输气管道完整性管理体系第七分册管道地质灾害识别与评估技术.docx

1、输气管道完整性管理体系第七分册管道地质灾害识别与评估技术中国石油天然气股份有限公司输气管道完整性管理体系（第七分册）管道地质灾害识别与评估技术xxxx-xx-xx发布xxxx-xx-xx施行中国石油天然气股份有限公司天然气与管道分公司前言输气管道完整性管理体系适用于中国石油天然气股份有限公司输气管道运营过程中的完整性管理。石油天然气的管道运输是我国五大运输产业之一，对我国国民经济起着非常重要的作用，被誉为国民经济的动脉，随着国民经济的发展，国家对长输管道的依赖性逐渐提高，而管道对经济、环境和社会稳定的敏感度也越来越高，油气管道的安全问题已经是社会公众、政府和企业关注的焦点，政府对管道的监管力度

2、也逐渐加大，因此对管道的运营者来说，管道的运行管理的核心是“安全和经济”。由于当前中国石油所管理的油气管道多为上世纪70年代所建设和近年来新建管道，对老管道随着运行时间延长，管道事故时有发生，如何解决油气管道运行安全问题是当前解决老油气管道运行的首要问题。对新建管道，由于输送压力高，事故后果影响严重，如何保证管道在投入运行前期的事故多发期的运行安全，降低成本也是当前新建管道所面临的主要问题。世界各国都在探索管道安全管理的模式，最终得出一致结论：管道完整性管理是最好的方式，近几年，管道完整性评价与完整性管理逐渐成为世界各大管道公司普遍采取的一项重要管理内容。管道的完整性评价与完整性管理是指管道公

3、司通过对天然气管道运营中面临的安全因素的识别和评价，制定相应的安全风险控制对策，不断改善识别到的不利影响因素，从而将管道运营的安全风险水平控制在合理的、可接受的范围内，达到减少管道事故发生、经济合理地保证管道安全运行管理技术的目的。完整性评价与完整性管理的实质是，评价不断变化的管道系统的安全风险因素，并对相应的安全维护活动作出调整。世界各大管道公司采取的技术管理内容包括：管道风险管理，地质灾害与风险评估技术管理，管道安全运行的状态监测管理（腐蚀探头监测、管道气体泄露监测、超声探伤监测、气体成分监测、壁厚测量监测、粉尘组分监测、腐蚀性监测等），管道状况检测管理（智能内检测、防腐层检测，土壤腐蚀性

4、检测等），结构损伤评估管理，土工与结构评估技术管理，腐蚀缺陷分析和评定技术管理，先进的管道维护技术管理等。 国外油气管道安全评价与完整性管理始于20世纪70年代的美国，至90年代初期，美国的许多油气管道都已应用了完整性评价与完整性管理技术来指导管道的维护工作。随后加拿大、墨西哥等国家也先后于90年代加入了管道风险管理技术的开发和应用行列，至今为止均取得了丰硕的成果。综上,管道完整性管理已经成为全球管道技术发展的重要内容，我国在这方面起步较晚，但到目前为止，还没有一套完整的完全适用于油气管道的适用性评价体系。虽然天然气管道的适用性评价可参考现有标准、规范或推荐作法,但有许多地方需要结合天然气管道

5、的实际情况,进行修改和完善。目前，国内尚无系统的管线完整性管理体系。在国际上，最有代表性的标准是ASME B31.8S-2001输气管道系统完整性管理，主要针对国外输气管道。由于国内外管道设计标准和具体运行管理的实际不同，很难全部应用于国内管线。为了保证中油天然气管道的安全运行，提高中油天然气管道的整体管理水平和自身的竞争能力，实现与国际管道完整性管理水平的接轨，从指导国内天然气管道全局的高度出发，进行国际完整性管理体系的研究是一项重要的基础工作，对于提高我中油股份公司整体竞争实力意义重大。本管理体系的目的，是为输气管道的安全和完整性管理提供一套系统、综合的方法。管道公司采用该规范进行管道完整

