風送擠涂法聚合物水泥砂漿襯里材料簡介及應用

張超（中國石化西北油田分公司 新疆 輪臺 841604）

一、概述

最近幾年，用水泥砂漿襯里來對國內外油田企業集輸管線進行內防腐或修復內腐蝕嚴重的管線漸漸成為主流。這種做法具有無公害、無毒、易施工、造價低、壽命長等優點。在現場通過風送擠涂法施工，無需建廠，施工簡便、快捷，并且可以使得襯里表面光滑并且無補口。但其中也存在著一定的缺點，比如此工藝施工的水泥砂漿的內部結構不均勻，可能存在上薄下厚、漏涂、漏鐵、起皮剝落等質量問題。特別是管徑超過Ф150的管道以上問題凸顯的更為嚴重。例如用某Ф426mm管道做實驗并且進行實地的測量，結果顯示上部為圖層厚度為0.06mm，下部達到25mm，嚴重影響防腐的最終效果。對于有關部門專業人員就用風送擠涂法給管道防腐的材料進行了深入的研究，并進行了多項與科目有關的實驗，也測試了各種有機物涂料，但測試結果并不滿意。有機涂料的成本較高但是使用中的效果和持久性并不能提供相應的價值，還有許多問題值得深思。對于高分子PL-1聚合物水泥砂漿的研制及運用可以說是此項目研究范圍內的一項重大突破，它既節約了成本也解決了水泥砂漿普遍維持年份不高的問題，使用PL-1高分子聚合物水泥砂漿將是一個好的方案，且PL-1高分子聚合物水泥砂漿有不泌水、不分層、不流淌、不脫落、可塑性高等優點，十分適合風送擠涂工藝。它利用水泥本身所具有的堿性將鋼鐵的表面鈍化成膜，以降低電化學腐蝕；再加上水泥砂漿襯里本身就有較好的防腐蝕效果，因此起到了保護層的作用。此方法涂抹后的管道在高含H2S、高含CO2、高含Cl-、高含O2介質下效果較好。

二、主要性能及配置

1.技術途徑

之所以普通水泥砂漿襯里會造成涂層不勻、漏涂、漏鐵、上薄下厚、起皮剝落等原因，是因為工藝不過關和水泥砂漿的自身性質的決定的。首先它本身就是一個較不穩定的非勻質體，在一般的靜止狀態下，沙子、水泥會隨著時間的推移而自然沉降，使各個層面的水泥砂漿的流變性發生徹底變化。在應力和結構粘度方面上層小于下層，由此導致對每個涂管器的阻力也大相徑庭，上半部分砂漿的擠涂阻力比下半部分砂漿的擠涂阻力小，之后便會產生涂管器上薄下厚的一系列問題。還有PL-1高分子的泌水率比普通砂漿少很多，普通砂漿的秘水率一般是10%以上，有的管段裝滿了水泥砂漿頂部會產生浮水層。此時，既會造成漏涂、漏鐵等質量事故也會造成涂管器不上移暫停運作。因此綜上所述，使水泥砂漿成為穩定的均勻粘塑形體才是解決問題的唯一方案。

補充說明：

在水中澆灌時不分散，水泥的流失很小，水陸強度可達到0.8以上。SCR砼可以通過控制砼的配比和SCR聚合劑的組成，能夠分別配置成15、20、25、30、35、40MPA的水中抗分散砼，來適應各種不同工程的特殊需要。并且SCR砼的流動性損失很小，施工時有較好的工藝性能，雖然凝結時間較長，但相對于砼早期的強度來說顯然是利大于弊。

2.配方的確定

通過大量的現場實驗調研，在稠度、秘水、強度、成本性能等各項原因，逐步確定了PL-1高分子聚合物的原料，生產工藝和配方。也確定了聚合物的使用方法。PL-1高分子聚合物的外觀為粉狀物，是水溶性聚合物，用量為水泥的2%～4%，加入攪拌機攪拌。水泥砂漿的配合比例為C:S=1：1或1：1.5.如果需要襯里的表面更加光滑則比例為1：0.5。對于水灰比的選擇則根據現場情況而定一般為0.38～0.5。

三、PL-1高分子聚合物水泥砂漿拌合物的主要性能

1.泌水性

由圖1可知，普通砂漿的泌水率很大，且速度值也很高，大部分在1～2小時內發生。通過測算Ф426mm管道中水泥砂漿上部的浮水層在1小時以內已達到28mm厚，并且此時涂管器仍在運行之中，因此此次工作涂層的質量必然受到了嚴重的影響，與此相反的是，PL-1砂漿具有極強的抗泌水性。

