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管线寿命预测在提高生产运行安全性上的应用

文档作者：王帅文档来源：中油辽河油田油气集输公司		点击数：	更新时间： 2021年12月03日
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2013 年第8 期
(下转第88 页)
管线寿命预测在提高生产运行安全性上的应用
王帅（中油辽河油田油气集输公司辽宁盘锦124114 ）
摘要：预测管线的腐蚀变化趋势及腐蚀对管线结构完整性的危害是评价管线剩余寿命的关键步骤。将影响管线剩
余寿命的各种因素看成是分布各异的随机变量，建立了预测管线失效的概率数学模型。利用这一模型，研究了腐蚀速
率、缺陷深度、管道壁厚和工作压力等因素对管线可靠性的影响。
关键字：油气管线腐蚀剩余寿命失效概率预测数学模型
一、管线腐蚀因素
管线长期埋置地下，受到内在和外来诸多因素的破坏。管道
本身的擦痕、划痕、凹坑、蚌眼等机械损伤是影响其设计寿命的
“内伤”。由于输送介质中的残留水和其他介质停留在管道易积
水部位易形成管壁内部腐蚀。地下水、细菌和杂散电流等外在因
素极易造成管体外腐蚀。为了抑制周围环境对管线外表面的腐
蚀，管线一般采用外表面沥青防腐或敷“黄夹克”泡沫保温防腐
涂层加上阴极保护的双重保护措施。
但是，由于现场施工条件有限，在管线的施工过程中，无法
保证管线外表面防腐涂层的质量全部完好无损。同时，随着使用
年限的增加， 管线外壁与防腐涂层之间的粘合力有可能逐渐丧
失，防腐涂层有可能老化、龟裂甚至剥离，土壤腐蚀性介质浸入，
从而为腐蚀的发生、发展提供了条件，管线遭受腐蚀的可能性就
大为增大。而管线运行管理不善导致管体承受过大载荷，从而长
期“积劳成疾”，也是威胁管线安全的隐患之一。管体腐蚀会造成
壁厚减薄，
管道承受内压能力降低， 严重时会导致管体局部腐蚀穿孔
泄漏或破裂事故的发生，造成巨大
的经济损失，给社会和生态环境带来十分严重的影响。每年
因泄露造成的经济损失巨大。
二、管线寿命预测的必要性
管线被腐蚀的结果是管线在腐蚀缺陷处的壁厚减薄。这就
造成了腐蚀段承受内压的能力降低，抗疲劳能力降低，抗泄漏和
抗断裂能力下降。由于集输管线是一串联系统，局部薄弱腐蚀管
段会影响管线运营的整体安全性。一旦局部严重腐蚀段出现泄
漏、破断，就会造成管线停止运营，直接和间接经济损失巨大，事
故后维修必然投入较大费用。如果对管体腐蚀缺陷及老化龟裂
破损的防腐层未采取维修措施， 则管体腐蚀缺陷将随服役年限
的延伸，腐蚀区域加大，管体壁厚进一步减薄，到一定程度后一
些腐蚀管段会因剩余强度不足而在管体腐蚀缺陷处发生泄漏或
破裂。但如果能预测腐蚀管线的剩余寿命，预测管体壁厚减薄趋
势， 预测其在满足剩余强度及其安全性要求前提下的腐蚀管线
破裂失效的时间， 就可以有针对性地提出控制腐蚀发展及其事
前计划性维修对策等相关措施， 避免盲目性维修和不必要的维
修。
三、管线寿命预测技术研究
3.1、临界腐蚀深度的计算
管道腐蚀剩余寿命取决与当前最严重的腐蚀缺陷的发展，
因此， 初始腐蚀缺陷长度L0 和深度a0 分别是目前检测到的腐
蚀缺陷深度的最大值。
由于腐蚀缺陷长度对管道服役寿命影响相对较小， 所以可
以假设腐蚀缺陷长度不变然后计算临界腐蚀深度。临界腐蚀深
度ac 的计算如下:
3.2、可靠度和失效概率
假设腐蚀深度和临界腐蚀深度均为连续型随机变量，
其概率密度函数分别为和， 是和的干涉图，在
干涉区内显然，这时管道处于不可靠状态，通常称失效，失
效概率与干涉面积大小有关。随时间T 的延长， 干涉区面积增
大，可靠度降低。
时间T 下的实效概率和可靠度由下式计算：
若不考虑材料强度的分散性，ac 为确定值，时间T 下的实效
概率和由下式计算：
3.3、剩余寿命值
对输油管道进行寿命预测必须建立最大局部腐蚀进展深度
与时间关系的公式。提出它们符合经验公式x=kt+b。这与局部腐
蚀速度进展并不符合。最近对局部腐蚀速度进展的研究显示它
可通过以下形式表示：
x=k·tc
式中t-腐蚀进展时间；x-t 时刻测到的最大已腐蚀壁厚值；
k-系数；c-时间常数，由腐蚀体系等因素决定。
对局部腐蚀的研究表明， 局部腐蚀进展速度随局部腐蚀深
度的增长而减小通常估计c=0.5。
当时间常数c 值已知后，可根据在t 时刻实测得已腐蚀壁厚
值来推测当坑深到达最小壁厚时所需得时间(即估测的使用寿命
tf)
52
2013 年第8 期
(上接第52 页)
四、实际应用
油气集输公司东线Φ273×6 (7)mm 集输管道已经运行了16
年左右。管道外径为D=273mm,管道壁厚取较小值6mm,该管线
工作压力P 为1.6MPa.。由于管线周围环境恶劣，地形起伏多变，
腐蚀现象十分严重。对部分管线进行统计发现该管线腐蚀最大
深度已达4.36mm。可见管线腐蚀情况较为严重
（1）Φ273×6 (7)mm 输油管道临界缺陷尺寸的计算利用API
RP579，取管道外径为D=273mm，管道壁厚取较小值6mm，屈服