6、性管理，通过不断变化的管道因素，对天然气管道运营中面临的风险因素进行识别和技术评价，制定相应的风险控制对策，不断改善识别到的不利影响因素，从而将管道运营的风险水平控制在合理的、可接受的范围内。具体通过科学的设计、监测、检测、检验、检查、信息化系统应用等方式和各种技术的实施，获取与专业管理相结合的管道完整性信息，对可能造成管道失效的威胁因素进行管道的完整性评价，最终达到持续改进、减少和预防管道事故发生，经济合理地保证管道安全运行的目的。完整性管理体系的目的还在于建立和提出一套专门适用于股份公司需求的技术文件，这些体系文件和系统将保证管道安全运行，并为股份公司建立最有效的管道安全经济效益战略发展服

7、务，这些体系文件将有利于管道管理者发现和识别管道危险区域，对各种事故作到事前预控。完整性管理与QHSE体系的关系可以表述为，QHSE是管道完整性管理的基本条件，而管道完整性管理又是管道公司QHSE体系的核心内容，完整性管理保障了人员的健康、安全、环境。世界各大管道公司按法律必须实行HSE管理，但同时又将管道完整性管理作为核心内容。完整性管理体系文件由管理总册、管理分册、程序文件、作业文件组成，在文件的编写过程中参考了国际API、ASME等国际标准并根据国内完整性管理的最新成果提出了输气管道完整性管理的程序、内容和要求。完整性管理体系的文件构成：1. 输气管道完整性管理体系管理总册2. 输气管道

8、完整性管理体系管理分册：1）第一分册：数据的收集和整合2）第二分册：管道风险评价技术指南3）第三分册：检测技术4）第四分册：监测技术5）第五分册：完整性评价技术6）第六分册：管道维护维修技术7）第七分册：管道地质灾害识别与评估技术8）第八分册：防止第三方破坏及事故统计分析技术9）第九分册：输气管道完整性管理信息系统3. 输气管道完整性管理体系程序控制文件4. 输气管道完整性管理体系作业文件各部分的具体内容介绍如下：1. 输气管道完整性管理体系管理总册输气管道完整性管理体系管理总册是中国石油天然气股份有限公司实施长输管道完整性管理的纲要性文件，全面地阐述了中国石油天然气股份有限公司实施管道完整性

9、管理体系的内容。2. 输气管道完整性管理体系管理分册输气管道完整性管理体系的分册是对管理总册中规定的某一特定流程的实施细则，论述了中国石油天然气股份有限公司完整性管理实施过程中某一特定流程的具体要求。它包括了九个分册，每一分册分别对相应的完整性管理程序的内容、要求提出了明确的规定，分别涉及的内容如下：1）数据的收集和整合；2）管道风险评价技术；3）检测技术；4）完整性监测技术；5）完整性评价技术；6）管道维护维修技术；7）线路地质灾害识别与评价技术；8）防止第三方破坏及事故统计分析技术；9）输气管道完整性管理信息系统3. 输气管道完整性管理体系程序控制文件程序控制文件是输气管道完整性管理的质量

10、控制文件，是公司内部管理的具体运作程序，规定公司内部对完整性管理的具体管理程序和控制要求，是为进行完整性管理的某项活动或过程所规定的方法和途径，以文件的形式规定了完整性管理体系实施过程中各业务部门工作交叉关系的处理流程和各部门人员管理行为的规范。4.输气管道完整性管理体系作业文件作业文件包括作业指导书（操作规程）和记录文件。完整性管理的作业文件由各管道运营公司根据管道完整性管理过程的需要产生，在总册和分册文件中已经规定了要求的应当依照其要求和格式制定相应的作业文件。作业文件是程序文件的补充和支持，是管理和操作者行为的指南，是围绕管理手册和程序文件的要求，描述具体的工作岗位和工作现场如何完成某项

11、工作任务的具体做法，是一个详细的工作文件，主要供个人或班组使用。该文件有些是在体系运行中根据需要不断产生的。完整性管理是一个动态的过程，各个部分是一个有机的统一整体，为了表述和管理的需要，往往将其人为的分开进行论述，但在完整性管理具体实施过程中，应当将其作为一个完整的有机过程进行全面的理解。管理总册管理分册：1. 数据的收集和整合分册2. 管道风险评价技术指南3. 检测技术4. 完整性监测技术5. 完整性评价技术6. 管道维护维修技术7. 管道维护维修技术8. 防止第三方破坏及事故统计分析技术9. 管道完整性管理信息系统完整性管理程序控制文件1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

