苏里格地区天然气管道的设计研究.pdf

第 3 6卷第 1 期 石油工程建设 9 7 。 j 苏量格地 然气管道的设计 研究 j 李东升，杨学青，胡 涛，孙晓艳 西安长庆科技工程有限责任公司，陕西西安7 1 0 0 1 8 摘 要 苏里格 气田地 处 典型 的毛 乌 素 沙漠 地 区 ，针 对 其特 有 的 地形 地貌 ，对这 一 地 区输 气 管道 的路 由选择 、 工 艺计算 、相 应 的 管道 强度校 核 进行 了设 计研 究 ，并对 管道 敷设 应 注 意 的 问题 、环 境保 护措 施提 出合 理化 建议 ．达到 优 化 建设 方案 的 目的 ．对 苏里格 地 区天然 气 管道 的设 计 具有 参 考价值 。 关 键 词 天然 气管道 ；管道路 由 ；输 气_ T - 艺设计 ；管道敷设 ；环 境保 护 中图分类号 T E 9 7 3 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 2 2 0 6 2 0 1 0 0 1 0 0 9 7 0 3 苏里 格气 田主要 位于 内蒙古 鄂托 克前旗 和 乌审 旗 ，地处毛乌素沙漠南缘 ．地势 由西北 向东南逐渐 倾 斜 ．地 面海拔 高 度一 般为 1 2 5 0 1 3 5 0 m 植 被 稀疏 、环境脆 弱 、承载力 差 。整体 上属 于非 均质 性 极 强 的致 密岩 性气 田 ，是典 型的低 孔 、低 渗 、致 密 天然气藏．其地质情况复杂 ，开发建设难度大。此 外 ，单井产量低 、压力递减速度快、稳产能力差 ， 具有低渗 、低压、低产 、低丰度等特点 其多样的 地 表环境 ．复杂 的地 层特 性和 多变 的地下 水位 决定 了这一地区对路 由的选择 、管道的设计、敷设和环 境保 护具 有特殊 性 1 影 响苏 里格地 区管 道路 由选择 的 主要 因素 1 ． 1多样的地表环境 苏 里 格 气 田地 貌 类 型 主要 为 交 错 的 沙 漠 、草 地 、平 沙地 、碱滩 和丘 陵 。其 复杂 的地表 环境 对 管 道 路 由的选择 、设计 、敷 设提 出 了更高 的要求 。 苏 里格 气 田沙漠 地 区地 貌 单元 多 为 流 动沙 丘 、 固定 沙 丘 、半 固定 沙 丘 和 风 沙 滩 地 由 于沙 丘 的 移 动 或 风蚀 揭 露 作 用 的 影 响 ．有 可 能 造 成 管 道 的 裸露。对 管道影响最大的为流动沙丘 ，流动沙丘 受 主 导风 的影 响 可 能 会 掩 埋 地 面设 施 或 吹 露 埋 地 管道 。 1 ． 2 复 杂的地层 和 多 变的地 下水位 苏里格地区地层多为细砂 、黏土、砂岩 特别 是 在砂 岩地段 施工 比较 困难 苏里 格地 区地 下水埋 深 较 浅 ，大 多 地 区 为 0 ． 6～3 ． 0 tl l ， 草 地 、碱 滩地 区 地 下水 埋深会 更 浅 ．管 道 易受地 下水 的侵蚀 ．在部 分 碱滩 地 区 ．土质 有轻 微盐 渍化 问题 ．地表 可见 白 色盐霜 ．因此 ．须选择适合管道敷设环境的涂层 ， 这就对管道外防腐层涂料提出更高的要求 此外 ． 管道在敷设时 ．受水浮力与水动力的作用 ，当覆土 层 的 自身 重力小 于管道浮 力 时 ．有 可能 引起 管道 的 漂移 和移 位 ．在 设计 时 ．须进行 抗 漂浮 和移位 的稳 管校核 。如存在类似情况 ，需采取相应 的稳管措 施 。 2 沙 漠地 区的 管道路 由选 择 由于苏 里格 气 田地 处 毛乌素 沙漠 地 区 ．选线 时 除了要 按 G B 5 0 2 5 1 2 0 0 3 输 气管 道工程设计 规 范等现行 国家标准 执行外 ，也要根据沙漠的成 因、形 成机理和运 动特征对线路路 由进行合理 选 择 ．避开 风沙 对管道 可 能造成 的危 害 选 线 时要参 考 以下 内容 1 合理 选择 管道走 向 ，力 求线 路顺 直 、缩短 线路 长度 。以节省钢 材 和投资 沿线 应尽 量利 用现 有道路 ．为管道施工和维护创造条件 2 尽 量避 开流 动沙丘 ．