管道运输所用的管子，是管道的主体部分。现代管道用管主要是钢管。建设一条长距离管道,其投资的30%左右，所用钢材的90%左右用于管子。由于海洋和北极区油、气田的开发，以及油品管道、天然气管道、固体料浆管道的输送工艺的发展，对管道的管材性能要求日益提高，制管工艺也日趋完善。

概述 1865年建成第一条输油管道,用的是直径2英寸的熟铁管。从1887年开始，输油管道采用钢管。早期钢管是用锻制法对焊或搭焊制成的，后来出现了无缝钢管和电焊钢管。20世纪20年代末期，开始应用具有高抗拉强度的薄壁钢管。这种薄壁钢管大大地降低了管道单位长度的用钢量，并为制造大管径钢管和提高管道输送工作压力创造了条件。

目前应用的管道钢管主要有螺旋缝钢管、直缝钢管和无缝钢管三种。螺旋缝钢管是由成卷的带钢在制管机上连续卷制焊接而成的，其纵向焊缝为螺旋形。这种制管工艺适用于制造薄壁钢管。直缝钢管主要用"UO"法制造，即将单张钢板在液压机上先冲压，使钢板的横截面成"U"字形,再经冲压成"O"字形,然后经焊接、胀圆成管，其纵向焊缝是一条直线。无缝钢管一般由铸锭或实心棒材先行穿孔，再经扩孔或拉拔而成;也可用挤压法，即在一步工序中直接由铸锭或实心棒材制成。无缝钢管一般用于较小口径高压管道，如输送成品油、液化石油气和乙烯等的管道。钢管的强度等级通常按美国石油学会 (API)标准划分，并按管材的屈服极限标注为X60、X70等。 X后面的数字表示管材规定的最低屈服极限，单位为千磅每平方英寸。这个管材标准是管道工程最通用的标准。1926年美国石油学会发布API-5L标准，其中包括一般碳素钢管。1947年发布API-5LX标准,其中包括X42、X46、X52三种管材。1964年发布API-5LS标准，将螺旋缝钢管标准化。1967~1970年四年中,API-5LS和API-5LX两项标准中,增加了管道建设所常用的X56、X60和X65等管材。

管径的选择 管道输送中，管径的变化对压力降或输量的影响最大。确定合理的管径是管道设计最优化的主要指标之一。管径的选择一般是将输油(气)站和管道的建设费、操作费、维修费、折旧费，以及利润率和偿还期等因素，表示为管径的函数;计算各项费用之和对管径的一阶导数求出综合费用的最小值，从而确定合理的管径值。合理的管径随输油、气管道建站的费用上升而增大,所以加大管径以减少中间加压站数,可节约投资。管径与输量的0.25~0.4次方成正比,并随流体性质及不同时期或地区各项费用的不同而变化。近年来,管道消耗的动力和燃料费用上涨，管道直径在选择方面出现增大的趋势，油管和气管道目前最大直径分别达到1220毫米和1420毫米。

管壁厚度的确定 管道钢管的壁厚 (d)通常根据管道运行的内压力(p)所引起的环向应力来确定,可按下式计算:式中D为管道直径;嗘为焊缝系数;【σ】为许用应力;C为壁厚裕量(包括腐蚀裕量和管材负公差等)。不同钢号和不同直径的管子存在壁厚的最小值，以保证其刚度。对受外载作用的大直径管、薄壁管、海洋管道和水下穿越管道还应进行稳定性校核。为了节省投资，长距离管道根据沿线压力变化，可分段选取不同钢号和不同壁厚的管子。海洋管道和水下穿越管道，由于存在着承受外压力和要求增加管重，以及不易维修等问题，所以管壁厚度须大于相同直径和内压的陆上管道。

埋地管道纵向应力分析 由于纵向应变受土壤与管表面之间摩擦力的约束，埋地管道的直管段部分会产生以下三种纵向应力。①泊松效应应力:管子受内压时,其直径涨大而引起纵向收缩。收缩受到约束时，管道纵向即受到拉应力。其值为μσ，其中μ为泊松比(钢管μ值约为0.30);σ为环向应力。②温度应力:管道操作温度高于安装温度时，管子在投产后受热伸长。这一伸长受到约束时，管道纵向承受压应力。其值为ɑEΔT，其中ɑ为管材的热胀系数;E为弹性模量;ΔT为管道操作温度与安装温度的差值。如果操作温度低于安装温度，管道纵向承受拉应力。③内压引起的纵向应力:在管道的弯头或阀门处，由于内压作用产生纵向力。此纵向力传到管壁上，产生拉应力，其值为0.5σ。对于埋地管道，此纵向力随着离远弯头或阀门而逐渐被土壤的摩擦力所平衡。

