风送挤涂法聚合物水泥砂浆衬里材料简介及应用

张超（中国石化西北油田分公司 新疆 轮台 841604）

一、概述

最近几年，用水泥砂浆衬里来对国内外油田企业集输管线进行内防腐或修复内腐蚀严重的管线渐渐成为主流。这种做法具有无公害、无毒、易施工、造价低、寿命长等优点。在现场通过风送挤涂法施工，无需建厂，施工简便、快捷，并且可以使得衬里表面光滑并且无补口。但其中也存在着一定的缺点，比如此工艺施工的水泥砂浆的内部结构不均匀，可能存在上薄下厚、漏涂、漏铁、起皮剥落等质量问题。特别是管径超过Ф150的管道以上问题凸显的更为严重。例如用某Ф426mm管道做实验并且进行实地的测量，结果显示上部为图层厚度为0.06mm，下部达到25mm，严重影响防腐的最终效果。对于有关部门专业人员就用风送挤涂法给管道防腐的材料进行了深入的研究，并进行了多项与科目有关的实验，也测试了各种有机物涂料，但测试结果并不满意。有机涂料的成本较高但是使用中的效果和持久性并不能提供相应的价值，还有许多问题值得深思。对于高分子PL-1聚合物水泥砂浆的研制及运用可以说是此项目研究范围内的一项重大突破，它既节约了成本也解决了水泥砂浆普遍维持年份不高的问题，使用PL-1高分子聚合物水泥砂浆将是一个好的方案，且PL-1高分子聚合物水泥砂浆有不泌水、不分层、不流淌、不脱落、可塑性高等优点，十分适合风送挤涂工艺。它利用水泥本身所具有的碱性将钢铁的表面钝化成膜，以降低电化学腐蚀；再加上水泥砂浆衬里本身就有较好的防腐蚀效果，因此起到了保护层的作用。此方法涂抹后的管道在高含H2S、高含CO2、高含Cl-、高含O2介质下效果较好。

二、主要性能及配置

1.技术途径

之所以普通水泥砂浆衬里会造成涂层不匀、漏涂、漏铁、上薄下厚、起皮剥落等原因，是因为工艺不过关和水泥砂浆的自身性质的决定的。首先它本身就是一个较不稳定的非匀质体，在一般的静止状态下，沙子、水泥会随着时间的推移而自然沉降，使各个层面的水泥砂浆的流变性发生彻底变化。在应力和结构粘度方面上层小于下层，由此导致对每个涂管器的阻力也大相径庭，上半部分砂浆的挤涂阻力比下半部分砂浆的挤涂阻力小，之后便会产生涂管器上薄下厚的一系列问题。还有PL-1高分子的泌水率比普通砂浆少很多，普通砂浆的秘水率一般是10%以上，有的管段装满了水泥砂浆顶部会产生浮水层。此时，既会造成漏涂、漏铁等质量事故也会造成涂管器不上移暂停运作。因此综上所述，使水泥砂浆成为稳定的均匀粘塑形体才是解决问题的唯一方案。

补充说明：

在水中浇灌时不分散，水泥的流失很小，水陆强度可达到0.8以上。SCR砼可以通过控制砼的配比和SCR聚合剂的组成，能够分别配置成15、20、25、30、35、40MPA的水中抗分散砼，来适应各种不同工程的特殊需要。并且SCR砼的流动性损失很小，施工时有较好的工艺性能，虽然凝结时间较长，但相对于砼早期的强度来说显然是利大于弊。

2.配方的确定

通过大量的现场实验调研，在稠度、秘水、强度、成本性能等各项原因，逐步确定了PL-1高分子聚合物的原料，生产工艺和配方。也确定了聚合物的使用方法。PL-1高分子聚合物的外观为粉状物，是水溶性聚合物，用量为水泥的2%～4%，加入搅拌机搅拌。水泥砂浆的配合比例为C:S=1：1或1：1.5.如果需要衬里的表面更加光滑则比例为1：0.5。对于水灰比的选择则根据现场情况而定一般为0.38～0.5。

三、PL-1高分子聚合物水泥砂浆拌合物的主要性能

1.泌水性

由图1可知，普通砂浆的泌水率很大，且速度值也很高，大部分在1～2小时内发生。通过测算Ф426mm管道中水泥砂浆上部的浮水层在1小时以内已达到28mm厚，并且此时涂管器仍在运行之中，因此此次工作涂层的质量必然受到了严重的影响，与此相反的是，PL-1砂浆具有极强的抗泌水性。