埋 地管道 沿 沙丘 间 的 低 洼处 敷设 ，避 免走沙 丘顶 部 管道通 过 流动 沙丘 时 ．线路走向若与沙垄交叉 ．应垂直于沙垄在较低 的垄顶直线穿过 ．若与沙垄走 向一致 ．应在垄问洼 地通过 管道应埋 设在移动沙丘下方的稳定土层 中管道应尽可能沿沙丘移动速度较小及沙丘起伏 较小 的地段 通 过 9 8 石油工程建设 2 0 1 0年 2月 3 输气 管道 的工 艺计算 算例 以苏里 格第二 天然气 处理 厂一榆 林末站 外输 管 道为 例 ，工 程设计 输气 总规模 为 1 0 0亿 m 3 ／ a ；管道 全 长 6 4 ． 3 6 k m夏 季 气体 平 均 分 子量 为 l 7 ． 7 5 ．工 况条件下密度为 1 9 ． 5 6 7 k g ／ m 3 ．黏度 为 1 1 ． 6 P a S ． 含有少量液体冬季气体平均分子量为 1 7 ． 7 2 2 ，工 况条件下密度为 2 1 ． 0 7 9 k g ／ m ，黏度为 1 1 ． 0 5 5 P a S 。 苏 里 格第 二 天 然 气 处 理 厂 最 高 外 输 压 力 5 ． 2 MP a 榆林 末 站最 低 进站 压 力 4 ． 1 M P a 外输 管 道设 计 压 力 6 ． 0 MP a 管 道沿 线 埋 深处 平 均地 温 8 ，最低 地温 3 c lC 考 虑 到检修 、事故 处理 等 因素 ，输气管 道 工艺计 算年 工作 天数为 3 5 0 d 管 道施 工 作业 带 宽度 按 2 2 m 计 ．个 别地 段 可 沟下组焊 ．作业带宽度减少为 1 8 E l l 。此外 ，本工 程进入施工场地需修筑施工便道约 1 2 k m 3 ． 1 输气管道流量计算 根 据 G B 5 0 2 5 1 2 0 0 3 输 气 管 道 工 程 设 计 规 范 ，考 虑 沿线输 气 管道 高差 △h2 0 0 m，采用 从 美 国 L I C E N E R G Y公 司引进 的 T G N E T 7 ． 2天然 气长 输管道专用工艺计算软件进行工艺计算 ．计算结果 经圆整后．得出苏里格第二天然气处理厂一榆林外 输管道管径为 1 0 1 6 m m 3 ． 2 输气管道及弯头 弯管的使 用和壁厚选择 由于苏 里格地 区地形 整体 上 比较 平坦 ．地表建 筑 物较 少 ．进 行管 道纵 断面 图设 计时 ．在管 道 的水 平和纵 向转角处 ．优先采用弹性敷设来实现管道方 向改 变 ．以减少沿 途摩 阻损失 和增加 管道 的整体柔 韧性 管道 采用 弹性敷设 时 ．弹性 弯 曲的曲率半径 不 小 于 钢 管 外 径 的 1 0 0 0倍 ．并 满 足 管 道 强度 要 求 竖 向弹性弯 曲管段 ．其 曲率半径 应大 于管道 在 自重 作用下 产生 的挠度 曲线 的 曲率半 径 。通过适 当 加 大管沟埋 深 和调 整管 沟 以节省热煨 弯头 和冷 弯弯 管的使用量 ，节省投资．降低输气阻力 ，减少焊缝 数量 ．增强管道运行的安全性、稳定性。 当弹性敷设受地形 、地物条件限制而难以实现 或 虽能实施 ．但 施工 土方量 过大 时 ．宜 采用弯 头转 向 热煨弯头曲率半径应不小于管道外径 的 4倍 ， 冷弯弯管的曲率半径不小于管道外径的 3 0倍。 经计算 ．D 1 0 1 6 m m管道壁厚选取如表 1所 示 ．弯头和弯管的壁厚选取如表 2所示 。 3 ． 3 输 气管道强度 及稳 定性校核 按照 G B 5 0 2 1 5 2 0 0 3 输气 管道 工程设计 规 表 1 D1 0 1 6mm 管道壁厚／ n u n 地区等级 一级地区 二级地区 三级地区 计算壁厚 9 ．4 l 1 1 ．2 9 1 3 ． 5 5 选 取 壁 厚 1 O - 3 l 1 ．9 1 4 ．2 表 2 冷弯弯管和热煨弯管壁厚选取／ r a m 地 区 设计 管道计 管 道选 热煨弯 热煨弯管 热煨弯 冷弯弯 管计算 计算 减 管选取 管选取 等 级 系数 算壁厚 取壁厚 壁厚 薄量壁厚 壁厚 壁厚 O．7 2 9 ． 41 1 O-3 9 ． 8 3 1 0 ． 9 2 l 1 ． 9 1 0． 3 O ．