前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的殘酸池石油工程論文，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

一、安全隱患分析

在實際施工作業中，工程技術人員發現，傳統的“三油兩布”的殘酸池設計存在很大安全隱患，具體表現為：（1）現有的殘酸池采用“三油兩布”隔離處理，設計目的是以“三油兩布”隔離殘酸液與酸池基底接觸，防止酸池底部腐化，保持酸池完整性從而杜絕泄露。而在實際操作過程中由于施工人員作業水平的局限性，加上油布本身質量缺陷，往往并沒有達到預期的徹底隔絕酸液與殘酸池池體的目的，導致殘酸滲漏污染當地環境，破壞生態平衡。（2）現有的“三油兩布”處理技術中的“三油”所指為聚氨酯（全稱為聚氨基甲酸酯）瀝青涂料，這種涂料漆膜堅韌，耐摩擦、耐酸、耐堿、耐鹽等化學腐蝕；具有良好的耐溶劑性和附著力，極好的抗滲性和耐濕熱性。同時此涂料為易燃物，并含有揮發性易燃溶劑，故必須遠離火星和明火；聚氨酯瀝青還是有毒化工產品，要求施工場所應盡量保持良好通風。為消除使用過程中的爆炸隱患，應保證足夠的通風量以維持氣體/空氣比例不超過最低爆炸極限的10%，通常每千克溶劑需要200m3通風量，（與溶劑種類相關）才能維持最低爆炸極限10%的工作環境。殘酸池四面封閉不利于空氣流通，容易造成生產安全事故。鑒于以上所述，研究新的殘酸池防腐技術是符合技術革新換代的要求，對提高生產效率和保障生產安全具有重大意義。

二、研究內容

1.對殘酸原樣進行樣本檢測

在油氣田酸壓施工過程中，有大量的酸液（鹽酸）、膠粘劑注入地層，通過置換仍有大量酸液和膠粘劑存留地層，在采氣初期就會隨著天然氣一起上升到地面，產生了大量的殘酸廢液。該殘酸液pH值通常為3～4，酸性強，粘度大，并含有H2S，直接排放會引起環境污染，這種酸液就是實驗所要檢測的樣本來源。實驗預計經過分析對砂漿腐蝕性有影響的陰陽離子含量，為腐蝕性原理分析及新型耐酸材料研制做準備。殘酸pH值較低，通常在2.5~4.1之間，同時還含多種礦物質和酸化時配入的化學處理劑。由于地下巖層接納酸量未知，酸液成分不同，不同成分對殘酸池腐蝕影響程度不同，因此要對殘酸液進行分析測試。分別取3組試樣進行化學全分析試樣，分析殘酸中陽離子、陰離子及有機物含量，并根據各離子含量鑒別殘酸性質，確定殘酸pH值范圍。殘酸中除含大量的酸壓添加劑（有機物和表面活性劑）外，還含有大量固體懸浮物，外觀呈粘稠均相黃綠色渾濁液體，殘酸中大量膠體單質硫與酸壓殘液表面活性劑、聚合物形成極為穩定的分散體系。考慮到該廢液的復雜性，采用焚燒處理可以比較徹底解決環境污染的問題。樣本檢測結果顯示，Cl-所占成分在99%以上，故所用酸為鹽酸，后續實驗根據樣本分析結果配制與原樣成分相同的酸液進行實驗，驗證所用材料是否符合現場實際要求耐酸標準。