12、 作业文件作业指导书（操作规程）记录文件完整性管理的作业文件由各管道运营公司根据管道完整性管理过程的需要产生，在总册和分册文件中已经规定了要求的应当依照其要求和格式制定相应的作业文件。管理总册管理分册作业文件程序控制文件完整性管理文件体系结构图目录前言 i0 总则 11 目的 22 适用范围 23 引用标准 24 定义 25 地质灾害完整性管理 45.1 地质灾害完整性管理的内容 45.2 管道地质灾害识别 55.3 地质灾害识别的要求 135.4 地质灾害识别的管理 146 地质灾害完整性评价技术 176.5 目的与任务 176.6 地质灾害评价工作特点 176.7 管道沿线调查的主要内容

13、186.8 方法与程序 186.9 存在的问题 186.10 管道悬管飘管评价技术 196.11 采空区评价 256.12 地质灾害风险性评估 307 地质灾害监测与防治 327.1 基本原则 327.2 崩塌防治措施 327.3 滑坡防治措施 337.4 泥石流防治措施 337.5 煤矿采空区 347.6 断层 347.7 黄土失陷或冲沟 347.8 地表冲蚀 357.9 地震 358 基于GIS系统的管道地质灾害完整性管理系统 368.1 系统的流程图 368.2 系统的功能结构 388.3 GIS 支持下的管道地质灾害分析评价与预警预报模型 391 总则油气管道运输是我国五大运输网络之一

14、，现有油气长输管道3万余公里，油田集输管网10万余公里。随着社会的发展，油气需求量与日俱增，必然要求铺设更多的油气管道。众所周知，油气输送管道造价很高、穿越地域广阔、涉及的地域类型复杂，一旦发生爆裂破坏，就会造成人员伤亡、环境污染和油气输送中断等恶性事故。全球每年都会发生大量的油气管道爆破和泄漏事故。造成油气管道爆裂损坏的因素很多，其中地质灾害是主要因素之一。地质灾害是指由于自然因素或者人为活动而引发的山体崩塌、滑坡、泥流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害。对油气管道有影响的主要地质灾害有：地质断层、地裂缝、山体崩塌、滑坡、泥石流、黄土湿陷、冲沟、地震、河流冲蚀、采空区等。如何

15、对地质灾害进行监测、评估和防治，直接关系到油气管线的安全运营，是一个重要的研究课题。本体系文件重点从地质灾害识别、地质灾害灾害评价、线路地质灾害统计、地质灾害监测等几个方面入手，对中国石油所属管道公司经营的天然气管道途径地质复杂地带的完整性管理具体实施提出了详细指导规程。本体系文件包括以下内容：管道地质灾害识别管道地质灾害灾害评价管道地质灾害预防与治理管道地质灾害预警基于地质灾害完整性管理的GIS系统本体系文件是完整性管理体系第七分册2 目的完整性管理是实施管道维护科学化、管理科学化的重要内容，管道地质灾害的完整性是完整性管理的重要内容，建立和提出管道地质灾害完整性管理的体系文件，是保证管道安

16、全运行的重要内容，可为实施完整性管理的有效性打下坚实的基础，该文件分册将有利于中国石油管道管理者发现和识别管道地质灾害危险区域，有助于实现完整性管理程序所规定的内容，通过地质灾害预警技术将各种事故发现在萌芽之中。3 适用范围本文件分册适合于天然气管道公司的完整性管理，适用于中国石油各管道公司运行管理者和维护工程师或其他相关人员，应用范围为输气管道干线和地质条件复杂的站场、压气站、储气库。4 引用标准 SY/T0450-97 输油气埋地钢制管道抗震设计规范 美国国家工程师学会 ACSE 油气管线地震设计导则 地质灾害防治条例 5 定义管道地质灾害：管道地质灾害是由于地质土壤变化因素引起的灾难和损