6 l 1 ． 2 9 l 1 ．9 l 1 ． 8 O l 3 ． 1 l 1 4 ． 2 11 ．9 0．5 1 3 ． 5 5 1 4．2 1 4 ． 1 6 1 5 ． 7 3 l 5 ． 9 1 4．2 范 的规定进 行校 核 ，第 二天然 气处理 厂一榆 林末 站外输管道的直管段和弯管段 D 1 0 1 6 m m1 0 ． 3 m m L 4 5 0钢 的强度是 足够 的 ．同理 ．壁厚 大于 1 O ． 3 m m 的输气钢管强度更应符合要求 输气管道外径与壁 厚之 比分别 为 9 8 ． 6 4、8 5 ． 3 8 、7 1 ． 5 5 ，均满 足规范小 于 1 4 0的要 求 ．因此 ，输气 管道钢 管是稳 定的 。 苏里格 地 区碱滩 和草地地 区地 下水位 较浅 ．开 挖管沟时很容易见到地下水 ．除了采取降水排水措 施 外 ．设 计 时要 对 管 道 的抗 静 水 漂 浮 能 力 进 行 校 核 选用 苏里格 第二 天然气处 理厂一 榆林末 站外输 管 道 的一 级地 区管道 敷设所 用 的螺 旋缝 双面埋弧 焊 钢 管 D 1 0 1 6 m m1 0 ． 3 m m L 4 5 0的例 子进 行计 算 ． 查 阅 G B ／ T 9 7 1 1 ． 1 1 9 9 7 石 油 天然气 工业输 送钢 管 交 货 技 术条 件 ，得 出 D 1 0 1 6 mm1 0 ． 3 m m L 4 5 0 钢 管 的单 位长 度质 量为 2 5 5 ． 4 5 k g ／ m。经 计算 得 出 2 5 0 3 ． 8 0 N／i n K F s 9 5 2 9 ． 3 7 N ／ m I re “ 为 穿越 管段 穿 越长 度 的 总重 力 为稳 定 安全 系数 。 大 中 型 T 程取 1 ． 2 ，小 型 工 程取 1 ． 1 ； 为 穿 越 管 段单 位 长度 的净 浮力 因此 ，管 沟开 挖采 用机 械 开挖 ．在 开挖 管 沟 的同 时 ，采取 排 水 、降水 措 施 ， 用泥浆 泵将 管沟 内的水抽 出 ．抽 出的积水排 入导 流 渠 ．同时在 下沟 的管 道上 压 覆装 满 沙 子 的编织 袋 ， 编织 袋按 4层压 覆 ．沿 管道方 向间隔 1 0 m 为一组 ， 每组含草袋子 2 3 0个 ．保证管道下沟过程中不出现 浮管 现象 4管道敷 设应 注意 的问题 4 ． 1 施工道路和作业带 管道 在沙漠 地 区敷 设过 程 中 ．交通运 输条件 不 理想 ．需要修筑工程量较大的施工道路 ，在戈壁 、 平原地区道路修筑多以填筑为主 ，在丘陵、土石山 区多以削坡开挖 、填筑相结合 的方法修筑 ，因此施 工道路的占地面积较大．施工作业带的影响范围较 第 3 6卷第 1 期 李 东升等 苏里格地区天然气管道 的设计研究 大 苏里格气田沙漠地 区生态环境较脆弱 ，地表植 被恢复难度很大 ．应十分注意对土地的保护 ，减少 或防止 水土 流失 ，尽量 少破 坏地 表植被 。这 就要 求 在相关规范标准许可的情况下 ．严格控制施工作业 带 与施 工 道路 的宽度 ，尽 量 依 托 附近 现 有 的公 路 ， 充 分 利用 施工 作 业带 ．以缩 短 施工 便 道 的工 程 量 ； 伴行道路与作业带走向尽量保持一致 ，以节省平整 道路所需 的花费 在安全距离许可的情况下 ，尽可 能将伴行道路铺筑在施工作业带的影响区域内，以 减 少对 管道经 过 区域 地 表植被 的重 复破 坏 。最 大 限 度地保护施工作业带影响区域 内的生态环境。 施 工作业 带 占地 宽度 应执 行设计 规定 ．在 穿越 或 跨越河 流 、沟渠 、公路 、铁 路 ，以及地 下水 丰 富 和 管沟挖 深超过 5 m 的地段 和拖 管车 调头处 ．可根 据 实际需 要 ，适 当增 加 占地宽 度 。非 机械 施工 及人 工 凿岩地 段可 根据地 形 、地 貌 条件酌 情减 少 占地宽 度 经计算 可 以得 出施 工作 业平 台至 少可 以压缩 到 1 2 I n ．施工作业带宽度变窄 ．对地表植被的破坏就 大大降低 4 ． 