应用注浆固化技术无害化处理废弃管道实践
2022-04-07
某废弃原油管道长34.56 km，管径159 mm , 壁厚5.6 mm，设计压力9 MPa，于2005年停运并充氮气封堵。该段管道大多敷设于河流之中，环保压力较大。2019年9月5日，发现该管道途经某河道内有原油渗漏，经排查为管体腐蚀泄漏，为防止污染扩大，立即对河流进行改道并进行围堵、清理和回收。由于废弃管道位于河道护坡和水坝基础之间河床下，埋深10 m，腐蚀情况不明无法测量，且此处市政排水管网密集不宜开挖拆除。企业结合废弃管道实际情况，采用注浆固化技术进行了无害化处置，取得了较好效果。
1 国内外废弃管道处理方式
1.1 国外管道废弃方式
（1）加拿大。加拿大能源管道协会于2007年发布了《管道废弃原则》和CSA Z662―2007《油气管道系统》标准，就废弃管道的吹扫、清洗、加盖封堵、灌浆和拆除提出了明确规定。目前所采用的管道废弃方法主要有就地废弃、加盖封堵、灌浆和拆除。（2）美国。ASME B31.4―2012《液体和浆体管道输送系统》规定了就地废弃管道的要求。ASME B31.8―2014《输气和配气管道系统》进一步规定了各管道企业必须制定废弃管道的维护计划。目前美国多数管道企业采取就地废弃管道的方式，但需提前告知公众，当辐射量超过可接受水平时必须进行拆除。（3）英国。BS PD 8010―1―2004《管道实用规程第一部分：陆上管道》规定无法确保安全的管道不得就地废弃，必须拆除，包括地下900 mm深范围内的地面管道附属设施全部移除。（4）泰国。采用就地废弃、拆除和再利用的方式，并明确规定了废弃管道清洗清洁度指标。（5）科威特。规范了管道拆除方法，如规定将管道排空后每隔12 m切割成一段，同时拆除管道阀门、固定支墩、阴极保护等附属设施。对于不能拆除的管道就地废弃，但必须封堵盲板、设置标识牌和防撞设施等。
1.2 国内管道废弃方式
我国目前尚未制定废弃管道无害化处置的国家和行业标准。就地废弃存在安全隐患，可能造成二次污染，而拆除方式工程量大、成本高。国内管道企业现多采取就地废弃方式，根据所处环境不同采用清洗、吹扫、氮气置换以及注入泥浆、水泥浆或水泥砂浆等方式进行处理。
2 注浆固化技术与施工工艺
2.1 注浆固化技术
注浆固化技术是将胶结材料按一定比例配制成浆液，将其注入需要固化的管道、地层、岩层和溶洞等裂缝、空隙和容器中，浆液凝结硬化后起到防渗、堵漏和加固等作用。常用的注浆方法有硅化法、碱液法、高分子化学注浆法和水泥注浆法。水泥注浆固化技术具有成本低、施工工艺简单、易操作、黏结性好、无污染和耐老化等优势，故选用该技术实施废弃管道无害化处置。
2.2 施工准备工作
（1）作业坑开挖。从管道起始位置开始，约每公里开挖一个注浆位置，使用PCM检测仪探明管道位置和埋深，标记管道中心线位置。采用人工和机械相结合方式开挖，并采用地下连续墙法进行支护，防止土方坍塌。（2）管道开孔。利用冷切割方法将注浆位置管段断开，两端分别焊接（焊接和无损检测执行相关标准）盲板和法兰，安装阀门后使用打孔机在每段注浆管段末端开孔并安装排气阀门。
2.3 管道疏通清洗
管道残留物清洗是管道废弃处置过程中必不可少的一个环节。由于管道停运多年，管道内可能发生原油聚集、堵塞和腐蚀，需注清水进行管道疏通和清洗，压力不超过2 MPa。
2.4 注浆工艺
（1）注浆设备选择。注浆设备采用油田40-17型固井水泥灰罐车，该注浆车压力易控、排量可调、计量准确，最高压力40 MPa，排量1.7 m³/min。（2）注浆材料配备。浆液应具有一定流动性，凝固时间必须小于连续作业时间，且具有永固性好、稳定性好、抗压性强和环保无污染的特性。注浆材料选用耀县G级高抗油井水泥，密度1.85 g/cm³，稠化时间大于75 min，45℃下抗压强度大于10 MPa。（3）注浆过程。由于注浆管道里程较短，采取分段注浆的方法。综合考虑填充物密度、流动性、稠化时间和承压能力，以及管道敷设区域地形地貌和地面建筑，采用纯压力的方法每公里进行一次注浆固化处置，中间不进行补浆。使用高压软管将废弃管道与注浆车相连，然后启动注浆车，压力控制在0.4 MPa以内将浆液泵入管道内，连续作业直至另一端有浆液流出，最后关闭阀门候凝。（4）填充度检验。注浆结束48 h后，根据地形特征选取一段注浆管道，在两端和中间位置进行填充度检验，浆体固化填充率均在98%以上。
2.5 管道封堵和回填
注浆工作全部结束后拆除注浆管段法兰、阀门，对排气孔和注浆口进行焊接封堵，然后原位回填。
