關于石油廢棄管道處置中固化技術的室內研究

李媛珺

（西安石油大學，陜西西安 710065）

我國自1958年第一條原油管道建設以來，油氣管道的發展蒸蒸日上，“十二五”末我國陸上油氣管道將達到10×104km?，F階段我國石油管道行業普遍面臨石油管道老齡化和超期限使用問題。油氣管道的廢棄是一個綜合性問題，國內相關研究尚處于初級階段。廢棄方式的選擇應基于詳細的現場評估、管道企業的特殊關注以及不同技術和環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，則必須經過回收、固化等必要程序[1]。

我國新修訂的《安全生產法》與《環境保護法》對企業的安全生產與環境保護提出了更高要求。對原油長輸管道廢棄處置工藝進行深入研究，形成一套適合鄂爾多斯盆地地質特征的廢棄管道處置的推薦做法與標準體系，對隱患治理而言十分必要。

1 研究現狀

在經過原油回收管道清洗后，當管道途徑特殊地形（如穿越公路鐵路路段、經過水域、地面占壓以及管道埋深較淺處），廢棄一段時間后安全隱患逐漸出現，易造成一系列安全事故（如地面沉陷、管道內有害物質泄漏等），因此需要進行管道注漿處置，達到加固地基和排除安全隱患的目的。目前行業使用的注漿材料種類繁多，常用材料有水泥、黏土及聚氨酯泡沫等。實際工程應用中應根據管道周圍地質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，注漿時需要在管道沿線設置排氣孔，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，對于占壓距離長或長距離穿越環境敏感帶的管道注漿具有一定的局限性。

2 國內外規范及法律

2.1 國內

《報廢油氣管道處置技術規范（征求意見稿）》中關于注漿的要求如下。以下地形條件下的管段應進行注漿：以直埋（非定向鉆）方式穿公路、鐵路、水體等處的管段；建筑物占壓的管段；塌陷后會引發嚴重后果區域的管段。外徑大于300 mm的管道必須做防塌陷注漿相關處理。注漿填充率應通過管道填充度和結石率指標的控制來保障，管道注漿最終填充率不小于93%。

《油氣管道管理與維護規程（Q/SYGD 0008-2011）》中關于廢棄管道封存的規定如下。廢棄管道切管必須采用機械切管方式；不能拆除的油管道應在灌注水泥沙漿或膨潤土后封存，也可采用氮氣封存；廢棄管道管口的處理按動火相關標準執行。

2.2 國外

美國標準《液體和漿體管道輸送系統（ASME B31.4-2012）》規定“管道兩端密封和惰性介質充填、在管內殘留物濃度足夠小時管道用加固漿體填充至少50%管容后可就地廢棄”。

英國標準《高壓氣體傳輸管道和相關設施（IGEM/TD/1/Ed.5-2010）》規定“合適條件下填充無害材料加固，特別是對處于穿越公路和鐵路或者地面沉降敏感區域的大口徑管道。但考慮實際條件和經濟因素，注漿填充大口徑管道不現實的情況下，可充入氣體，并永久密封閥門和填充點，進行必要的泄漏檢測，定期進行壓力測試，必要時重新打壓”。

澳大利亞標準《天然氣和液態石油管道（AS2885.3-1997）》第三部分“運行操作與維護”規定：“注漿處置的過程為：施工準備→設備安裝→原料運輸→實施充填（伴隨實時監測）→靜置固結→充填效果檢測”[2]。

3 實驗室研究

3.1 實驗思路

利用正交實驗法、控制變量法進行配方優選實驗，通過改變添加劑種類優化配方以及進行相關參數測定與漿液性能檢測，測試內容包括析水率實驗、黏度實驗、凝結時間實驗、強度實驗等。

3.2 實驗過程及數據分析

3.2.1 實驗一 本組實驗的目的是檢驗黃土和粉煤灰對漿液的影響，并選出最佳的黃土與粉煤灰比例（見表1）。

分析表1可以發現，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。隨后調整黃土和粉煤灰的摻入質量比，發現密度略有降低，漿液的析水率和黏度都升高，不利于水泥漿的凝結。最終確定黃土與粉煤灰的質量比在5:1時，漿液的密度、強度、黏度、析水率和固結率等方面都可滿足施工要求。