2管道 防腐 苏里格地区地下水埋深较浅区及碱滩区．土质 有 轻微 盐渍化 问题 ．地 表可见 白色 盐霜 ，由于这些 因 素 的存 在 ．对 管 道外 防腐 层 涂 料 提 出更 高 的要 求 防腐 性 能好 ，有 良好 粘结 力 ，耐水性 好 ，吸水 率低 ．化学稳定性好，耐化学和微生物腐蚀 。耐老 化 性能好 ，耐阴极 剥离 。耐植 物根茎 穿透 ．具 有足 够机械强度和绝缘性能 ．易于补口补伤。 经综 合对 比 ．埋 地管道 大管 径 防腐层通 常 推荐 采用三层 P E普通级防腐 小管径防腐层通常推荐 采用 环氧 粉末普 通级 防腐 长庆气 田苏里格 地 区集 气 采 气 管 道 管 径 ≥3 0 0 mi l l 的 通 常 采 用 三 层 P E普 通级 防腐 ．管径 3 0 0 m m 的 通常 推荐 采用 环 氧粉末 普通 级 防腐 5环境 保护 5 ． 1水 工保 护 对于沙丘地及平沙地 ．在管道施工管沟 回填 后 ，通 常 以 管道 为 中心 ．在 该 地 区 主 导 风 向上 方 8 0 m及下风向 2 0 m内．全部采用种植草方格的方 法进行固沙，防止管沟回填土被风蚀造成管道裸露 而危 及管 道安全 。对 于斜坡 地带 的 管道 ．在 管 沟 回 填后根据具体情况 ．砌筑适用于沙丘地 区的挡土 墙 、护坡等 ，防止管沟 回填土垮塌、管沟汇水造成 回填土流失而危及管道安全 对于地势较高的沙丘 顶 部 ．通 常 在管 道 主 导风 向上方 6 0 m左 右 设 置 阻 沙栅 栏 ．以 防止管 道被 风移 沙丘埋 没 。待管道 投产 后 ．采用植 树种 草 的永久 性 防风 固沙方法 。 5 ． 2植 被恢 复 加 强 管 理 ，严 格 控制 车 辆 、人 员 的活 动 范 围 ． 尽量减少施工 占地面积 施工中采取必要的措施以 减少对作业带以外的破坏 对不同生态类型的破坏 采取工 程措 施 和植被 恢复措 施相 结合 予 以恢 复 管 道 施工 时采 取分层 开挖 、分 层堆 放 、分层 回填 的方 式 施 工后 对沿线 进 行平整 、恢 复地 貌 。 在作业带范围内布设高等植物篱 ．分散径流 ． 并结合草灌混交护坡 ，恢复植被。管道敷设结束后 如没错过雨季播种期 ．应抓紧时间抢播抢种 ．先行 种 草实施 地 面覆盖 ．秋 季完 成造林 整地 ．翌 年春 季 再植苗造林布设高等植物篱 ，实现草灌混交 ，完成 植 物护坡 和植 被恢 复工作 6结束 语 针对 苏里格 地 区多样 的地 表环 境 ．复杂 的地层 特性和多变的地下水位这些特有的地形地貌 ．对这 一 地区集气 、输气管道的线路选择、工艺计算 、相 应的管道强度校核进行了设计研究 ．并针对管道敷 设 、环 境保 护提 出 了合理 化建议 ．达到优 化建设 方 案 的 目的 。该设 计方 案在 苏里格 气 田集气 、输气 管 道 工程 沙漠 地 区得到 普遍应 用 ，并 取 得 了初 步 的效 果 ．在 一定 程度 上优化 了管 道线 路选 择 ．获 得 了一 定 的经 济效益 ．对 苏里格 地 区天然 气管 道 的设计具 有 一定 的指导 意义 参 考文 献 [ 1 ]G B 5 0 2 5 1 2 0 0 3 ， 输气管道工程设计规范[ S 】 ． [ 2 ]G B 5 0 3 6 9 2 0 0 6 ， 油气长输管道工程施工及验收规 范[ S 】 ． [ 3 ]李文东． 西气东输 沙漠地段 的大 口径管道施工f J ] ． ／ It t 工程建设， 2 0 02， 3 1 6 1 7 ． [ 4 ]孙世海．沙漠地 区天然气长输 管道工程研究【 J I ．石油规划设计 ， 2 0 0 6， 5 3 3 3 6． [ 5 】孙世 海．沙 漠地 区天然 气长输 管 道工N[ J I ．油气 田地面工 程 ， 2 0 0 6． 2 5 5 1 8 1 9 ． 作者 简介 李 东升 1 9 8 2 一 ，男 ，内蒙古赤峰 人 ，助理 工 程 师 ，2 0 0 6年毕业 于西安 石油大学 油气储运 工程专业 ，从 事天然气集输技 术工作。 收稿 日期 2 0 0 9 ～ 1 0 2 6