强度（σys）取最小值290MPa，该管线极限压力P 为1.6MPa。不考
虑地区类别，按照100％屈服强度计算，安全系数取1.1，可得最
小允许壁厚：
故极限腐蚀深度为：△A＝A－Amin=6－0.828＝5.172mm
（2） 对输油管道进行寿命预测必须建立最大局部腐蚀进展
深度与时间关系的公式。通过以下形式表示：
x=k·tc
上面分析c 通常取0.5，则
x=k·t1/2
把最大腐蚀深度和管道运行时间代入得到k 值为1.33
（3）已知油田此管道已运行了16 年，而防腐层的有效保护
寿命为5 年，现在的最大腐蚀深度为4.42mm.。可计算出k=1.33。
通过公式
可计算处管道可服役寿命为15 年。
可得输油管道腐蚀剩余寿命为：
t=15-11＝4 年
即油田的下次检修将在4 年后。
结论
通过以上分析和实际计算我们可以知道， 有效的预测管线
寿命对防止油气污染泄露具有重要的意义， 系统地研究石油管
线的腐蚀成因及其影响因索和变化趋势， 建立管线腐蚀的综合
预测评价方法，寻求腐蚀管线剩余寿命预测方法，综合系统地对
石油管线的剩余寿命进行预测研究， 对正确预测石油管线的腐
蚀和剩余使用寿命， 控制管线的腐蚀穿孔漏油， 减少事故发生
率，保证油品安全经济运输，增大管线输送潜力，延长管线的总
体使用寿命，具有重大的经济意义和社会意义。
作者简介：王帅（1984-），男，助理工程师，2008 年毕业于大
庆石油学院，获学士学位；现从事油气储运工作。
钻井技术应配合使用PDC 钻头。（3）长井段运用螺杆钻具划眼不
宜在下钻过程中使用。（4）在整个钻井过程中，排量的确定要根
据井眼尺寸的大小，以及钻具的功率情况。
四.YD9HF、腰平3 井复合钻井技术的要求
YD9HF 井是中石化华北石油工程公司五普钻井分公司承钻
的一口评价井，在长春地区得到了有效运用。下面是有关YD9HF
和腰平3 井技术的综合分析。
1.井身质量要求
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
全角变化率(°/30m)
≤1.0
≤1.25
≤2.0
≤6.5
井径扩大率(%)
≤20
≤15
≤15
≤15
≤15
备注：全角变化率连续3 个测点超过设计值为不合格
2.固井质量要求
（1）水泥环与套管壁、井壁胶接紧密，管外无串槽。
（2） 固井质量检查测井测定的固井质量应至少达到合格以
上标准。
（3）固井后套管试压应达到以下标准
套管程序套管外径mm 试压压力MPa 试压时间min 允许压力降MPa
表层套管273 6 30 ≤0.5
技术套管177.8 20 30 ≤0.5
五、复合钻井技术方案
(1)营城组。根据实际分析，该处地层适合采用HC505ZX 及
HC407ZX 系列的PDC 钻头，只有采用此种钻头才能对地层的复
杂冲击力有效的切入和抵抗。营城组5 井在3143-3368 米井段
采用HC505ZX 钻头， 对复合钻井技术进行了探索， 机械钻速
1.57 米/小时，进尺227 米，由于钻头在井下的波动比较大，所以
扭矩也比较大，出现了个别钻头、掉块以及开泵困难的情况，被
迫终止。最终选择复合钻井技术，采用PDC 钻头，全井机械钻速
提高，钻井周期缩短，说明该处地层砂砾互层及硬质泥岩的情况
下，该钻头能够承受高转速的特点，因此，该区域采复合钻井技
术值得推广。
(2)沙河子组。该组十屋8 井为水平井，深度设计4658.55 米，
实际深度4663 米，垂直深度设计3768 米，井底位移设计为1100
米，实际位移1099.87 米，达到设计要求。该井所钻底层为火成
岩，具有较强的研磨性，对钻头的磨损非常严重。根据3 井的经
验，开钻采用江钻MD617NX、MD537HX 两种钻头，效果较好，但
是这两种钻头在11 井使用时，效果不好。在11 井最终采用复合
钻井技术，采用PDC 钻头在深度3774-4251 米井段内，使用14
只PDC 钻头，平均进尺为34 米，使用平均时间17.46 小时。在十
屋8 井用型号为MD537HDPX 钻头，进尺68 米，时间32 小时，
钻速2.12 米/小时，使用效果比较理想。
结束语
长春地区复合钻井技术的应用， 一是大幅度提高了机械钻
速， 二是能连续控制井眼轨迹， 避免了许多不必要的辅助性工
作，节约了钻井时间。同时使井下钻具结构得到了有效简化，防
卡效果好，井斜被控制在很小的范围内，较好的实现了复合钻井
技术防斜和打快的统一，缩短了钻井的周期，提高了速度和钻井
质量，进一步挖掘了复合钻井技术在东北地区的潜力。
参考文献：
[1]徐显广,石晓兵,夏宏全,等.地质导向钻井技术的现场应用
口[J].西南石油学院学报.2012(2)．
[4]刘向君,叶仲斌,王国华,等.流体流动和岩石变形耦合对井
壁稳定性的影响[J].西南石油学院学报.2011(7)．
[5]王希勇,熊继有,孙文涛,等.新型水力增压实验研究[J].西南
石油学院学报.2009(3)．
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