废弃油气管道注浆填充试验及分析

Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ

２０１９　Ｎｏ􀆰１　

废弃油气管道注浆填充试验及分析

（１．中国石油管道科技研究中心，河北廊坊　０６５０００；２．中国石油管道分公司，河北廊坊　０６５０００；

３．中石油山东输油有限公司，山东日照　２７６８９９）

徐华天１，康叶伟１，王洪涛２，郑天龙３

　　摘要：通过东北某废弃原油管道的注浆填充试验，分析了注浆材料成分、注浆设备和注浆工艺等因素在大口径、长距离的废弃管道注浆工程中的适用性，提出了针对管道注浆工程特点的改进措施，为废弃管道注浆技术大规模应用提供参考。

关键词：废弃管道；注浆工艺；注浆材料；注浆设备

中图分类号：ＴＥ８　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００４－９６１４（２０１９）０１－００５９－０４

ＦｉｌｌｉｎｇＴｅｓｔａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＧｒｏｕｔｉｎｇｉｎＡｂａｎｄｏｎｅｄＯｉｌａｎｄＧａｓＰｉｐｅｌｉｎｅｓ

ＸＵＨｕａ⁃ｔｉａｎ１，ＫＡＮＧＹｅ⁃ｗｅｉ１，ＷＡＮＧＨｏｎｇ⁃ｔａｏ２，ＺＨＥＮＧＴｉａｎ⁃ｌｏｎｇ３

（１．ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａＰｉｐｅｌｉｎｅＲ＆ＤＣｅｎｔｅｒ，Ｌａｎｇｆａｎｇ０６５０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａＰｉｐｅｌｉｎｅＣｏｍｐａｎｙ，Ｌａｎｇｆａｎｇ０６５０００，Ｃｈｉｎａ；

３．ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａＳｈａｎｄｏｎｇＯｉｌＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｒｉｚｈａｏ２７６８９９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｒｏｕｇｈｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｆｉｌｌｉｎｇｔｅｓｔｏｆａｎａｂａｎｄｏｎｅｄｃｒｕｄｅｏｉｌｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎＮｏｒｔｈｅａｓｔＣｈｉｎａ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆｇｒｏｕ⁃ｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｇｒｏｕｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｏｆｌａｒｇｅ⁃ｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｌｏｎｇ⁃ｄｉｓｔａｎｃｅａｂａｎ⁃ｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｌａｒｇｅ⁃ｓｃａｌｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒａｂａｎｄｏｎｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｂａｎｄｏｎｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｓ；ｇｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ；ｇｒｏｕｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ；ｇｒｏｕｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ

ｄｏｎｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｌｕｒｒｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｗｈｉｃｈ

０　引言

油气管道的废弃是管道全生命周期管理的重要组成部分［１］。对于大口径的原位废弃的油气管道来说，穿越公路、铁路的管段会随着时间推移而腐蚀并最终坍塌，这可能造成土地沉陷继而毁坏与其相交的公路、铁路等公共设施［２］，并且管道与水域（溪流、河流、湿地或者湖泊）穿越段的原位废弃会存在潜在的环境威胁，比如环境污染。因此，对于大口径管道在公路、铁路和生态敏感区域的穿越段，最好的废弃处理方式是原位弃置

［３］

注浆工程都需要进行相关技术改进［５］，针对废弃管道注浆工程开展相关方面的试验非常必要。

通过注浆材料现场配比试验与现场灌注试验的综合研究，取得填充浆体的特征参数，包括初凝时间、终凝时间、流动性、收缩率（或填充度）等，以及满足管道填充条件下的填充浆体成分最佳配比，并且通过现场灌注试验，取得灌注工艺相关设备、机具、材料等的最佳组合及工艺参数。１　填充材料制备

针对废弃管道口径大、距离长的特点，要求注浆填充材料具有如下特点：来源丰富，价格低；配制方便，操作简单；无毒、无臭，不污染环境，对人体无害；不与油品和管道发生反应，不明显放热，属非易燃易爆物品；稳定性好，能长期耐酸、碱、盐、生物细菌等腐蚀，并且不易受温度、湿度变化的影响；浆液是悬浊液，要求浆液黏度低，流动性好；凝固后具有一定的强度；固化时无明显收缩现象，需要保证浆体能充填完全，并尽量减少浆体的工后收缩，管内充填物的充盈度要达到９０％以上。

