關(guān)于石油廢棄管道處置中固化技術(shù)的室內(nèi)研究

李媛珺

（西安石油大學(xué)，陜西西安 710065）

我國(guó)自1958年第一條原油管道建設(shè)以來(lái)，油氣管道的發(fā)展蒸蒸日上，“十二五”末我國(guó)陸上油氣管道將達(dá)到10×104km?，F(xiàn)階段我國(guó)石油管道行業(yè)普遍面臨石油管道老齡化和超期限使用問(wèn)題。油氣管道的廢棄是一個(gè)綜合性問(wèn)題，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究尚處于初級(jí)階段。廢棄方式的選擇應(yīng)基于詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估、管道企業(yè)的特殊關(guān)注以及不同技術(shù)和環(huán)境因素的考慮加以決策。典型的廢棄方式包括管道移除和就地廢棄。若選擇原地廢棄的方法，則必須經(jīng)過(guò)回收、固化等必要程序[1]。

我國(guó)新修訂的《安全生產(chǎn)法》與《環(huán)境保護(hù)法》對(duì)企業(yè)的安全生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)提出了更高要求。對(duì)原油長(zhǎng)輸管道廢棄處置工藝進(jìn)行深入研究，形成一套適合鄂爾多斯盆地地質(zhì)特征的廢棄管道處置的推薦做法與標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)隱患治理而言十分必要。

1 研究現(xiàn)狀

在經(jīng)過(guò)原油回收管道清洗后，當(dāng)管道途徑特殊地形（如穿越公路鐵路路段、經(jīng)過(guò)水域、地面占?jí)阂约肮艿缆裆钶^淺處），廢棄一段時(shí)間后安全隱患逐漸出現(xiàn)，易造成一系列安全事故（如地面沉陷、管道內(nèi)有害物質(zhì)泄漏等），因此需要進(jìn)行管道注漿處置，達(dá)到加固地基和排除安全隱患的目的。目前行業(yè)使用的注漿材料種類(lèi)繁多，常用材料有水泥、黏土及聚氨酯泡沫等。實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)管道周?chē)刭|(zhì)條件確定合適的材料，最常用的注漿方法是純壓力注漿法。然而，純壓力注漿單純依靠泵壓將漿液注入管道，注漿時(shí)需要在管道沿線設(shè)置排氣孔，該方式僅適合短距離（一次注漿距離1 km～2 km）、小口徑（外徑小于600 mm）管道的注漿，對(duì)于占?jí)壕嚯x長(zhǎng)或長(zhǎng)距離穿越環(huán)境敏感帶的管道注漿具有一定的局限性。

2 國(guó)內(nèi)外規(guī)范及法律

2.1 國(guó)內(nèi)

《報(bào)廢油氣管道處置技術(shù)規(guī)范（征求意見(jiàn)稿）》中關(guān)于注漿的要求如下。以下地形條件下的管段應(yīng)進(jìn)行注漿：以直埋（非定向鉆）方式穿公路、鐵路、水體等處的管段；建筑物占?jí)旱墓芏?；塌陷后?huì)引發(fā)嚴(yán)重后果區(qū)域的管段。外徑大于300 mm的管道必須做防塌陷注漿相關(guān)處理。注漿填充率應(yīng)通過(guò)管道填充度和結(jié)石率指標(biāo)的控制來(lái)保障，管道注漿最終填充率不小于93%。

《油氣管道管理與維護(hù)規(guī)程（Q/SYGD 0008-2011）》中關(guān)于廢棄管道封存的規(guī)定如下。廢棄管道切管必須采用機(jī)械切管方式；不能拆除的油管道應(yīng)在灌注水泥沙漿或膨潤(rùn)土后封存，也可采用氮?dú)夥獯妫粡U棄管道管口的處理按動(dòng)火相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2.2 國(guó)外

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《液體和漿體管道輸送系統(tǒng)（ASME B31.4-2012）》規(guī)定“管道兩端密封和惰性介質(zhì)充填、在管內(nèi)殘留物濃度足夠小時(shí)管道用加固漿體填充至少50%管容后可就地廢棄”。