17、害。包括条件地质灾害和人为地质灾害，条件地质灾害包括地震引起的海啸、地震引起的土壤液化、沙漠移动、滑坡、泥石流、火山爆发、地层错断、管道地基下边山坡失稳塌落、管道侧边斜坡失稳塌落、泥石流、地基失陷等；人为地质灾害包括：煤矿采空区、开矿引起地质塌陷等。断层：由于地层错动，导致地质断带产生，断层在地震情况下，会引起地质位移加大，形成断层错裂带，断层和地裂缝是在地质形成过程中由于地壳的相互挤压、造山运动、火山、地震和人类活动等而引起地层断裂和错动而形成的。 地裂缝：外力原因，导致地质土壤之间形成的结合力减弱，土壤与土壤、岩石与土壤分离现象，形成的裂缝。滑坡：即山体的大面积下滑，滑坡是由于山体或土体的

18、不稳定造成的。黄土湿陷及冲沟：黄土塬地区，由于黄土本身具有溶水性的特点，黄土本身松软，承重或自然灾害变化后，造成失陷，另外，由于黄土塬洪水的冲刷，造成水土流失，形成大冲沟。泥石流：经常发生在峡谷地区，在暴雨期具有群发性，它是一股泥石洪流，瞬间爆发，是山区最严重的自然灾害。地表冲蚀：由于山区洪水径流，导致地表水土流失严重，造成地表成沟槽状，严重时形成冲沟。地震：即地动，是地球表面的振动，引起地震的原因分为五类，构造地震、火山地震、水库地震、陷落地震、人工地震。采空区：由于地下煤矿开采过程中，开采率不合理，造成预留煤柱不足以支撑地表岩层，造成塌陷，或过度开采，形成大面积采空现象，这类区域称采空区。

19、地质稳定性：指地质土壤相对位移较小，同时受外界自然条件变化的影响较小。土壤地质相对稳固。易损性评价：指物质受外界作用，评价其容易破坏的程度。地质危险性评估：办法所称地质灾害危险性评估，是指在地质灾害易发区内进行工程建设和编制城市总体规划、村庄和集镇规划时，对建设工程和规划区遭受山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等地质灾害的可能性和工程建设中、建设后引发地质灾害的可能性做出评估，提出具体预防治理措施的活动。地质灾害数值模拟：用于岩土和地质类工程的主要数值方法有：有限元、离散元、快速拉格朗日元、边界元、无限元、流形元和颗粒流等多种。针对管道所遇到的主要地质灾害，通过数值方法来分析不

20、同地质灾害对管道的危害性。管道悬空稳定性：悬空稳定性即指管道悬空状态下稳定性。管道两端支撑的距离加大，可能造成管道由于自重下垂形成悬空附加拉应力，稳定性进一步减弱。有限元分析：使用有限单元法进行结构应力、应变的数值模拟分析方法，具有广泛的适用性。岩石崩落：岩石受到高温、风化影响后，从母体脱落后出现的滚落现象，岩石崩落现象非常普遍。飘管：由于洪水冲击，将管道底部土壤等支撑物冲走，管道受浮力作用上浮后，由于存在洪水冲击的角度与管道，则管道沿冲击方向形成侧向和垂直位移，引起管道的漂移。6 地质灾害完整性管理6.1 地质灾害完整性管理的内容1） 根据中国管道地质灾害发生的特点和调研的基础，以及国内地质

21、灾害防治原则和特点，提出建立天然气管道地质灾害完整性管理的目标和内容。2） 天然气管道地质灾害完整性管理内容为地质灾害识别、监测、评估、治理3） 目标为：预防为主，标本兼治。4） 主要内容包括：1. 地质灾害识别与探讨：包括地质灾害发生的机理、描述参数、主要影响因素、分析模型、监测方法（监测项目、仪器和数据整理分析）、对管道危害性分析、预防和治理方法。2. 管线地质灾害完整性评价：通过现场地质调查，按照不同类型地质灾害（滑坡、泥石流、崩塌、黄土湿陷、煤矿采空区和地震等）的发生频率、规模，评价管道地质灾害完整性。3. 地质灾害预测预警：根据地质灾害的区域规律以及与控制因素(工程地质岩组、水文地质

