管道不能進行內檢測，只能尋求內檢測之外的全管體覆蓋檢測方法。近年來研發(fā)的外部磁應力MTM技術、地磁探測技術、外防腐層檢測技術等，均不能做到缺陷的全檢測和全發(fā)現。站場超聲導波檢測技術，由于需要開挖，則只能作為抽檢的方法之一。

（4）數據平臺不能滿足需求。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(tǒng)一，業(yè)務模塊不完備，評價功能不健全，尚不足以支持油田管道完整性管理業(yè)務的順利開展。①分析功能方面，大部分平臺不具備自動分析功能，多采用單獨項目或外部分析評價軟件進行相關工作。②評價方法方面，平臺有部分分析評價功能模塊，但業(yè)務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，如移動巡線、管道風險評價軟件、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(guī)劃

3.1 基本原則和指導思想

（1）基本原則。 整體規(guī)劃、分步實施；試點先行、全面推廣；管道先行、循序推進；統(tǒng)一規(guī)范、分級控制；立足自身、重點突破；統(tǒng)一架構、統(tǒng)一門戶。

（2）指導思想。強化油田開發(fā)與生產的管道全生命周期的風險管理，研究、吸收和運用完整性管理各項評價和技術方法，全面推廣實施油田管道完整性管理，保障安全生產，打造數字化油田邁向智能化油田，實現現代信息技術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，開發(fā)較為完善的管道完整性管理平臺，開展完整性管理技術研究。

2020年：及時總結和推廣試點單位的先進經驗，在油田企業(yè)內部全面推廣完整性管理。

2021年：開展內外部審核以持續(xù)改進，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水平。

3.3 體系建設內容

覆蓋建設期、運營期、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、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的完整性管理五步工作流程，即數據采集與校核、風險因素識別與評價、檢測與適用性評價、風險消減與維修、效能審核與評價五個環(huán)節(jié)(圖 2)。

圖 2  油田管道完整性管理流程

其中，高后果區(qū)管理部分未在五步循環(huán)中單獨列出，主要是考慮其與長輸管道高后果區(qū)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，但將其納入到風險因素識別與評價中。

4 全生命周期完整性管理系統(tǒng)

4.1 完整性管理系統(tǒng)設計原則

（1）系統(tǒng)性原則：系統(tǒng)設計要以整體角度考慮，從大數據應用方面考慮。

（2）簡單性原則：系統(tǒng)設計應盡量簡單，避免一切不必要的內容。

（3）開放性原則：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(tǒng)間的數據依賴降至最低限度。

（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(tǒng)、裝備管理平臺、監(jiān)控與數據采集系統(tǒng)（SCADA）等接口對接。

（5）擴展性原則：預留擴展功能，以滿足未來數據庫和用戶規(guī)模需求。

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

（7）管理可接受原則：系統(tǒng)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(tǒng)功能

油田管道完整性管理系統(tǒng)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）油田管道風險識別與評價模塊。

（5）“雙高”區(qū)域管道管理模塊。

（6）油田管道缺陷評價模塊。

（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模塊。

（11）應急決策支持技術模塊。

（12）審核與效能評價模塊。

（13）大數據決策優(yōu)化模塊。

（14）其他。

5 結束語

推行油田管道完整性管理總體尚處于醞釀階段，未來需要做的工作和攻克的難題還很多。特別是對于不能進行內檢測（Unpiggable）的管線，如何實現在線不停輸檢測是國內外共同面臨的技術難題。油田企業(yè)應結合自身情況逐步實施管道完整性管理工作，將其融入到日常生產管理中，實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（北京）教授，博士生導師，管道技術與安全研究中心主任。管道完整性與安全技術專家；第五屆國家安全生產專家組成員；國家質檢總局特種設備壓力管道技術委員會委員； NACESTAG75 完整性技術專家委員會主席；北京石油學會理事兼石油應用與儲運專業(yè)委員會主任；擔任2017年國家重點研發(fā)計劃“公共安全專項”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、管道安全評價技術、管道信息大數據工程技術等。曾獲省部級獎勵25項，參與編制行業(yè)、企業(yè)技術標準40余部，發(fā)表學術論文90余篇。

2018年第5期（總第42期）