水泥浆）填满管道，至少填满管道关键部分（例如跨水点、铁路正下方），以防止穿越段土地沉降产生危害

［４］

，并且使用可固化的材料（例如

然而，废弃管道注浆与传统建筑或者桥梁等工程的注浆有所不同，对于大口径、长距离的废弃管道来说，注浆材料、注浆设备以及注浆工艺等相对于传统

基金项目：中国石油天然气集团公司研究课题（２０１４Ｂ－３４１５－０５０４）

收稿日期：２０１８－０４－２５

。

１．１　水泥浆基体制备

　　６０ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ

表１　缓凝剂加入量设计配比表

　　加入量／％

　００．０４０．０８０．１２０．１６０．１８

初凝时间／ｈ

４．２６．５１５．２２５．５２６．０９．１

Ｊａｎ􀆰２０１９　

终凝时间／ｄ

０．８０．９１．５２．２３．５４．０

研究改性水泥浆体填充材料时充分考虑了废弃管道注浆填充的要求，根据管道填充功能特性以及在浆体填充过程中的施工特性配制相应浓度的水泥浆体。

在注浆现场建立填充材料配比简易实验室，现场配比试验采用正交试验法，以确定满足现场灌注试验基本工艺性能的最佳填充浆体材料的成分配比。试验初步采用水灰比为１：２的水泥浆体，并通过正交试从表１可以看出，随着缓凝剂加入量增大，浆液的验法确定各添加剂的掺入量。

通过正交试验法确定各组试验的最优成分配比，综合配制后，测定浆体流动性、初凝时间、终凝时间、体积膨胀率，并结合试验进行成分调整，现场配比试验严格按照《水泥混凝土拌合物试验操作规程》进行操作，试验照片如图１、图２所示。

图１　搅拌后的试样桶

图２　试样烘干过程

１．２　缓凝剂加入量试验

缓凝剂主要用来延迟水泥浆水化反应，延长浆体稠化时间。由于废弃管道注浆距离特别长，注浆量特别大，所以需要延长水泥浆的稠化时间，降低浆体前进的阻力。

针对废弃管道注浆的特点，在实验室开展缓凝剂加入量与浆液初凝时间、终凝时间的关系试验，如表１所示。

初凝时间不断延长，当缓凝剂加入量达到浆体的０．１８％为４ｄ时后，，浆液的初凝时间能够推迟到因此能够满足废弃管道注浆工程要求２６ｈ，终凝时间。１．３　减水剂加入量试验

混凝土减水剂的主要作用包括：在不增加单位用水量的情况下，显著改善混凝土的流变性能；在保持一定坍落度情况下，降低水胶比，提高混凝土的强度；在满足一定强度情况下，减少水泥用量，降低生产成本，并可改善混凝土拌合物的可泵性，提高混凝土的施工性能。所以为了在浆液成分配比最优的情况下提高混凝土的流变性能，考虑在浆液里添加减水剂。

按表２和表３设计减水剂配比加入浆液，测定流动性、初凝时间，以及浆液与减水剂加入量的关系。根据试验具体情况，采用简易试验，对流动性测试坡率设为３％。

表２　减水剂加入量设计配比表

加入量／％初凝时间／ｈ加入量／％初凝时间／ｈ０　０．４４．８５．２１．２５．６０．８５．５１．６２．０６．０６．２表３　加入减水剂后水灰比与流动性对照表

减水剂流动性／ｍｍ加入量

水灰比水灰比水灰比水灰比水灰比０　

／％

１：１．５６０２１：１．７５１：２６５７５５０５６５３０６１：２．２５１：２．５０．４３２０１５０１２１０．８１．２１７０３

６５０５０６１６０１３０１．６

１２０１２５０１０２０９５４

８８０２３０９２０

３５１１６３３６０

１８０１８５

经过数据对比分析，当减水剂加入量为１．２％，水灰比为１：２时，流动性较好，且考虑到浆液泌水性，综合分析后，选定减水剂加入量为１．２％、水灰比为１：２的水泥浆液。

１．４　浆液综合评价

　第１期徐华天等：废弃油气管道注浆填充试验及分析

　６１　

的物质输送困难、风险大，因此不适用于管道注浆填充灌注。而目前市场上柱塞式泵往往是针对较高压力使用条件下开发的，具有高压力、小流量的特点，对于管道填充这种高压力、大流量特点的工程不太适合，因此在后期实施过程中，应订制大流量（３０～５０３　现场注浆填充试验３．１　试验基本概况

