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管線壽命預測在提高生產(chǎn)運行安全性上的應用

文檔作者：王帥文檔來源：中油遼河油田油氣集輸公司		點擊數(shù)： 107 1	更新時間： 2021年12月03日
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2013 年第8 期
(下轉第88 頁)
管線壽命預測在提高生產(chǎn)運行安全性上的應用
王帥（中油遼河油田油氣集輸公司遼寧盤錦124114 ）
摘要：預測管線的腐蝕變化趨勢及腐蝕對管線結構完整性的危害是評價管線剩余壽命的關鍵步驟。將影響管線剩
余壽命的各種因素看成是分布各異的隨機變量，建立了預測管線失效的概率數(shù)學模型。利用這一模型，研究了腐蝕速
率、缺陷深度、管道壁厚和工作壓力等因素對管線可靠性的影響。
關鍵字：油氣管線腐蝕剩余壽命失效概率預測數(shù)學模型
一、管線腐蝕因素
管線長期埋置地下，受到內在和外來諸多因素的破壞。管道
本身的擦痕、劃痕、凹坑、蚌眼等機械損傷是影響其設計壽命的
“內傷”。由于輸送介質中的殘留水和其他介質停留在管道易積
水部位易形成管壁內部腐蝕。地下水、細菌和雜散電流等外在因
素極易造成管體外腐蝕。為了抑制周圍環(huán)境對管線外表面的腐
蝕，管線一般采用外表面瀝青防腐或敷“黃夾克”泡沫保溫防腐
涂層加上陰極保護的雙重保護措施。
但是，由于現(xiàn)場施工條件有限，在管線的施工過程中，無法
保證管線外表面防腐涂層的質量全部完好無損。同時，隨著使用
年限的增加， 管線外壁與防腐涂層之間的粘合力有可能逐漸喪
失，防腐涂層有可能老化、龜裂甚至剝離，土壤腐蝕性介質浸入，
從而為腐蝕的發(fā)生、發(fā)展提供了條件，管線遭受腐蝕的可能性就
大為增大。而管線運行管理不善導致管體承受過大載荷，從而長
期“積勞成疾”，也是威脅管線安全的隱患之一。管體腐蝕會造成
壁厚減薄，
管道承受內壓能力降低， 嚴重時會導致管體局部腐蝕穿孔
泄漏或破裂事故的發(fā)生，造成巨大
的經(jīng)濟損失，給社會和生態(tài)環(huán)境帶來十分嚴重的影響。每年
因泄露造成的經(jīng)濟損失巨大。
二、管線壽命預測的必要性
管線被腐蝕的結果是管線在腐蝕缺陷處的壁厚減薄。這就
造成了腐蝕段承受內壓的能力降低，抗疲勞能力降低，抗泄漏和
抗斷裂能力下降。由于集輸管線是一串聯(lián)系統(tǒng)，局部薄弱腐蝕管
段會影響管線運營的整體安全性。一旦局部嚴重腐蝕段出現(xiàn)泄
漏、破斷，就會造成管線停止運營，直接和間接經(jīng)濟損失巨大，事
故后維修必然投入較大費用。如果對管體腐蝕缺陷及老化龜裂
破損的防腐層未采取維修措施， 則管體腐蝕缺陷將隨服役年限
的延伸，腐蝕區(qū)域加大，管體壁厚進一步減薄，到一定程度后一
些腐蝕管段會因剩余強度不足而在管體腐蝕缺陷處發(fā)生泄漏或
破裂。但如果能預測腐蝕管線的剩余壽命，預測管體壁厚減薄趨
勢， 預測其在滿足剩余強度及其安全性要求前提下的腐蝕管線
破裂失效的時間， 就可以有針對性地提出控制腐蝕發(fā)展及其事
前計劃性維修對策等相關措施， 避免盲目性維修和不必要的維
修。
三、管線壽命預測技術研究
3.1、臨界腐蝕深度的計算
管道腐蝕剩余壽命取決與當前最嚴重的腐蝕缺陷的發(fā)展，
因此， 初始腐蝕缺陷長度L0 和深度a0 分別是目前檢測到的腐
蝕缺陷深度的最大值。
由于腐蝕缺陷長度對管道服役壽命影響相對較小， 所以可