22、条件、地质构造、地形地貌、植被等) 和主要影响因素(降雨、人类工程活动等) 的关系，采用信息量模型、专家评分模型、人工神经网络模型、层次分析模型等, 预测地质灾害易发生的空间范围, 圈定地质灾害易发区(敏感区) ，为实时预警预报提供明确的位置和灾害规模, 同时为管道地质灾害的管理和规划提供科学依据4. 建立地质灾害数据库：在大量地质灾害调查、地质土工分析和研究的基础上，建立地质灾害数据库。5. 管道地质灾害的防治：主要针对识别到的风险，提前进行水工保护防治，作到预防性维护。6. 管道地质灾害研究：研究不同种类地质灾害之间的关联作用和相互作用。6.2 管道地质灾害识别5.2.1 断层、地裂缝断层

23、和地裂缝是在地质形成过程中由于地壳的相互挤压、造山运动、火山、地震和人类活动等而引起地层断裂和错动而形成的。断层描述包括：断层类型（正断层、逆断层和平移断层）、断层走向和倾向、断距。断层对管道的危害：断层滑动导致管道变形（包括拉伸变形和挤压变形）和剪切破坏；断层容易引发山体崩塌和滑坡。5.2.2 滑坡斜坡上的岩体或土体，由于地下水和地表水的影响，在重力作用下，沿着滑动面所作的整体下滑运动。滑坡分类： 根据物质可分为黄土、粘土、碎屑和基岩滑坡。 根据岩性和构造可分为顺层面、构造面和不整合面滑坡等。 根据滑坡体厚度可分为浅层（数米）、中层（数米至20米）和深层（数十米以上）滑坡。 根据触发原因可分

24、为人工切滑、冲刷、超载、饱水、潜蚀和地震滑坡等。 按年代可分为新、老、古滑坡。 按运动形式可分为牵引和推动滑坡。滑坡的形成主要包括两方面的因素：滑坡岩体结构和外部诱因，岩体结构包括岩性组成和构造裂隙；外部诱因包括降雨、雪和人类活动等。滑坡的形成、发展，大致可分为蠕动变形阶段、滑动阶段和停息阶段，掌握其形态特征、发生发展和分布规律，滑坡是可以判别、预报和防治的。对管道的危害：滑坡引起管道变形，甚至导致管道破坏。5.2.3 黄土湿陷及冲沟1) 黄土湿陷性是黄土遇水浸湿后,突然发生沉陷的性质。2) 黄土的化学成分以SiO2为主，其次为Al2O3、CaO和Fe2O3等。黄土的物理性质表现为疏松、多孔隙

25、，垂直节理发育，极易渗水，且有许多可溶性物质，很容易被流水侵蚀形成沟谷，也易造成沉陷和崩塌。3) 黄土颗粒之间结合不紧，孔隙度一般在40%50%。黄土湿陷及冲沟的发生，主要是在水力作用下黄土失去自承力，并在重力作用下形成陷落洞，在水力冲刷作用下形成冲沟。对管道的危害性：黄土湿陷容易造成管道悬空，当悬空长度超过允许量后可造成管道断裂破坏；黄土冲沟可造成管道暴露、悬空和外力损伤。5.2.4 泥石流1) 产生于山区沟谷中或山坡地上的，含有大量松散固体碎屑的、不均质的特殊洪流。2) 具有突然暴发、历时短暂、来势凶猛、破坏力大等特点，是山区常见的一种地质灾害。3) 根据固体物质成分的不同可分为泥流、泥石

26、流和水石流三种。4) 泥石流的形成必须同时具备3个条件： 流域内有丰富的、松散的固体物质。 流域内谷坡陡、沟床比降大。 沟谷的中、上游区有暴雨洪水或冰雪融水和湖泊、水库决溃等提供充分的水源。5) 在断裂构造发育、地震频发、降水集中、水土流失严重的山区，以及古冰川发育、现代冰川活跃的高山地区易形成泥石流。在时间上，泥石流多产生于数年干旱后，或人类不合理开发山地后的多雨暴雨年份，或气候转暖、冰川衰退、积雪消融、冻土解冻的年份。泥石流是高浓度的固、液两相流。固体物质含30%80%，流体容重1.52.3吨米3。固体物质的多少、成分、补给方式决定了泥石流的性质、类型和规模。6） 泥石流有多种分类：1 按