英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《高壓氣體傳輸管道和相關(guān)設(shè)施（IGEM/TD/1/Ed.5-2010）》規(guī)定“合適條件下填充無(wú)害材料加固，特別是對(duì)處于穿越公路和鐵路或者地面沉降敏感區(qū)域的大口徑管道。但考慮實(shí)際條件和經(jīng)濟(jì)因素，注漿填充大口徑管道不現(xiàn)實(shí)的情況下，可充入氣體，并永久密封閥門(mén)和填充點(diǎn)，進(jìn)行必要的泄漏檢測(cè)，定期進(jìn)行壓力測(cè)試，必要時(shí)重新打壓”。

澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)《天然氣和液態(tài)石油管道（AS2885.3-1997）》第三部分“運(yùn)行操作與維護(hù)”規(guī)定：“注漿處置的過(guò)程為：施工準(zhǔn)備→設(shè)備安裝→原料運(yùn)輸→實(shí)施充填（伴隨實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)）→靜置固結(jié)→充填效果檢測(cè)”[2]。

3 實(shí)驗(yàn)室研究

3.1 實(shí)驗(yàn)思路

利用正交實(shí)驗(yàn)法、控制變量法進(jìn)行配方優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，通過(guò)改變添加劑種類(lèi)優(yōu)化配方以及進(jìn)行相關(guān)參數(shù)測(cè)定與漿液性能檢測(cè)，測(cè)試內(nèi)容包括析水率實(shí)驗(yàn)、黏度實(shí)驗(yàn)、凝結(jié)時(shí)間實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)等。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)分析

3.2.1 實(shí)驗(yàn)一 本組實(shí)驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)黃土和粉煤灰對(duì)漿液的影響，并選出最佳的黃土與粉煤灰比例（見(jiàn)表1）。

分析表1可以發(fā)現(xiàn)，與只加入黃土的原始漿液相比，加入粉煤灰后漿液黏度和析水率均明顯升高，密度相差不大。隨后調(diào)整黃土和粉煤灰的摻入質(zhì)量比，發(fā)現(xiàn)密度略有降低，漿液的析水率和黏度都升高，不利于水泥漿的凝結(jié)。最終確定黃土與粉煤灰的質(zhì)量比在5:1時(shí)，漿液的密度、強(qiáng)度、黏度、析水率和固結(jié)率等方面都可滿足施工要求。

表1 第一組漿液實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

3.2.2 實(shí)驗(yàn)二 本組實(shí)驗(yàn)是為了檢驗(yàn)水和水泥的添加量對(duì)于漿液的影響，并從中優(yōu)選出最合適的水灰比及最佳的水泥添加量（見(jiàn)表2）。

表2 第二組漿液實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表3 第三組漿液實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

分析表2可以發(fā)現(xiàn)，漿液的黏度和密度均隨水泥添加量的增加而增加，而析水率隨水泥添加量的增加而減小，固結(jié)率也隨之變好。當(dāng)增大水灰比時(shí)黏度和密度相應(yīng)減小，但是析水率增加，固結(jié)程度減小，凝結(jié)效果不好。考慮到經(jīng)濟(jì)性與施工要求，最后確定水灰比為4～5.97。

3.2.3 實(shí)驗(yàn)三 第三組實(shí)驗(yàn)觀察添加緩凝劑后對(duì)漿液凝結(jié)時(shí)間的影響，并確定最佳的緩凝劑添加量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及文獻(xiàn)資料可知緩凝劑添加量一般為0.02%～0.05%，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3）。

不添加緩凝劑時(shí)漿液固結(jié)程度最好，但是流動(dòng)性較差，初凝時(shí)間短，無(wú)法滿足長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)距離注漿的要求。緩凝劑添加量為2 g時(shí)初凝時(shí)間最長(zhǎng)，但是相對(duì)的其析水率過(guò)高，固結(jié)率較低，無(wú)法滿足施工要求。減少緩凝劑添加量，在漿液中添加0.4 g的緩凝劑時(shí)析水率為7.5%，固結(jié)率90.4%，同時(shí)密度黏度都較小，初凝時(shí)間為15 h，均能很好的滿足施工要求。再次降低緩凝劑的添加量，0.25 g時(shí)，初凝時(shí)間明顯縮短，不符合現(xiàn)場(chǎng)施工的要求。因此確定緩凝劑的最佳添加量為漿液總質(zhì)量的0.03%～0.05%。

