静态破碎技术在油田改造工程中的应用

2019-08-26 版权声明 举报文章

静态破碎技术在油田改造工程中的应用

摘要:近年来,油田工程改造项目较多,工程施工拆除量所占比例不断增加,特别是在较大改造工程中经常遇到需要拆除大型混凝土及钢筋混凝土基础的情况。由于这些体积庞大的基础多位于空间狭小,不能使用机械位置,用人工破碎时间长且费用较大。有一种水泥与水结合后可在短时间内其体积可自由膨胀四倍,膨胀力可达30~50Mpa。利用此特性,在需拆除的大型混凝土或钢筋混凝土上钻一定数量的孔,然后将此类水泥灌入孔中,其膨胀力可轻易将巨型基础胀裂。该方法多用于矿石开采、切割等,随着破碎技术的逐步成熟,将此方法用于油田工程大型基础拆除成为可能。

关键词:静态破碎技术油田改造工程 应用

中图分类号:F407文献标识码: A

0 前言

这种膨胀力大、膨胀体积大的水泥(英文名:Soundless Cracking Agent,简称SCA)就是静态破碎剂,其价格与普通水泥相差不大,主要用于混凝土构筑物拆除及松动,岩石的开采、切割等。将静态破碎剂用水拌合后,灌入预破碎或切割物预先钻好的孔洞内,经破碎剂化学反应,其自动开裂,即静态破碎技术。

1 作用原理及性能特点

1.1 作用原理

利用混凝土抗拉强度较低的特点,将静态破碎剂用适量水调成流动状浆体,然后灌入钻孔中,经水化反应,使晶体变形、体积膨胀,产生巨大膨胀压力,缓慢地、静静地施加给孔壁,经过一段时间后达到最大值,将混凝土胀裂、破碎。

1.2 性能特点

静态爆破安全,可使巨型混凝土基础或巨石慢慢开裂粉碎,和普通的爆破技术相比,具有使用安全、无噪音、无污染、无飞石、无粉尘等诸多优点。静态破碎剂是一种安全的普通材料,其外观总体为浅灰白色粉末,具有以下性能:

⑴ 膨胀力大。通常静态破碎剂膨胀力可达30~50MPa,在配比适当的情况下,最大膨胀力可达120MPa。

⑵ 反应时间短。最大膨胀力出现最短时间可在10分钟内,实际使用时,通过添加抑制剂、促发剂还可以实现反应时间在10min~10h之间的调节。

⑶ 保质期长。在包装完整,干燥储存,温度适宜的条件下,可保存两年。

⑷ 控型容易。通过布眼的合理设置,较易实现对被破碎体的破碎形状控制。

2 操作步骤

2.1准备阶段

正式开始操作前需做好以下各项准备:

⑴ 确认施工当日气温、药剂、拌合水及需破碎的混凝土温度是否与要求相符合,气温在在0~45℃条件下,可正常使用,超此范围可采取措施加以控制。药剂和水拌和温度10~15℃易出现最佳膨胀效果。

⑵ 检查钻孔设备,是否工作正常。

⑶ 检查药剂外包装是否破损,储存效果和保质期;

⑷ 备好以下辅助用品:药剂、水、拌合容器、防护用品、捅棍及洁净水和毛巾。

2.2设计布眼

孔距与排距布置:孔距与排距的大小与混凝土强度及布筋有直接关系,混凝土强度越高、布筋越密、钢筋越粗时,孔距与排距越小,反之则大。(孔距、排距与孔深尺寸见图1、布孔参数见表1)。