27、形成特点可分为冰川型、降雨型泥石流。2 按沟谷形态分为沟谷型、山坡型泥石流。3 按物质组成分为泥石流、泥流、水石流。4 按结构-流变分类，可分为：稀性泥石流（容重1.51.8吨/米3，含沙量8001200千克/米3），紊动强；粘性泥石流（容重2.0吨/米3，含沙量1600千克/米3），以层流为主；过渡性泥石流，介于以上二者之间。5 按规模可分为：小型（一次物质总方量10万立方米）中型（一次物质总方量1050万立方米）大型（一次物质总方量为50100万立方米）特大型（一次物质总方量100万立方米）7) 对管道危害：泥石流对管道具有很大的破坏性，可以冲刷覆盖层而使管道暴露，对管道产生很大的冲击力，

28、造成管道变形破损。5.2.5 地表冲蚀由于洪水导致河流暴涨，或山区河水汇集径流而下，造成包括侧向和垂向的河床冲刷，以及管道通过带地表冲蚀和塌陷，引起管道露管、悬管或漂移，往往夹带巨石等重物，在洪水的冲击、涡击振动影响下导致疲劳断裂，这是中国石油管道典型的失效模式。5.2.6 地震1) 地震对管道的影响主要是造成地层断裂和土壤液化（引起地层塌陷和大滑坡）。地震造成地层错动而导致管道断裂失效。2) 地震造成土壤液化是由于在振动状态下，孔隙水压力不断上升，有效应力下降，直至为零，土壤表现为完全的液体行为所造成的。3) 地层液化判别：A、确定地下水位和地层岩性B、采用标准贯入法对地下水位以下的地层进行

29、液化判别。当饱和土标贯实测值N63.5小于标贯临界值Ncr时可判为液化，反之为不液化。其判别式如下：Ncr=No0.9+0.1(ds-dw) 式中：Ncr液化判别标贯锤击临界值；N63.5饱和土标贯锤击实测值；No液化判别标贯击数基准值；ds饱和土标贯点深度(m)；dw地下水位(m)；c粘粒含量，当小于3或为砂土时，均采用3。震陷是地震引起的土地竖向残余变形。因形成的机制不同，可以分为构造震陷、液化震陷、软土震陷、黄土及其它震陷。震动作用下的主要效果是使土层变软，模量降低，因而产生震陷。5.2.7 采空区1) 采空区形成采煤后,采空区上覆岩层发生跨落、裂隙和沉降,当采厚大采深小时,波及到地表使

30、地表产生移动、下沉、裂缝和塌陷。一般来说采深与煤层总采厚之比或时,地表将可能发生塌陷或裂缝。2) 采空区的影响临界条件根据国内外采矿经验，一般情况，地层中没有较大的地质破坏情况下，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的连续特征和一定的分布规律，常表现为地表移动盆地。在的情况下，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间和时间上都有明显的不连续特征，常表现为地面裂缝和塌陷。3) 塌陷体积和面积与开采的关系统计资料表明,地面塌陷面积与井下煤层开采面积之比平均值为1.2 ,塌陷容积与开采体积之比平均值为 ,缓倾斜和倾斜煤层,

31、地表最大塌陷深度一般为煤层开采总厚度的。4) 采空区对管道的危害煤矿采空后，地表变形是一个比较复杂的过程，它与采深、采厚、构造、顶板岩性、采煤方法、机械化程度、回采率大小有密切关系。采空区对管道的危害主要是引起地面沉降后，导致管道弯曲下沉或悬空，造成管道一些部位应力集中，当应力超过管道强度极限后，管道就会发生破裂。另外，采空区还可能导致地裂缝和滑坡等灾害，影响管道的安全。6.3 地质灾害识别的要求(1) 中国石油所属管道每年汛期前，应进行管道地质灾害的识别工作，并将识别到的管道地质灾害进行分类，地区公司备案。(2) 每年汛期前，将预防性维护水工保护工程全面检查，并将当年水工工程严格限制工期在汛期前完成。(3) 各管道公司应提出具体的灾害识别的方案和标准。(4) 线路维护巡线人员应进行培训，并将地质灾害识别作为重要内容之一。(5) 每年汛