表1 第一組漿液實驗數據表

3.2.2 實驗二 本組實驗是為了檢驗水和水泥的添加量對于漿液的影響，并從中優選出最合適的水灰比及最佳的水泥添加量（見表2）。

表2 第二組漿液實驗數據表

表3 第三組漿液實驗數據表

分析表2可以發現，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，固結率也隨之變好。當增大水灰比時黏度和密度相應減小，但是析水率增加，固結程度減小，凝結效果不好?？紤]到經濟性與施工要求，最后確定水灰比為4～5.97。

3.2.3 實驗三 第三組實驗觀察添加緩凝劑后對漿液凝結時間的影響，并確定最佳的緩凝劑添加量。根據經驗以及文獻資料可知緩凝劑添加量一般為0.02%～0.05%，具體實驗數據（見表3）。

不添加緩凝劑時漿液固結程度最好，但是流動性較差，初凝時間短，無法滿足長時間長距離注漿的要求。緩凝劑添加量為2 g時初凝時間最長，但是相對的其析水率過高，固結率較低，無法滿足施工要求。減少緩凝劑添加量，在漿液中添加0.4 g的緩凝劑時析水率為7.5%，固結率90.4%，同時密度黏度都較小，初凝時間為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，初凝時間明顯縮短，不符合現場施工的要求。因此確定緩凝劑的最佳添加量為漿液總質量的0.03%～0.05%。

3.3 配方對比

針對鄂爾多斯盆地的具體地質特性，在參考原有配方的基礎上（見表4），實驗室進行了新的注漿配方研究和優選實驗。通過多組優選實驗，最終實現新型注漿配比和材料升級（見表5）。

表4 參考水泥砂漿配比表

3.4 性能測試

實驗中所用黃土為干燥粉狀黃土，顆粒級較?。êY孔尺寸：1.25 mm，標準目數：16目）。在使用較濕潤黃土時對吸水率和漿液黏度以及固結程度都有所影響，在現場根據黃土的濕潤程度調整用水量，用水質量百分數范圍在33.9%～37.4%（見表6）。

4 結論

根據實驗室研究，在現場施工時材料盡可能應該滿足以下條件：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（二級），含水量不高于0.5%；緩凝劑為葡萄糖酸鈉，含量不小于99%。

新的實驗室配方調整了配比，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、剪切速率和經濟性等多個參數方面都優于原始配方，在現場環境不變的情況下，是一種更適用于鄂爾多斯盆地內廢棄管道的注漿配方。

表5 實驗室注漿配比表

表6 漿液性能及優選結果

不粘輪乳化瀝青亮相京城

截至9月20日，中國石油燃料油公司與北京市政路橋集團公司合作研發和生產的不粘輪乳化瀝青，成功應用于首都東鐵營橋和劉家窯橋橋面大修工程項目，鋪筑面積超過2 000平方米。此產品的成功開發，不但填補中國石油空白，而且創特種瀝青產品研發、生產、中試和工程應用周期最短紀錄。

不粘輪乳化瀝青又稱強粘結力改性乳化瀝青，是一種新型道路用乳化瀝青產品，具有固化后粘結力強、抗剪切能力強等特點。國內此類產品的研發起步較晚，市場需求量較大。研究院經過近一年艱苦攻關，形成不粘輪乳化瀝青最佳制備工藝，并完成了工業化生產。

此產品可用于普通路況的粘層和下封層，也可用于對層間粘結強度要求較高的路況，如超薄磨耗層與原路面層間粘結、重載路段和長大縱坡路段層間粘結、橋面鋪裝層與橋面板之間粘結等。

據悉，這一產品各項性能滿足交通部《公路瀝青路面施工技術規范》中各項技術指標要求，并且破乳固化成型后粘結強度大，抗剪能力強，不粘附車輪；破乳快速，噴灑后20分鐘即可破乳固化成型，應用效果良好，可為客戶大幅度提高施工效率，改善粘層結構的應用性能，受到客戶好評。

（摘自中國石油報第7187期）