2.傳統方案可行性驗證

根據殘酸液全分析結果，以及現有材料和施工工藝，對殘酸池進行腐蝕性試驗研究。原有殘酸池與殘酸液主要接觸面由砂漿及“三油兩布”耐腐材料組成，因此將分別對其進行腐蝕性試驗研究。試驗分別選取現使用的砂漿以及“三油兩布”材料加工成試驗試塊，并分別浸泡在殘酸pH值范圍內的不同酸液中。根據試驗中各材料的腐蝕程度，研究殘酸對各材料的腐蝕機理。試驗采用砂漿試塊2組、現有“三油兩布”材料試塊2組，不同pH值酸液2組，共計8組實驗。（1）采用原有砂漿配比，試樣鑄模一次成形，養護24h脫模，然后在養護室（20℃，濕度90%）養護7d后，取出自然風干。試驗前將試樣放在105℃烘箱24h，分別測定每塊試件的原始重量，然后進行分組，分別浸泡在2種pH不同的酸溶液中各3~7d，容器為10L的磨口試劑瓶（密閉條件，可防止空氣中CO2的進入），每隔3d取出一組試樣測試重量，每天測試H+和Ca2+濃度。為了加速腐蝕速度，每隔1d調整一次鹽酸溶液濃度。為了便于分析比較，同時選用蒸餾水溶液（pH=7）浸泡試樣做對比試驗。（2）采用原有“三油兩布”材料加工成試驗試塊，分別測定每塊試件的原始重量，然后進行分組，分別浸泡在2種pH不同的酸溶液中各3~7d，容器為2L的磨口試劑瓶（密閉條件，可防止空氣中CO2的進入），每隔1d取出一組試樣測試重量，每天測試H+和Ca2+濃度。為了加速腐蝕速度，每隔1d調整一次鹽酸溶液濃度。為了便于分析比較，同時選用蒸餾水溶液（pH=7）浸泡試樣做對比試驗。從左向右依次為：“三油兩布”加工試塊、原有配比砂漿試塊、原有配比蒸餾水浸泡砂漿試塊。結果表明不經過任何處理的試塊的耐酸堿腐蝕性極差，浸泡后出現結構型破壞，無法維持殘酸池原有的功能性；而傳統“三油兩布”工藝，液態酸液極易滲入“兩布”以內，侵蝕砂漿巖體，由內及外擴大腐蝕面積或向深層進行腐蝕，不易及時排查，故研制新型材料首先考慮水泥砂漿中加入防腐防滲添加材料，期望達到或基本達到防滲防酸標準。

3.新型方案設計與可行性驗證

防腐砂漿配合物要考慮生產實踐、符合實際。首先應把材料經濟性作為前提，在提高耐酸砂漿性能同時，砂漿總造價需要控制。市面上使用的防腐砂漿多是由環氧樹脂改性膠乳和國內氯丁橡膠乳液及聚丙烯酸酯，合成橡膠，各種乳化劑，改性膠乳等所組成的高聚物膠乳。這種產品雖然技術成熟，性能完好，但是成本偏高，不適合石油工業鉆前工程中殘酸池的實際應用。普通水泥砂漿的防酸效果差，主要存在以下幾方面：①侵蝕性介質以液相形式與水泥石接觸并具有一定的濃度和數量；②水泥石中存在有引起腐蝕的組分—氫氧化鈉和水化鋁酸鈣；③水泥石本身結構不密實，有一些可供侵蝕性介質滲入的毛細孔道。根據鉆前殘酸池要求，符合要求的材料應該具備以下性能：①抗酸能力強；②具有良好的耐用性；③施工性能好，具有施工時間短，滿足對磚縫飽滿、平直的要求。實驗成功選取兩種用以提升砂漿耐酸性能的添加材料：（1）浸泡實驗設計成分分析所得，Cl-所占成分在99%以上，鑒于現場所用酸為鹽酸，進行試塊浸泡時所用酸選取濃鹽酸，根據分析所得成分含量配置與原酸液成分基本一致的試驗專用溶液并在浸泡試塊后加入濃鹽酸，至少浸泡3d以上（3~7d）取出，對比試驗前后試塊重量變化以及表面受腐蝕程度，驗證所用材料是否符合現場實際要求耐酸標準。選取達到試驗預期要求試塊進行防滲實驗，對已浸泡酸液的試塊進行自然風干處理（以期不影響試塊抗壓強度以及內部結構），對試塊進行二次浸泡1d，取出后進行破壞，探明試塊內部是否滲水。綜合現場取樣殘酸與對水泥砂漿腐蝕性影響離子調查結果，配制酸液，主要成分由KCl、NaCl、CaCl2、MgCl2、與高濃度鹽酸溶液組成，成分比例完全按照殘酸成分分析結果得出，溶液pH值范圍為2~4。制酸作業完成后將不同批次制作的試塊分別浸泡，放置于通風壁櫥內靜置3~7d。選擇強度為42.5硅酸鹽水泥作為膠凝材料、級配合格的普通河沙（細度模數2.75）為細骨料、1.8~2.0硅酸鉀作為添加材料配制耐酸砂漿。制取試樣時先按預定配合比例加入干燥河沙和水泥，提前稱取預定計量的硅酸鉀溶液，待河沙和水泥攪拌均勻后加入硅酸鉀和水制取水泥砂漿試塊。待試塊成模后取出立方體試塊，保養7d后稱取重量，然后放入配制好的與現場殘酸組分相同的酸液進行浸泡。浸泡至少3d（3~7d）后取出待自然風干后再次稱取重量，觀察試塊表面完整程度并計入檔案。由上表的試驗結果我們可以得知，隨著河沙量的增加，試塊的強度在不斷的變低，配合比1∶7強度已經不符合砂漿最低強度的要求，配合比1∶3由于水泥使用量過大成本太貴，不予考慮。因此，水泥跟河沙的配合比確定選取為1∶4、1∶5兩個比例同時使用以便橫向對比。試驗處理采取完全設計，在水泥：河沙不同配比的基礎上，加入硅酸鉀為不定因素，把硅酸鉀比例設為6個水平，（B）=0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3。其中水泥（A），河沙（C）=4.0、5.0。共計12組樣本處理。材料共制備不同配比共計10×2共20組試塊進行浸泡實驗，試驗結果表明，所制試塊材料損耗比在1.2%~3.7%之間，試塊完整程度在90%~98%之間。數據表明，水泥砂漿試塊所采用的硅酸鉀添加材料使試塊耐腐蝕性能得到了顯著提高，浸泡以后的試塊表面完整，并未出現與未添加硅酸鉀的試塊相同的嚴重侵蝕現象，改善后的水泥砂漿試塊符合新的殘酸池設計使用要求，可以選擇部分配比試塊進行抗滲性能實驗與抗壓實驗。抗壓實驗共選取了經浸泡實驗達到設計標準的5×2共10組試塊進行實驗，實驗結果表明，試塊基本符合新的殘酸池設計使用要求，其中添加材料硅酸鉀配比在0.5~0.9所制試塊抗壓強度更優，水泥砂漿配合比為1∶4的試塊抗壓強度在3.7MPa~5.2MPa，浸泡后強度達到2.5MPa~4.6MPa；配合比為1∶5的試塊抗壓強度在4.2MPa~5.2MPa，浸泡后強度達到2.0MPa~4.4MPa；所有試塊在浸泡后的抗壓強度出現了明顯減小，根據設計使用方法，新型水泥砂漿只運用于殘酸池池面加厚保護池體，所以抗壓強度也能滿足工程實際需要。

