潘 旭，周永亮，冯志刚，刘志明，陈贺龙

中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司，新疆库尔勒 841000

双金属复合管内衬塌陷问题与建议

潘 旭，周永亮，冯志刚，刘志明，陈贺龙

中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司，新疆库尔勒 841000

双金属复合管在油气生产集输现场应用过程中较易出现内衬层塌陷问题，使得管道通球作业和管道预防性内检测无法进行，难以掌握管道运行状况；同时，内衬塌陷使得管道运输能力降低，严重影响管道正常运行。介绍了塔里木油田应用的双金属复合管所采用的三种复合制造工艺，通过对比分析不同工艺制造的复合管运行情况，得出内衬层塌陷主要原因为水下复合制造工艺的缺陷，制造过程中内衬层与基管之间存在未排尽的水蒸汽与空气，在管道受热时水蒸汽与空气膨胀引起内衬塌陷；而采取液压法与旋压法制造的复合管暂未发现内衬塌陷。提出了后续站场建设采用液压法与旋压法制造的复合管，并采用机械性能更好的双相不锈钢2205材质作为内衬的建议。

双金属复合管；内衬层塌陷；复合工艺

近年来，由于双金属复合管优异的耐腐蚀性能与性价比，在油气集输中大面积应用，但也存在比较突出的问题，困扰着现场安全生产。双金属复合管在运行过程中由于制造工艺的缺陷较易出现内衬塌陷问题，导致不能定期对管道进行通球作业与内衬层检测，无法主动掌握管道剩余使用寿命，只能采取刺漏后的被动处理，另外内衬塌陷降低了管道的管输能力，因此采用合理的复合管制造工艺避免内衬层塌陷，对复合管的安全运行与推广应用至关重要。

1 双金属复合管主要内衬复合工艺

双金属复合管内衬层复合工艺一般分为冶金复合与机械复合，现场使用的多为机械复合管。机械复合主要包括三种主要工艺：

（1）水下爆炸工艺，如图1所示。

图1 水下爆炸复合工艺示意

将装配好的内外管整体放置在水槽内，将集束炸药放置在内衬管轴线上，通过炸药瞬间产生的爆炸力，引起水槽内水压瞬间增高，从而推动内衬管在直径方向向外扩张，在轴向方向向内收缩，向外扩张的内衬管在水压的作用下，扩张至外基管的内表面上，复合成形。

（2）液压扩径工艺，如图2所示。

图2 液压复合工艺示意

将装配好的内外管完全密封呈密闭长筒，并对衬管与基管之间的空隙设置排气孔，再将液体注入管内，逐步给管内的液体加压，使得内衬管在直径方向上向外扩张，在轴向方向上向内收缩。通过连续逐步施压，使得内衬管最终达到塑性变形，外基管仍处于弹性变形范围内，同时，较大限度地排除了衬管与基管之间的空气等杂质，实现内衬与基管间较高的结合力。当通过压力表判定达到设计压力要求时，释放压力，复合完成[1]。

（3） 机械旋压工艺，如图3所示。

图3 机械旋压法复合工艺示意

将装配好的内外管，通过一个模具沿内衬管轴线拉拔前行。该模具通过滚珠与内衬管接触，滚珠有一定的锥度（通常为1∶25、1∶50）和一定的扩张与收缩范围。通过拉拔模具挤压、扩张的方式，将内衬管在直径方向复合到外基管的内表面上，并通过继续扩张使外基管也处于弹性变形的范围内。当外力去除后，内衬管呈塑性变形无法收缩，外基管处于弹性变形呈收缩趋势，但受内衬管的限制，外基管内表面强力地嵌合在内衬管的外表面上，复合成形。同时，模具推动内衬层去挤压基管，能够将内衬层和基管间的空气较大限度地被排除，进而使得内衬与基管结合力较高。

三种复合工艺的优缺点对比情况见表1。

表1 复合管主要复合工艺对比

2 三种双金属复合管现场应用

2.1 外防腐制作过程中的塌陷

塔里木油田克深区块某一批次复合管单根长12 m，全长1.752 km，均采用水下爆炸复合工艺制造，在对该批管道进行三层聚乙烯防腐涂层外防腐制作过程中，发生了较严重的内衬塌陷，统计情况见表2。

表2 内衬层塌陷比率

与此同时，采用液压扩径法与机械旋压法制造的复合管在外防腐层制作过程中未发生内衬塌陷。

2.2 运行过程中的塌陷

克深区块内部120 km集输管道采用了三种不同内衬复合工艺制造的双金属复合管，在运行过程中，发生了较严重的内衬塌陷，统计情况见表3。

表3 集输复合管运行过程中内衬塌陷统计

由表3可见，水下爆炸复合工艺制造的复合管出现严重塌陷。现场管道打开后情况如图4所示。管道运行过程中，由于无法对所有管道打开检查内衬塌陷情况，不能完全统计管道运行过程中发生的内衬塌陷，但是从每次刺漏时的管道打开情况来看，发现管道存在内衬塌陷的概率为80%后发生刺漏，每次打开的管道均为水下爆炸制造的复合管，可见运行过程中水下爆炸制造的复合管内衬塌陷情况普遍存在。另外，采取液压扩径法、机械旋压法制造的压力管道自投运以来，由于还未发生刺漏情况，因而未进行管道打开；同时，也未对管道进行过通球作业，因此，还未发现塌陷，但这不排除塌陷存在的可能性。