本次试验地点选择位于东北某市近郊的一段ｍ３／ｈ）、高压力（不小于５ＭＰａ）的柱塞泵。

经过水泥浆体基本配合比试验、缓凝剂加入量正交试验、减水剂加入量正交试验、综合配比试验，最终确定灌注的“改性水泥浆体”的配比为：

水：水泥：缓凝剂：减水剂：悬浮剂＝１：２：（０．０２～０．０３）：（０．０２～０．０３）：０．００５

该配比浆体流动性好，离析时间大于０．５ｈ，初凝

时间大于２４ｈ，终凝时间大于７２ｈ，泌水量占总体积的１０％，２８ｄ后强度大于５ＭＰａ，满足本次现场灌注试验要求。

根据现场配比试验采集的数据，综合分析本次配比试验，得出如下结论：

水泥的水化硬化时间（１）缓凝剂对水泥浆体的作用明显，使水泥浆能在较长时间内保持，可有效延长

塑性，可根据添加量的不同调节不同的凝结时间。水泥用量不变条件下（２）减水剂对水泥浆体的作用明显，能明显减少拌合用水量，在和易性及；或在流动性不变条件下，可以有效减少用水量。对于本次试验，掺入减水剂的作用明显，几乎不影响初凝时间。对比试验结果表明，减水剂能在一定程度上减少用水量。

２　注浆填充设备

废弃管道填充具有注浆量大、浆体浓度高等特点，这就要求压力泵及配套设施具有一定的泵送压力，但目前适合的机械及配套设备在建机市场上基本没有定型设备，本次试验所选用的设备均经过改造，因此，在以后的工业化实施过程中，需要订购相关设备。同时，由于该类机械的功能改进易于实现，所以废弃管道填充在设备方面不存在障碍。

通过本次试验，对以后填充设备改进方面应注意以下几点：

是针对混凝土或砂浆搅拌进行开发的（１）制浆设备：目前市场上的大型搅拌设备主要，而对于液态的水泥浆体搅拌只存在小型的搅拌设备，生产率低，效率仅达到２～３ｍ３制浆量要求，因此／，ｈ，从以后管道注浆工业化实施的角不能满足对废弃管道进行填充的度来看，需订制３０～５０ｍ３设备。

／ｈ的专用水泥浆体搅拌离心式（２）、螺旋式灌注设备、齿轮式：目前市场上的泵类设备主要包括、柱塞式，其中适合水泥浆体泵送的为离心式、柱塞式。离心式泵流量较大，但在背压较高的情况下流量下降较剧烈，且对于黏度较大

１６矮山地丘陵ｋｍ的原油管道。试验点外围交通便利，试验点区域地形较平缓，但场内需新建临，局部有低时道路约１００ｍ。注浆填充试验施工用电不便，配置了２台８５ｋＷ柴油发电机供电。现场施工用水使用取水泵就近取水送至施工点。

试验管段为已经停止输油的原油管道，外径为４０６填充材料灌注ｍｍ，长度约，各取２ｋｍ。１ｋｍ根据试验要求作为试验管段，分别采用两种，从管道中间位置截断成２个１ｋｍ的独立试验管段，在管道中间位置设置２个注浆口，分别向两端试验管段注入浆体。

在试验前期需对原有管道进行处理，以满足管道灌注试验要求，首先截断管道使试验管段独立出来，截断管道共计３处，各取管长２ｋｍ；在管道顶部管壁开孔，距离截断口３０ｃｍ的位置开孔，孔径１００ｍｍ，共计２处，作为灌注孔和排浆孔；在管道每隔２００ｍ左右开设观察及出气孔１个，共计８个。在灌注管和排浆管安装ＤＮ１００阀门，共计２个；在观察孔安装ＤＮ５０阀门，共计８个。管道端面使用盲板焊接，如图３所示。图３　废弃管道注浆填充示意图