2.流變性

PL-1聚合物水泥砂漿具有穩定且均勻的特效，隨著PL-1高分子聚合物水泥比例的逐步加大均勻性和水泥砂漿的粘塑性也逐步增大。當聚合物含量超過2%時可以達到水泥砂漿流變性的標準滿足風送擠涂施工的需要。在實際的施工操作中可以用拌合物極限剪切應力控制稠度也就是流變性。

3.可施工時間

將PL-1聚合物分別摻入1：0.5和1：1配比的砂漿中，實際拌合物的沉入度顯示如圖2。

由圖2可以看出普通砂漿的沉入度隨時間的增長而下降迅速，并且越來越小，50分鐘后已經幾乎無法施工，而PL-1砂漿沉入度在下降一段時間后就趨于穩定并在在6小時內均可以正常施工。

四、PL-1水泥砂漿的性能

PL-1高分子聚合物水泥砂漿與普通砂漿性能比較有以下優點：不泌水、不分層、不流淌、潤滑性能好、早期強度高、粘結力大、抗沖擊性能好等特點。

、PL-1水泥砂漿施工主要技術指標

1.管道清洗表面處理等級St2級；

2.涂層結構：加強層＋過渡層＋防腐層，厚度≥3mm；

3.涂層耐溫80℃；高溫涂層耐溫150℃以上；可以滿足熱洗要求。

4.風送擠涂一次性施工長度≤2km，通過的彎頭數≤30個/km；

5.內防腐修復管徑DN 100－500mm；

6.Φ10腐蝕穿孔點修復后耐壓強度≥2.5MPa（漏洞焊補后耐壓等級與管體一致）。

7.耐腐蝕性：10%NaOH 、30%H 2SO4、10%NaCl檢測試驗合格。

8.防腐修復層使用壽命≥15年；

9.使用范圍：高礦化度、含硫、含二氧化碳、含菌等中高腐蝕性污水管線、注水管線、油水混輸管線、低含硫天然氣管線的防腐修復。

五、工程案例

塔河油田采出液具有“高H2O、高CO2、高H2S、高Cl-、低PH”的“四高一低”特點，這種環境極易誘發內腐蝕的發生，塔河10區TH 10106井至10-7計轉站單井集輸管線，2007年10月建成投產，全長1.65km，管徑114mm，壁厚5mm，材質20#無縫鋼，埋深1.2m，敷設方式為黃夾克泡沫保溫埋地彈性敷設，設計壓力2.5MPa，設計溫度70℃，無陰極保護和內防腐措施。由于該井投產后含水上升快，2008年4月采取了注水替油、間隙生產、鹽水掃線的生產方式，自2011年2月7日TH 10106單井管線出現第一次腐蝕穿孔以來，隨即出現頻繁爆發的腐蝕穿孔問題，短短3個月內累計穿孔14處，穿孔點集中表現在390m-1100m管段之間，腐蝕形貌表現為點孔洞狀腐蝕，點腐蝕速率1.72mm/a，頻繁的腐蝕穿孔嚴重制約安全生產運行，同時導致搶維修成本的不斷增加。鑒于該井原油產量8.45m3/d、天然氣產量800m3/d，為維持生產運行，2010年9月，塔河油田引入PL-1高分子聚合物水泥砂漿技術在TH 10106井單井集輸管線進行試驗，2010年10月TH 10106井管線完成修復，投產后達到方案預期目標，恢復停用175天管線，節約建設費用74.25萬元。截止目前該項工藝已成功修復塔河油田采油一廠、二廠、三廠十余口因腐蝕嚴重而停用的單井管線，并且在內防腐領域得到了推廣應用。

六、技術經濟簡析

過去風送擠涂普通水泥砂漿襯里質量不穩定，有些單位則轉而尋求含有有機涂料的襯里，但卻不知許多有機涂料在安全、施工、質量、耐久性等方面還有很多的不完善之處。有機涂層的成本較貴高，而PL-1砂漿的成本最少可節約一半以上；有機涂層的保質期也較短一般為10年內，而PL-1水泥砂漿的壽命可以達到40年。

結語

通過以上實驗及分析得到以下結論：

PL-1聚合物水泥砂漿襯里具有成本低，質量好等優點，有很大的發展前景。一般適用于高礦化度、含硫、含二氧化碳、含菌等中高腐蝕性污水管線、注水管線、油水混輸管線、低含硫天然氣管線的防腐修復。

PL-1聚合物水泥砂漿一般通過風送擠涂工藝來施工，既可以改變上薄下厚等質量問題使其均勻覆蓋，也可以杜絕其他諸如漏涂漏鐵等現象。

PL-1聚合物水泥砂漿襯里對工藝和材料沒有特殊要求，可以用適當的方案為油田內水管道的防腐提供一條經濟合理，技術可靠，使用方便的技術方法。

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