Page 68 - 理化检验-物理分册2022年第三期

宋成立, 等: 某油田单井油气集输柔性复合管泄漏原因

样, 依据 GB / T1033.1-2008 《 塑料 非泡沫塑料密 内衬层实际服役环境的温度大于设计温度及其

度的测定 第 1 部分: 浸渍法、 液体比重瓶法和滴定 维卡软化温度, 处于超温运行状态。维卡软化温度
法》 标准, 采用液体比重瓶法测试内衬层的密度, 试 是评价材料耐热性能、 反映制品在受热条件下物理
验设备为 ET-120SL 型电子密度计。由表 5 可见, 力学性能的指标之一, 维卡软化温度越低, 表明材料
该泄漏柔性复合管内衬层底部和顶部的平均密度均 受热时的尺寸稳定性越差, 热变形越大, 长期高温环

满足 SY / T6662.2-2012 《 石油天然气工业用非金 境会使 PE 材料刚度减小, 弹性模量减小 [ 7 ] 。同时,

属复合管 第2 部分: 柔性复合高压输送管》 对 PE 的 内衬层外壁至内壁颜色越来越深, 其底部内壁颜色
技术要求。 接近黑色, 这表明油气介质在长期输送中已大范围
表 5 泄漏柔性复合管内衬层底部和顶部的密度 扩散至内衬层内部, 发生了显著的溶胀, 导致其力学
项目 密度 /( g · cm -3 ) 密度平均值 /( g · cm -3 ) 性能下降 [ 8-9 ] 。内衬层硬度检测结果表明: 内衬层内
底部实测值 0.936 , 0.935 , 0.938 0.936 壁与油气介质直接接触, 其硬度比外壁的要小: 内衬
顶部实测值 0.933 , 0.932 , 0.933 0.933 层底部内壁颜色更深, 其硬度小于顶部内壁的硬度。
标准值 ≥0.930 通过拉伸性能测试结果发现内衬层底部的抗拉强度
低于顶部的, 表明内衬层强度已产生局部下降。同
1.8 纵向回缩率测试 时, 该 泄 漏 柔 性 复 合 管 底 部 壁 厚 比 顶 部 小 约

从泄 漏 柔 性 复 合 管 内 衬 层 取 样, 依 据 GB / T
1.3mm , 进 一 步 表 明 管 道 底 部 属 于 承 压 的 薄 弱
6671-2001 《 热塑性塑料管材纵向回缩率的测定》 标
环节。
准, 采用 BINDER-M240 型 恒 温 箱, 将 试 样 在 ( 120
涤纶纤维( 增强层) 在高温环境中会发生分子热

±2 ) ℃ 下保温 60min , 设置 3 个平行试样, 取其平 运动, 使其趋于无序性并发生结晶, 随着分子无序性

均值。由表 6 可见, 该泄漏柔性复合管内衬层的纵
的增加, 长期高温环境会使其抗拉强度明显下降。

向回缩率满足 SY / T6662.2-2012 《 石油天然气工
齐国权等 [ 10 ] 研究发现, 随着温度的升高, 涤纶纤维
业用非金属复合管 第 2 部 分: 柔 性 复 合 高 压 输 送

可承受的最大载荷呈直线下降趋势, 见图 5 。该泄
管》 标准对 PE 的技术要求。
漏柔性复合管增强层颜色为黑褐色, 触感坚硬, 而涤
表 6 泄漏柔性复合管内衬层的纵向回缩率
纶纤维通常为白色, 且触感柔软, 这表明油气介质已
项目 原始标线长度 / mm 试验后标线长度 / mm 纵向回缩率 / %
渗入增强层, 削弱了涤纶纤维大分子间的作用力, 使
100 99.80 0.2
分子间距加大, 孔隙增大, 导致涤纶纤维的抗拉强度
实测值 100 99.75 0.25
下降 [ 11 ] 。对柔性复合管断口处增强层用手轻轻弯
100 99.85 0.15
折时, 增强层即发生部分断裂, 表明增强层承压能力

标准值 - - < 3%
已产生下降。
2 分析与讨论
通过以上试验结果可知, 该泄漏柔性复合管内
衬层为 PE , 增强层为涤纶纤维, 内衬层的密度、 纵向

回缩率检测结果均符合 SY / T6662.2-2012 对 PE
的技术要求。泄漏柔性复合管内衬层底部和顶部的
维卡软化温度分别为 58.64 ℃ 和 61.89 ℃ , 抗拉强

度分别为 14.82MPa和 15.27MPa , 底部内、 外壁的

硬度分别为37.5HD 和53.7HD , 顶部内、 外壁的硬

度分别为 41.6HD 和 55.1HD , 现有标准未对该材 图 5 温度对涤纶纤维断后伸长率和最大承受载荷的影响曲线

料的维卡软化温度、 抗拉强度和硬度做出规定, 从检 综上所述, 该柔性复合管的运行温度远高于内
测结果可以得出内衬层内壁的强度较外壁出现了明 衬层的维卡软化温度, 油气介质已渗入内衬层和增
显下降, 内衬层底部的强度较顶部出现了显著下降, 强层, 导致管道的承压能力显著下降, 管道底部壁厚
随着服役时间的延长或压力的波动, 内衬层底部将 最薄处首先发生开裂, 在内压作用下, 管道逐层发生
首先发生承压不足导致的开裂。
塑性变形, 导致管道撕裂, 从而发生泄漏。
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