３．２　填充工艺及结果

本次试验主要包括制浆及灌注两道工序，具体填充流程如图４所示。

本次试验采用４台搅拌机进行制浆，使用可调速泥浆泵（２～１５ｍ３进行注浆，灌注过程顺利／ｈ，工作压力，１７ｈ后２．５，管道末端出气孔开

～７．５ＭＰａ）对管道始反出清水，继续灌注１ｈ后停止灌浆，并关闭进口阀门。本次试验共灌注浆体约１４０ｍ３ＭＰａ，对进口及４００ｍ处阀门打开检验，，最大泵压结果是浆体已０．１５　　

　　６２ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ

Ｊａｎ􀆰２０１９　

开发大型制浆搅拌设备和大流量、高压力的柱塞式灌浆泵；对于废弃管道的注浆填充工艺，为了提高废弃管道的注浆效率和注浆距离，可以将纯压力注浆与真空辅助注浆相结合使用。

参考文献：

图４　现场注浆试验流程图

［１］　ＣａｎａｄａＰｉｐｅｌｉｎｅＡｂａｎｄｏｎｍｅｎｔＳｔｅｅｒｉｎｇＣｏｍｍｉｔｔｅｅ．Ｐｉｐｅｌｉｎｅ

ａｂａｎｄｏｎｍｅｎｔ⁃Ａｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｐａｐｅｒｏｎｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄｅｎｖｉｒｏｎ⁃ｏｎｅ．ｇｃ．ｃａ／ｃｌｆ⁃ｎｓｉ／ｒｓｆｔｙｎｄｔｈｎｖｒｎｍｎｔ／ｓｆｔｙ／ｒｆｒｎｃｍｔｒｌ／ｐｐｌｎｂｎｄ⁃［２］　ＣａｎａｄｉａｎＥｎｅｒｇｙＰｉｐｅｌｉｎｅＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＣＥＰＡ）．Ｐｉｐｅｌｉｎｅａｂａｎ⁃

ｎｍｎｔｔｃｈｎｃｌｎｖｒｎｍｎｔｌ⁃ｅｎｇ．ｈｔｍｌ．

ｍｅｎｔａｌｉｓｓｕｅｓ［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１８－０４－３０］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｅｂ⁃

完全充满管道，泌水深度小于３ｃｍ，完全达到本次试验的目的。

通过本次试验，发现在废弃管道注浆填充工艺上应注意以下几点：

点，以利于排除胶凝材料的泌水，保证充填质量；

（１）灌注点宜选择在整个灌注管道段的相对低（２）灌注过程应连续，以避免浆体离析堵塞灌注

ｄｏｎｍｅｎｔａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｓ⁃Ｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ［２０１８－０４－３０］．ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｃｓ．ｎｅｂ⁃ｏｎｅ．ｇｃ．ｃａ／ｌｌ⁃ｅｎｇ／ｌｌｉｓａｐｉ．ｄｌｌ／

ｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅａｂａｎｄｏｎｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ［ＥＢ／ＯＬ］．ｆｅｔｃｈ／２０００／９０４６３／５０１４７３／５０１４８８／５０１１９８／５１５１０３／Ａ１Ｆ２Ｚ４＿⁃＿ＴＮＳｎｏｄｅｉｄ＝５１５１０４＆ｖｅｒｎｕｍ＝０＆ｒｅｄｉｒｅｃｔ＝３．

通道，造成启动压力过大，因此应至少备份１台灌注设备，可随时交替启动；避免泌水量过大。４　结束语

可用于对废弃管道进行填充的材料较多，本次试验所采用的改性水泥浆体由于水泥胶凝特性的影响，在充填材料中属于对工艺要求较苛刻的一种材料，需保证良好的流动性及凝固特性，本次现场灌注试验表明对废弃管道进行充填是完全可行的，且在充填材料选择方面，可根据区域材料的多样性及成本进行合理选择，如膨润土浆、发泡水泥浆或者化学发泡材料等。