以假設腐蝕缺陷長度不變然后計算臨界腐蝕深度。臨界腐蝕深
度ac 的計算如下:
3.2、可靠度和失效概率
假設腐蝕深度和臨界腐蝕深度均為連續(xù)型隨機變量，
其概率密度函數(shù)分別為和， 是和的干涉圖，在
干涉區(qū)內顯然，這時管道處于不可靠狀態(tài)，通常稱失效，失
效概率與干涉面積大小有關。隨時間T 的延長， 干涉區(qū)面積增
大，可靠度降低。
時間T 下的實效概率和可靠度由下式計算：
若不考慮材料強度的分散性，ac 為確定值，時間T 下的實效
概率和由下式計算：
3.3、剩余壽命值
對輸油管道進行壽命預測必須建立最大局部腐蝕進展深度
與時間關系的公式。提出它們符合經(jīng)驗公式x=kt+b。這與局部腐
蝕速度進展并不符合。最近對局部腐蝕速度進展的研究顯示它
可通過以下形式表示：
x=k·tc
式中t-腐蝕進展時間；x-t 時刻測到的最大已腐蝕壁厚值；
k-系數(shù)；c-時間常數(shù)，由腐蝕體系等因素決定。
對局部腐蝕的研究表明， 局部腐蝕進展速度隨局部腐蝕深
度的增長而減小通常估計c=0.5。
當時間常數(shù)c 值已知后，可根據(jù)在t 時刻實測得已腐蝕壁厚
值來推測當坑深到達最小壁厚時所需得時間(即估測的使用壽命
tf)
52
2013 年第8 期
(上接第52 頁)
四、實際應用
油氣集輸公司東線Φ273×6 (7)mm 集輸管道已經(jīng)運行了16
年左右。管道外徑為D=273mm,管道壁厚取較小值6mm,該管線
工作壓力P 為1.6MPa.。由于管線周圍環(huán)境惡劣，地形起伏多變，
腐蝕現(xiàn)象十分嚴重。對部分管線進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)該管線腐蝕最大
深度已達4.36mm?？梢姽芫€腐蝕情況較為嚴重
（1）Φ273×6 (7)mm 輸油管道臨界缺陷尺寸的計算利用API
RP579，取管道外徑為D=273mm，管道壁厚取較小值6mm，屈服
強度（σys）取最小值290MPa，該管線極限壓力P 為1.6MPa。不考
慮地區(qū)類別，按照100％屈服強度計算，安全系數(shù)取1.1，可得最
小允許壁厚：
故極限腐蝕深度為：△A＝A－Amin=6－0.828＝5.172mm
（2） 對輸油管道進行壽命預測必須建立最大局部腐蝕進展
深度與時間關系的公式。通過以下形式表示：
x=k·tc
上面分析c 通常取0.5，則
x=k·t1/2
把最大腐蝕深度和管道運行時間代入得到k 值為1.33
（3）已知油田此管道已運行了16 年，而防腐層的有效保護
壽命為5 年，現(xiàn)在的最大腐蝕深度為4.42mm.。可計算出k=1.33。
通過公式
可計算處管道可服役壽命為15 年。
可得輸油管道腐蝕剩余壽命為：
t=15-11＝4 年
即油田的下次檢修將在4 年后。
結論
通過以上分析和實際計算我們可以知道， 有效的預測管線
壽命對防止油氣污染泄露具有重要的意義， 系統(tǒng)地研究石油管
線的腐蝕成因及其影響因索和變化趨勢， 建立管線腐蝕的綜合
預測評價方法，尋求腐蝕管線剩余壽命預測方法，綜合系統(tǒng)地對
石油管線的剩余壽命進行預測研究， 對正確預測石油管線的腐
蝕和剩余使用壽命， 控制管線的腐蝕穿孔漏油， 減少事故發(fā)生
率，保證油品安全經(jīng)濟運輸，增大管線輸送潛力，延長管線的總
體使用壽命，具有重大的經(jīng)濟意義和社會意義。