3.3 配方對(duì)比

針對(duì)鄂爾多斯盆地的具體地質(zhì)特性，在參考原有配方的基礎(chǔ)上（見(jiàn)表4），實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了新的注漿配方研究和優(yōu)選實(shí)驗(yàn)。通過(guò)多組優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)新型注漿配比和材料升級(jí)（見(jiàn)表5）。

表4 參考水泥砂漿配比表

3.4 性能測(cè)試

實(shí)驗(yàn)中所用黃土為干燥粉狀黃土，顆粒級(jí)較?。êY孔尺寸：1.25 mm，標(biāo)準(zhǔn)目數(shù)：16目）。在使用較濕潤(rùn)黃土?xí)r對(duì)吸水率和漿液黏度以及固結(jié)程度都有所影響，在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)黃土的濕潤(rùn)程度調(diào)整用水量，用水質(zhì)量百分?jǐn)?shù)范圍在33.9%～37.4%（見(jiàn)表6）。

4 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)材料盡可能應(yīng)該滿足以下條件：黃土的濕度盡可能低，最好使用干燥黃土；黃土粒徑最好保持在2 mm左右；水泥選用325R；粉煤灰一級(jí)（二級(jí)），含水量不高于0.5%；緩凝劑為葡萄糖酸鈉，含量不小于99%。

新的實(shí)驗(yàn)室配方調(diào)整了配比，加入了黃土作為原料、減少了水泥用量、去除了壺口凈沙的使用，從泵入壓力的要求、漿液黏度、剪切速率和經(jīng)濟(jì)性等多個(gè)參數(shù)方面都優(yōu)于原始配方，在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不變的情況下，是一種更適用于鄂爾多斯盆地內(nèi)廢棄管道的注漿配方。

表5 實(shí)驗(yàn)室注漿配比表

表6 漿液性能及優(yōu)選結(jié)果

不粘輪乳化瀝青亮相京城

截至9月20日，中國(guó)石油燃料油公司與北京市政路橋集團(tuán)公司合作研發(fā)和生產(chǎn)的不粘輪乳化瀝青，成功應(yīng)用于首都東鐵營(yíng)橋和劉家窯橋橋面大修工程項(xiàng)目，鋪筑面積超過(guò)2 000平方米。此產(chǎn)品的成功開(kāi)發(fā)，不但填補(bǔ)中國(guó)石油空白，而且創(chuàng)特種瀝青產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、中試和工程應(yīng)用周期最短紀(jì)錄。

不粘輪乳化瀝青又稱強(qiáng)粘結(jié)力改性乳化瀝青，是一種新型道路用乳化瀝青產(chǎn)品，具有固化后粘結(jié)力強(qiáng)、抗剪切能力強(qiáng)等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)此類(lèi)產(chǎn)品的研發(fā)起步較晚，市場(chǎng)需求量較大。研究院經(jīng)過(guò)近一年艱苦攻關(guān)，形成不粘輪乳化瀝青最佳制備工藝，并完成了工業(yè)化生產(chǎn)。

此產(chǎn)品可用于普通路況的粘層和下封層，也可用于對(duì)層間粘結(jié)強(qiáng)度要求較高的路況，如超薄磨耗層與原路面層間粘結(jié)、重載路段和長(zhǎng)大縱坡路段層間粘結(jié)、橋面鋪裝層與橋面板之間粘結(jié)等。

據(jù)悉，這一產(chǎn)品各項(xiàng)性能滿足交通部《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，并且破乳固化成型后粘結(jié)強(qiáng)度大，抗剪能力強(qiáng)，不粘附車(chē)輪；破乳快速，噴灑后20分鐘即可破乳固化成型，應(yīng)用效果良好，可為客戶大幅度提高施工效率，改善粘層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用性能，受到客戶好評(píng)。

（摘自中國(guó)石油報(bào)第7187期）