埋地管道纵向应力如下图。 A处有一清管器收发筒，管道经弯头入土，在弯头处破坏了土壤与管表面之间摩擦力的连续性,形成自由端。管道在B点受到土壤反力的约束。由B向C，土壤与管表面间的摩擦力逐渐积累，约束力逐渐增加,到C点时管子的纵向位移完全被约束住，即纵向位移为零。C点以后称为嵌固段;纵向应变不受约束的管段称为自由段;自由段和嵌固段之间称为过渡段，即图中BC部分。 管道在嵌固段所受纵向应力σL最大，可按下式计算:式中负号表示压应力。一般对σL不必单独校核，但对σL和σ的组合应力，应按强度理论进行校核。

管道断裂 管道在试压或运行中可能发生断裂破坏。输气管道或以气体为试压介质的管道发生的断裂现象危害最为严重。断裂的起裂与钢管的缺陷大小、管材和焊缝韧性的高低，以及应力水平等因素有关。为防止起裂，应保证管材和焊缝的韧性，对管道应严格进行无损探伤检查，以排除超过容许范围的缺陷。

管道起裂后会产生两种裂纹失稳扩展，即脆性断裂失稳扩展和延性断裂失稳扩展。由于长输管道难以完全避免起裂，因此控制失稳扩展是非常重要的。

脆性断裂发生在延性- 脆性转变温度以下。起裂时，脆性断裂的扩展速度同破裂面中剪切面积所占百分比有关。剪切面积所占百分比越大，则扩展速度就越低。破裂时，管中介质减压波的速度超过钢管的断裂扩展速度，则裂纹尖端的应力由于压力降低而迅速减小，从而可达到止裂。对于这种断裂，一般采用在某一温度下，对管道进行落锤撕裂试验(DWTT)加以检验。控制试件破裂面中剪切面积不低于某一百分比，也可达到止裂。1960年美国的一条直径为30英寸的管道，在气压试验时发生脆性断裂，撕裂长度达13公里。

延性断裂发生在延性- 脆性转变温度以上。这种断裂能够扩展相当长的距离，预防这种断裂，要求管材的韧性大于某一最低值。这个最低值不是固定值，而是与钢管尺寸及应力大小有关;管径越大，应力越高，则最低值越高。随着管道直径的增加和工作应力的提高，管材往往难以达到要求的最低韧性指标，为此，近年来正在研究和使用各种止裂装置如止裂环。

随着管道运输的发展，钢管材质获得非常迅速的改进。20世纪70年代以来，管材使用的普通碳钢已逐渐被掺入铬、钼、铌、钒、铜、铝和稀土元素的低碳合金钢取代，制管技术也广泛采用热处理工艺和控制轧制等级等新技术。

在含蜡原油的开采过程中，虽然可采用各类防蜡方法，但油井仍不可避免地存在有蜡沉积的问题。蜡沉积严重地影响着油井正常生产，所以必须采取措施将其清除。

油井常用的清蜡方法有机械清蜡、热力清蜡、化学清蜡等。

机械清蜡是指用专门的工具刮除油管壁上的蜡，并靠液流将蜡带至地面的清蜡方法。在自喷井中采用的清蜡工具主要有刮蜡片和清蜡钻头等。一般情况下采用刮蜡片;但如果结蜡很严重，则用清蜡钻头;结蜡虽很严重，但尚未堵死时用麻花钻头;如已堵死或蜡质坚硬，则用矛刺钻头。

有杆抽油井的机械清蜡是利用安装在抽油杆上的活动刮蜡器清除油管和抽油杆上的蜡。油田常用尼龙刮蜡器，在抽油杆相距一定距离(一般为冲程长度的l/2)两端固定限位器，在两限位器之间安装尼龙刮蜡器。抽油杆带着尼龙刮蜡器在油管中往复运动，上半冲程刮蜡器在抽油杆上滑动，刮掉抽油杆上的蜡，下半冲程由于限位器的作用，抽油杆带动刮蜡器刮掉油管上的蜡。同时油流通过尼龙刮蜡器的倾斜开口和齿槽，推动刮蜡器缓慢旋转，提高刮蜡效果，由于通过刮蜡器的油流速度加快，使刮下来的蜡易被油流带走，而不会造成淤积堵塞。

机械清蜡不能清除抽油杆接头和限位器上的蜡，所以还要定期辅以其它清蜡措施，如热载体循环洗井或化学清蜡等措施。

热力清蜡是利用热力学能提高液流和沉积表面的温度，熔化沉积于井筒中的蜡。根据提高温度的方式不同可分为热流体循环清蜡、电热清蜡和热化学清蜡三种方法。

1.热流体循环清蜡法(热洗清蜡)