4.生產現場實際應用

為了檢驗室內試驗成果，本次研究將進行室外試驗對設計材料現場施工可行性進行論證。室外實驗嚴格模擬生產現場實際情況進行，有利于及時發現因室內實驗條件限制所造成的缺陷，并改進現場施工工藝。本次實驗模擬現場施工條件，建造兩個同等大小的殘酸池，殘酸池尺寸：0.7m×0.7m×1.5m。根據室內實驗所得，以不同比例配制耐酸砂漿，1號池使用砂漿成分比例：1∶0.5∶4（水泥、硅酸鉀、中細砂。下同），2號池使用砂漿成分比例：1∶0.5∶5，均勻拌制，待所拌制的砂漿不能析出水分時方可使用。在晴朗天氣條件下，24h內砂漿可以完全自然風干，檢查池體內部是否有砂漿不均、脫落等情況，如沒有完整涂刷，應及時補刷砂漿，3d后經完整防酸處理過后的殘酸池即可投入生產使用。室外實驗所采用酸液取自生產現場，酸液倒入殘酸池后靜置7d以上，7d以后加入石灰中和，經1d中和完成，取出池中經中和過后的殘酸，清洗殘酸池，經檢驗，殘酸池池體完好，涂料沒有出現開裂、破損、鼓脹等不利情況，殘酸池功能依然完好。

三.結束語

（1）完成了對原設計科學性的論證實驗研究，指出原設計存在的缺陷。（2）完成了以硅酸鉀配制的耐酸砂漿的耐酸浸泡實驗以及強度實驗，確定了耐酸砂漿的技術指標。經過各項實驗，方案最終防酸砂漿配比定為1∶0.5∶4（水泥、硅酸鉀、河沙，質量比）。（3）形成一套符合要求的鉆前工程殘酸池施工工藝。新型殘酸池建筑砂漿在常溫條件下具有合適的粘接強度和抗壓強度，其原材料易獲得、工藝簡單，能有效消除按原設計修建的殘酸池的質量安全隱患，同時控制了施工成本。該技術完全符合石油行業殘酸回收作業要求和建筑行業的構筑物安砌要求，能夠產生良好的經濟效益和社會效益，具有較好的推廣價值。

作者：譚超 韓文喜 王悅 聶鑫 單位：成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室