图4 管道内衬塌陷形貌

3 内衬塌陷的原因分析

到目前为止，现场应用中仅发现水下爆炸工艺制造的复合管有较严重的内衬塌陷问题。主要原因有：

（1）水下爆炸复合制造工艺存在缺陷。水下爆炸复合工艺由于不能完全释放基管与衬管之间的杂质，成品管基管与衬层之间常会残留水与空气等杂质，同时成品管在出厂前又做了端部封焊，这样水与空气等杂质就会一直残留在基管与内衬之间[3]。

（2）基管与衬管的热膨胀系数差别大，管道受热时收缩差异大，在基管与衬层间介质膨胀作用下发生塌陷。基管与衬管的热膨胀系数差别高达（7～8）× 10-6/℃，在外防腐制作过程中，管体需加热到200℃，残留在基管与内衬之间的水与空气膨胀作用在衬层上，衬管材质热膨胀系数较大，在水与空气膨胀作用下衬管的变形幅度大于基管而产生鼓包现象。同理，在运行过程中，管道介质温度在60～100℃范围内波动，由于温度的变化、内衬与基管热膨胀系数的差异大、衬层与基管间水和空气的存在，引起内衬塌陷[4]。

（3）采用液压扩径法与机械旋压法制造的复合管还未发现鼓包现象，应用效果明显好于水下爆炸复合工艺。液压扩径法与机械旋压法能将基管与衬层之间的空气较大限度地排出，实现内衬与基管之间较高的贴合率，同时不带入水等其他杂质，因此，暂时未发现其内衬塌陷现象[5-6]。

4 结论与建议

（1）水下爆炸工艺制造的复合管内衬与基管间残留有水和空气，内衬与基管热膨胀系数的差异大，使得在外防腐制作过程中、管道运行过程中产生大面积的内衬塌陷，导致管道现场运行过程无法清管，难以对管道进行预防性内检测，不利于压力管道完整性管理工作的开展。

（2）采用液压扩径法与机械旋压法制造的双金属复合管由于能较精确控制复合过程，能实现内衬与基管间较高的贴合率，发生内衬塌陷的可能性远远低于水下爆炸复合工艺制造的复合管。因此建议后续站场建设采用液压法与旋压法制造的双金属复合管。

（3）建议管道选型可采用内衬双相不锈钢2205的复合管，虽然其价格比316L内衬复合管高三分之一，但双相不锈钢2205屈服强度为450 MPa，远远大于316L的170 MPa屈服强度，同时其机械强度和膨胀系数与碳钢基管基本一致，配合液压法与旋压法的复合工艺，可最大限度减少内衬层塌陷的发生，因而可确保管道的输送能力，实现通球作业的通畅，从而降低管道内积液，减少腐蚀的发生，也可实现管道内预防性检测，主动掌握管道运行状况。

[1]刘富君，郑津洋，郭小联，等.双层管液压胀合的原理及力学分析[J].机械强度，2006，28（1）：99-103.

[2]郭明海，刘俊友，庞于思，等.双金属管复合技术的研究进展（上）[J].钢管，2013，42（1）：11-16.

[3]陈明徽，蔡休刚.国外双金属复合钢管生产概况[J].钢管，1997，26（6）：23-28.

[4]孙育禄，白真，张国超，等.油气田防腐用双金属复合管研究现状[J].全面腐蚀控制，2011，25（5）：10-13.

[5]SY/T 6623—2005，内覆或衬里耐腐蚀合金钢管[S].

[6]巢鹏飞，杨连发，于强，等.塑性成形技术在金属复合管制备中的应用及展望[J].塑性工程学报，2005，12（2）：42-47.

Problems and suggestions on collapse ofdouble metalcomposite pipe lining

PAN Xu，ZHOU Yongliang，FENG Zhigang，LIU Zhiming，CHEN Helong

PetroChina Tarim Oilfield Company，Korla 841000，China

Double metal composite pipes often appear lining collapse problem in field oil and gas production application，making pipeline pigging operation and preventive internal detection impossible，thus it is difficult to know well the pipeline operation state.At the same time，the collapse of the pipeline lining reduces the pipeline transportation capacity and seriously affects the pipeline normal operation.This paper introduces three manufacturing processes of double composite pipes applied in Tarim Oilfield.Through comparative analysis of the field application of the three kinds of double composite pipes，the following results are obtained:The lining collapse of the double composite pipe manufactured by underwater explosion method happens mainly due to expansion of not exhausted steam and air between the inner lining layer and the base pipe as the pipe heated；But the lining collapse of composite pipes manufactured by hydraulic method and spinning method has not been found yet.It is proposed that in the subsequent pipeline station construction，composite pipes manufactured by hydraulic method and spinning method should be used，and the stainless steel2205 lining materialshould also be used because of its better mechanicalproperties.

double metalcomposite pipe；internallining collapse；composite process

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.01.014

潘 旭（1986-），男，四川开江人，工程师，2008年毕业于西南石油大学化学工程与工艺专业，从事油气田设备工艺管理工作。Email：273931282@qq.com

2016-10-17；

2016-12-05