热流体循环清蜡法的热载体是在地面加热后的流体物质，如水或油等，通过热流体在井筒中的循环传热给井筒流体，提高井筒流体的温度，使得蜡沉积熔化后再溶于原油中，从而达到清蜡的目的。根据循环通道的不同，可分为开式热流体循环、闭式热流体循环、空心抽油杆开式热流体循环和空心抽油杆闭式热流体循环四种方式。 热流体循环清蜡时，应选择比热容大、溶蜡能力强、经济、来源广泛的介质，一般采用原油、地层水、活性水、清水及蒸汽等。为了保证清蜡效果，介质必须具备足够高的温度。在清蜡过程中，介质的温度应逐步提高，开始时温度不宜太高，以免油管上部熔化的蜡块流到下部，堵塞介质循环通道而造成失败。另外，还应防止介质漏入油层造成堵塞。

2.电热清蜡法

电热清蜡法是把热电缆随油管下入井筒中或采用电加热抽油杆，接通电源后，电缆或电热杆放出热量，提高液流和井筒设备的温度，熔化沉积的石蜡，从而达到清防蜡的作用。

3.热化学清蜡法

为清除井底或井筒附近油层内部沉积的蜡，曾采用了热化学清蜡方法，它是利用化学反应产生的热力学能来清除蜡堵，例如氢氧化钠、铝、镁与盐酸作用产生大量的热力学能。

NaOH+HCl=NaCI+H2O+99.5 kJ

Mg+2HCl=MgCl2+H2↑+462.8 kJ

2Al+6HCI=2A1C13+3H2↑+529.2 kJ

一般认为，用这种方法产生热力学能来清蜡很不经济，且效率不高少单独使用。它常与酸处理联合使用，以作为油井的一种增产措施。

通常将药剂从油套环空中加入或通过空心抽油杆加入，不会影响油井的正常生产和其他作业。除可以起到清防蜡效果外，使用某些药剂还可以起到降凝、降粘、解堵的作用。化学清、防蜡剂有油溶性、水溶性和乳液型三种液体清、防蜡剂，此外还有一种固体清、防蜡剂。

1.油溶性清防、蜡剂

现场使用的油溶性清防蜡剂主要由有机溶剂、表面活性剂和少量的聚合物组成，例如大庆Ⅱ号清、防蜡剂的配方为铂重整塔底油30%、120号直馏溶剂汽油66.6%、聚丙烯酰胺0.3%，T-渗透剂0.3%。其中有机溶剂主要是将沉积在管壁的蜡溶解，加入表面活性剂的目的是帮助有机溶剂沿沉积蜡中缝隙和蜡与油井管壁的缝隙渗入以增加接触面，提高溶解速度，并促进沉积在管壁表面上的蜡从管壁表面脱落，使之随油流带出油井。部分油溶性清、防蜡剂加入高分子聚合物的目的是希望聚合物与原油中首先析出的蜡晶形成共晶体。由于所加入的聚合物具有特殊结构，分子中具有亲油基团，同时也具有亲水集团，亲油基团与蜡共晶，而亲水集团则伸展在外，阻碍其后析出的蜡与之结合成三维网目结构，从而达到降粘、降凝的目的，也阻碍蜡的沉积并起到一定的防蜡效果。

优点:对原油适应性较强;溶蜡速度快，加入油井后见效快;产品凝固点低，便于冬季使用。

缺点:相对密度小，对高含水油井不太合适;燃点低，易着火，使用时必须严格防火措施;一般这类清、防蜡剂具有毒性。

2.水溶性清防、蜡剂

水溶性清、防蜡剂是由水和许多表面活性剂组成。现场使用的配方是根据各油田原油性质、结蜡条件不同而筛选出来的。但都是在水中加入表面活性剂、互溶剂和碱性物质。常用的有磺酸盐型、季胺盐型、平平加型、聚醚型四大类。这种清、防蜡剂可以起到综合效应。其中，表面活性剂起润湿反转作用，使结蜡表面反转为亲水性表面，表面活性剂被吸附在油管表面有利于石蜡从表面脱落，不利于蜡在表面沉积，从而起到防蜡效果。表面活性剂的渗透性能和分散性能帮助清、防蜡剂渗入松散结构的蜡晶缝隙里，使蜡分子之间的结合力减弱，从而导致蜡晶拆散而分散于油流中。互溶剂的作用是提高油(蜡)与水的互溶程度，可用的互溶剂有醇和醇醚，如甲醇、乙醇、异丙醇、异丁醇、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚等。碱性物质可与蜡中沥青质等有机极性物质反应，产生易分散于水的产物，因而可用水基清、防蜡剂将它从结蜡表面清除，常用的碱性物质有氢氧化钠、氢氧化钾等碱类和硅酸钠、磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠等一类溶于水，使水呈碱性的盐类。