2.流变性

PL-1聚合物水泥砂浆具有稳定且均匀的特效，随着PL-1高分子聚合物水泥比例的逐步加大均匀性和水泥砂浆的粘塑性也逐步增大。当聚合物含量超过2%时可以达到水泥砂浆流变性的标准满足风送挤涂施工的需要。在实际的施工操作中可以用拌合物极限剪切应力控制稠度也就是流变性。

3.可施工时间

将PL-1聚合物分别掺入1：0.5和1：1配比的砂浆中，实际拌合物的沉入度显示如图2。

由图2可以看出普通砂浆的沉入度随时间的增长而下降迅速，并且越来越小，50分钟后已经几乎无法施工，而PL-1砂浆沉入度在下降一段时间后就趋于稳定并在在6小时内均可以正常施工。

四、PL-1水泥砂浆的性能

PL-1高分子聚合物水泥砂浆与普通砂浆性能比较有以下优点：不泌水、不分层、不流淌、润滑性能好、早期强度高、粘结力大、抗冲击性能好等特点。

、PL-1水泥砂浆施工主要技术指标

1.管道清洗表面处理等级St2级；

2.涂层结构：加强层＋过渡层＋防腐层，厚度≥3mm；

3.涂层耐温80℃；高温涂层耐温150℃以上；可以满足热洗要求。

4.风送挤涂一次性施工长度≤2km，通过的弯头数≤30个/km；

5.内防腐修复管径DN 100－500mm；

6.Φ10腐蚀穿孔点修复后耐压强度≥2.5MPa（漏洞焊补后耐压等级与管体一致）。

7.耐腐蚀性：10%NaOH 、30%H 2SO4、10%NaCl检测试验合格。

8.防腐修复层使用寿命≥15年；

9.使用范围：高矿化度、含硫、含二氧化碳、含菌等中高腐蚀性污水管线、注水管线、油水混输管线、低含硫天然气管线的防腐修复。

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”特点，这种环境极易诱发内腐蚀的发生，塔河10区TH 10106井至10-7计转站单井集输管线，2007年10月建成投产，全长1.65km，管径114mm，壁厚5mm，材质20#无缝钢，埋深1.2m，敷设方式为黄夹克泡沫保温埋地弹性敷设，设计压力2.5MPa，设计温度70℃，无阴极保护和内防腐措施。由于该井投产后含水上升快，2008年4月采取了注水替油、间隙生产、盐水扫线的生产方式，自2011年2月7日TH 10106单井管线出现第一次腐蚀穿孔以来，随即出现频繁爆发的腐蚀穿孔问题，短短3个月内累计穿孔14处，穿孔点集中表现在390m-1100m管段之间，腐蚀形貌表现为点孔洞状腐蚀，点腐蚀速率1.72mm/a，频繁的腐蚀穿孔严重制约安全生产运行，同时导致抢维修成本的不断增加。鉴于该井原油产量8.45m3/d、天然气产量800m3/d，为维持生产运行，2010年9月，塔河油田引入PL-1高分子聚合物水泥砂浆技术在TH 10106井单井集输管线进行试验，2010年10月TH 10106井管线完成修复，投产后达到方案预期目标，恢复停用175天管线，节约建设费用74.25万元。截止目前该项工艺已成功修复塔河油田采油一厂、二厂、三厂十余口因腐蚀严重而停用的单井管线，并且在内防腐领域得到了推广应用。

六、技术经济简析

过去风送挤涂普通水泥砂浆衬里质量不稳定，有些单位则转而寻求含有有机涂料的衬里，但却不知许多有机涂料在安全、施工、质量、耐久性等方面还有很多的不完善之处。有机涂层的成本较贵高，而PL-1砂浆的成本最少可节约一半以上；有机涂层的保质期也较短一般为10年内，而PL-1水泥砂浆的寿命可以达到40年。

结语

通过以上实验及分析得到以下结论：

PL-1聚合物水泥砂浆衬里具有成本低，质量好等优点，有很大的发展前景。一般适用于高矿化度、含硫、含二氧化碳、含菌等中高腐蚀性污水管线、注水管线、油水混输管线、低含硫天然气管线的防腐修复。

PL-1聚合物水泥砂浆一般通过风送挤涂工艺来施工，既可以改变上薄下厚等质量问题使其均匀覆盖，也可以杜绝其他诸如漏涂漏铁等现象。

PL-1聚合物水泥砂浆衬里对工艺和材料没有特殊要求，可以用适当的方案为油田内水管道的防腐提供一条经济合理，技术可靠，使用方便的技术方法。

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