作者簡介：王帥（1984-），男，助理工程師，2008 年畢業(yè)于大
慶石油學院，獲學士學位；現(xiàn)從事油氣儲運工作。
鉆井技術應配合使用PDC 鉆頭。（3）長井段運用螺桿鉆具劃眼不
宜在下鉆過程中使用。（4）在整個鉆井過程中，排量的確定要根
據(jù)井眼尺寸的大小，以及鉆具的功率情況。
四.YD9HF、腰平3 井復合鉆井技術的要求
YD9HF 井是中石化華北石油工程公司五普鉆井分公司承鉆
的一口評價井，在長春地區(qū)得到了有效運用。下面是有關YD9HF
和腰平3 井技術的綜合分析。
1.井身質量要求
井段(m)
0~500
500~1000
1000~2000
2000~3218
3218~井底
最大井斜角(°)
≤0.5
≤2.0
≤3.0
≤4.2
水平位移(m)
≤30
全角變化率(°/30m)
≤1.0
≤1.25
≤2.0
≤6.5
井徑擴大率(%)
≤20
≤15
≤15
≤15
≤15
備注：全角變化率連續(xù)3 個測點超過設計值為不合格
2.固井質量要求
（1）水泥環(huán)與套管壁、井壁膠接緊密，管外無串槽。
（2） 固井質量檢查測井測定的固井質量應至少達到合格以
上標準。
（3）固井后套管試壓應達到以下標準
套管程序套管外徑mm 試壓壓力MPa 試壓時間min 允許壓力降MPa
表層套管273 6 30 ≤0.5
技術套管177.8 20 30 ≤0.5
五、復合鉆井技術方案
(1)營城組。根據(jù)實際分析，該處地層適合采用HC505ZX 及
HC407ZX 系列的PDC 鉆頭，只有采用此種鉆頭才能對地層的復
雜沖擊力有效的切入和抵抗。營城組5 井在3143-3368 米井段
采用HC505ZX 鉆頭， 對復合鉆井技術進行了探索， 機械鉆速
1.57 米/小時，進尺227 米，由于鉆頭在井下的波動比較大，所以
扭矩也比較大，出現(xiàn)了個別鉆頭、掉塊以及開泵困難的情況，被
迫終止。最終選擇復合鉆井技術，采用PDC 鉆頭，全井機械鉆速
提高，鉆井周期縮短，說明該處地層砂礫互層及硬質泥巖的情況
下，該鉆頭能夠承受高轉速的特點，因此，該區(qū)域采復合鉆井技
術值得推廣。
(2)沙河子組。該組十屋8 井為水平井，深度設計4658.55 米，
實際深度4663 米，垂直深度設計3768 米，井底位移設計為1100
米，實際位移1099.87 米，達到設計要求。該井所鉆底層為火成
巖，具有較強的研磨性，對鉆頭的磨損非常嚴重。根據(jù)3 井的經(jīng)
驗，開鉆采用江鉆MD617NX、MD537HX 兩種鉆頭，效果較好，但
是這兩種鉆頭在11 井使用時，效果不好。在11 井最終采用復合
鉆井技術，采用PDC 鉆頭在深度3774-4251 米井段內，使用14
只PDC 鉆頭，平均進尺為34 米，使用平均時間17.46 小時。在十
屋8 井用型號為MD537HDPX 鉆頭，進尺68 米，時間32 小時，
鉆速2.12 米/小時，使用效果比較理想。
結束語
長春地區(qū)復合鉆井技術的應用， 一是大幅度提高了機械鉆
速， 二是能連續(xù)控制井眼軌跡， 避免了許多不必要的輔助性工
作，節(jié)約了鉆井時間。同時使井下鉆具結構得到了有效簡化，防
卡效果好，井斜被控制在很小的范圍內，較好的實現(xiàn)了復合鉆井
技術防斜和打快的統(tǒng)一，縮短了鉆井的周期，提高了速度和鉆井
質量，進一步挖掘了復合鉆井技術在東北地區(qū)的潛力。
參考文獻：
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