优点:相对密度较大，对高含水油井应用效果较好;使用安全，无着火危险。

缺点:见效较慢;凝固点可达-20~―30℃，但在严寒的冬天使用，其流动性仍然有待改进。

3.乳液型清、防蜡剂

乳液型清、防蜡剂是将油溶性清、防蜡剂加入水和乳化剂及稳定剂后形成水包油乳状液。这种乳状液加入油井后，在井底温度下进行破乳而释放出对蜡具有良好溶解性能的有机溶剂和油溶性表面活性剂，从而起到清蜡和防蜡的双重效果。乳液型清、防蜡剂具有油溶性清、防蜡剂溶蜡速度快的优点。由于这种清、防蜡剂其乳液的外相是水，因而又像水溶性清、防蜡剂那样使用安全，不易着火且相对密度较大。它的缺点是在制备和贮存时必须稳定，而到达井底后必须立即破乳，这就对乳化剂的选择和对井底破乳温度有着严格的要求，制备和使用时间条件要求较高，否则就起不到清防蜡作用。

制备乳液型清、防蜡剂常用的乳化剂为OP型表面活性剂，以及油酸、亚油酸和树脂酸的复合酯与三乙醇胺的混合物。

4.固体防蜡剂

固体防蜡剂主要由高分子聚乙烯、稳定剂和EVA(乙烯-醋酸乙烯酯聚合物)组成,它可以制成粒状,或混溶后在模具中压成一定形状(如蜂窝煤块状)的防蜡块，将其置于油井一定的温度区域或投入井底,在油井温度下逐步溶解而释放出药剂并溶于油中。作为防蜡剂用的聚乙烯要求相对分子量为5000~30000，最好在20000左右，相对密度为0.86~0.94，熔点在102~107℃之间，且结晶比较少，或非结晶型为宜。防蜡剂中的EVA，由于具有与蜡结构相似的(CH2-CH2)n链节，又具有一定数量的极性基团，它溶于原油中。当冷却时它与原油中的蜡产生共晶作用，然后通过伸展在外的极性基团抑制蜡晶的生长。而溶解在原油中的聚乙烯，当油温降低时，它会首先析出，成为随后析出的石蜡晶核，蜡的晶粒被吸附在聚乙烯的碳链上，由于空间障碍和栏隔作用也阻碍晶体的长大及聚集，并减少EVA与蜡晶体之间的粘结力，从而使油井的结蜡减少，达到防蜡的目的。

优点:作业一次防蜡周期较长(一般长达半年左右)，成本较低;

缺点:它对油品的针对性较强，其配方必须根据油井情况和原油析蜡点具体筛选。

含有多种成分的专利混合可生物降解的水基表面活性剂/湿润剂/乳化剂。是美国一家公司发明的一种拥有专利技术的、水基混合的无离子和阴离子表面活性剂，其中也添加了其它的添加剂以提供独特的性能，减少碳氢化合物。百索福产品配方经过专门优化，能够密封和乳化原油和碳氢化合物。通过形成胶团来乳化碳氢化合物，在一系列应用中都非常有效。它是一种无毒配方，不含CERCLA(环境保护赔偿责任法)所列明的有毒成分，100%可生物降解。已通过ABS(美国标准局)认证的气体抑制产品。百索福可以保持油中蜡块原有状态，使蜡块得以松动、 抑制结蜡现象。现场试验表明这种专利的表面活性剂配方比热油去除地层和采油设备上的石蜡积聚更有效、更安全、更便宜。不同于使用二甲苯基溶剂进行处理，百索福不但可以去除污泥和石蜡，而且同时抑制产生的气体，并且不会留下光滑的残留物，增加工人的安全性。

利用该表面活性剂技术处理烃会产生2种效果:

(1)可溶性增加(增溶性)

(2)界面张力降低(松动)。

其技术工作机理之一是降低界面张力，因此压降会导致无法"析出"石蜡，防止石蜡 (C-20 到 C-50)与油相结合的毛细作用力就会缩小。

用于清蜡的微生物主要有食蜡性微生物和食胶质和沥青质性微生物。油井清蜡的微生物其形状为长条螺旋状体长度为1~4μm，宽度为0.1~0.3μm。该类微生物能降低原油凝固点和含蜡量，以石蜡为食物。微生物注入油井后，它主动向石蜡方向游去，猎取食物，使蜡和沥青降解，微生物中的硫酸盐还原菌的增殖，产生表面活性剂，降低油水界面张力，同时微生物中的产气菌还可以生成溶于油的气体，如CO2、N2、H2，使原油膨胀降粘，由此达到清蜡的目的。