针对废弃管道制浆量大、浆体浓度高的特点，应（上接第５８页）

（３）在土体沿管道轴向移动作用下，最大应力位于三通的根部；在土体水平横向移动作用下，在三通根部和三通管件与直管道交接处附近存在非常大的应力集中，最大应力位于三通根部。

因此，导致管道失效断裂的原因为管道周围土体移动或沉降。

参考文献：

［１］　王春雪，吕淑然．城市燃气管道泄漏致灾混合概率风险评

估研究［Ｊ］．中国安全科学学报，２０１６，２６（１２）：１４６－１５１．［２］　马庆春，张博．基于ＡＬＯＨＡ的城市燃气管道泄漏火灾爆［３］　於孝春，贾朋美，张兴．基于模糊Ｂｏｗ－ｔｉｅ模型的城镇燃气［４］　王文和，易俊，沈士明．基于风险的城市埋地燃气管道安

炸影响区域的数值模拟［Ｊ］．安全与环境工程，２０１６，２３（２）：７５－７９．

＿Ｔｅｃｈ＿Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ＿ｏｎ＿Ａｂａｎｄｏｎｍｅｎｔ＿（ｒ１２）＿Ａｐｒｉｌ＿１０＿０７＿ＪＫＫ．ｐｄｆ？［３］　解明洋，李斌，崔蕾，等．陆上油气管道弃置方案选择依据［４］　ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｈａｉｌａｎｄ．Ｏｎｓｈｏｒｅｐｉｐｅｌｉｎｅｓｄｅｃｏｍ⁃

ｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇｇｕｉｄｅｌｉｎｅ［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１８－０４－３０］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｔｉｔ．ｏｒｇ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｗｅｂｄｅｃｏｍ／Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ％２０Ｆ％２０２０Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ）．ｐｄｆ．

（Ｄｒａｆｔ％２０Ｏｎｓｈｏｒｅ％２０Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ％２０Ｄｅｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ％［Ｊ］．油气储运，２０１４，３３（８）：８２５－８２８．

（３）制浆工艺过程中应严格控制水的加入量，以

［５］　张景秀．坝基防渗与灌浆技术［Ｍ］．２版．北京：中国水利

水电出版社，２００２．

作者简介：徐华天（１９８６—），工程师，硕士，主要从事管道腐蚀

控制与安全评价技术的研究工作。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｕｈｕａｔｉａｎ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ

全评价模型及应用［Ｊ］．中国安全生产科学技术，２０１０，６（３）：１６３－１６６．

［５］　高建，王德国，何仁洋，等．基于ＡＮＳＹＳ的悬索跨越管道

地震时程响应分析［Ｊ］．西南石油大学学报（自然科学版），２０１０，３２（１）：１５５－１５９．

［６］　康习锋，张宏．基于ＡＮＳＹＳ的管道屈曲临界载荷分析

［Ｊ］．油气储运，２０１７，３６（３）：２６２－２６６．

［７］　高文学，李建勋，王启，等．故障树分析法在城市燃气管道

安全评价的应用［Ｊ］．煤气与热力，２００９，２９（１２）：８２－８８．［８］　张文艳，姚安林，李又绿，等．埋地燃气管道风险程度的多层

次模糊评价方法［Ｊ］．中国安全科学学报，２００６（８）：３２－３６．［９］　ＩｎｄｉａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＫａｎｐｕｒ．Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓｆｏｒｓｅｉｓｍｉｃ

ｄｅｓｉｇｎｏｆｂｕｒｉｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｓ：Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｓｗｉｔｈｃｏｍｍｅｎｔａｒｙａｎｄｅｘｐｌａｎａｔｏｒｙｅｘｍｐｌｅｓ：ＩＩＴＫ⁃ＧＳＤＭＡ—２００７［Ｓ］．Ｋａｎｐｕｒ：ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＥａｒｔｈｑｕａｋｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７：１９－３０．

作者简介：齐晓琳（１９７１—），工程师，从事于城镇燃气生产运营

工作。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｑｉｘｌ＠ｂｊｇａｓ．ｃｏｍ

管道泄漏定量风险评价［Ｊ］．天然气工业，２０１３，３３（７）：１３４－１３９．