图1孔距、排距与孔深尺寸示意图

表1 静态破碎剂布孔设计参数表

破碎目标 孔深L 相邻孔距a(cm) 排距b 孔径d(cm) 使用量kg/m3

素砼 0.8H 20~30 (0.6~0.9)a 38~50 12~18

钢筋砼 0.9H 15~30 (0.6~0.9)a 38~50 18~25

2.3钻孔

⑴ 钻孔直径的大小决定着混凝土的破碎效果:钻孔过小,不利于药剂充分发挥效力;钻孔太大,易冲孔。推荐钻孔直径:38~42mm。

⑵ 破碎剂在灌注前,其水灰比都是已调整好的,对于钻孔内清洗后的余水应在灌注前用干净的高压风吹净,以保证破碎剂的水灰比不被改变。

2.4钻孔深度和装药深度

孤立混凝土块钻孔深度为目标破碎体80%~90%;大体积需要分步破碎的混凝土块,钻孔深度可根据施工要求选择,一般在1~2米较好。装药深度为孔深的100%。

2.5装药

⑴ 向下和向下倾斜的眼孔,可在药剂中加入22~32%(重量比)左右的水(具体加水量由颗粒大小决定)拌成流质状态(糊状)后,迅速倒入孔内并确保药剂在孔内处于密实状态。用药卷装填钻孔时,应逐条捅实。

⑵ 对于超大体积的设备基础破碎施工,操作人员的协调配合很重要。应采用分灌装小组的方式。每小组由主副两名灌装手组成。取药搅拌时,主灌装手负责取药份量和搅拌,副灌装手负责药剂在搅拌过程中加水。灌装时,主灌装手负责灌装进孔,副灌装手负责确保药剂捣实,完成后用旧麻袋覆盖孔口。

⑶ 混凝土刚开裂后,可向裂缝中加水,支持药剂持续反应,可获得更好效果。

2.6药剂反应时间的控制

药剂反应的快慢与温度有直接的关系,温度越高,反应时间越快,反之则慢。实际操作中,控制药剂反应时间太快的方法有两种,一种是在拌合水中加入抑制剂。另一种方法是严格控制拌和水、干粉药剂和混凝土的温度。

药剂(卷)反应时间过快易发生冲孔伤人事故,同时也影响施工效果,增加了施工成本。为防止事故,除了采取必要的安全措施外,还可用专配的延缓反应时间的抑制剂。抑制剂放入浸泡药剂(卷)的拌和水中。加入量为拌合水的0.5%~6%。温度越高,加入量越多,反之则少。

3 安全措施和注意事项

3.1冲孔是不可预见和不可完全控制的现象。冲孔产生的原因较多,大致有以下几种:

⑴操作人员操作不当:包括药剂已经发热冒气仍在灌装等,装填不密实有空气隔层等。

⑵温度控制不当:当日气温、拌和水、药剂、孔壁温度气温较高或抑制剂数量不

够都有可能致使破碎剂反应过快等。

⑶布孔设计不当:孔距及抵抗线(钻孔中心到自由面的最短距离)过大、孔壁光滑等。

⑷钻头选用不当:钻孔直径过大等。

3.2刚钻完孔和刚冲孔的钻孔,孔壁温度较高,应确定温度正常符合要求并清洗干净后才能继续装药。

3.3本产品运输和存放中应注意防潮,开封后请立即使用,如一次未使用完,应立即紧扎袋口,需用时再开封。

4 应用实例

我单位在采油三厂北十三联合站扩改建工程施工中,在旋流泵房内有两台旋流泵基础需要拆除,基础为长5.5m 宽2.2m 高1.5m的钢筋混凝土基础,其距周边的墙体及管线最近处直线距离不足1.5米,施工单位采用静态破碎技术完成这两个庞然大物的拆除任务。

技术人员先进行了认真的实验和分析计算,并通过实验,最终确定了垂直孔的布孔方式:孔距×排距为30cm×30cm,孔深1.3m。每10分钟完成1个孔,每个基础打孔85个(基础钻孔图见图2)。在经过清洗和一天的降温处理后,第二天分成四个小组(每个基础安排两个小组)开始装药,装药共用时间约40分钟。破碎剂灌注21小时后,设备基础开始出现裂缝,爆破人员定时浇水养护。48小时后,整个设备基础被遍布的裂缝分割成小块(基础开裂图见图3)。

图2基础布孔图 图3基础开裂图

如此大尺寸混凝土基础的拆除,利用设备拆除根本行不通;利用人力拆除,施工时间难以控制,其人工费消耗费巨大。但是由于使用了静态破碎技术,整个拆除过程共用四天时间,不论在用时,还是在拆除效果上都完全满足了建设单位的要求,同时此举的经济效益也是难以估算的。

5 结束语

静态破碎技术在大型的混凝土拆除中有很大的利用价值,不但节省人力、财力,更主要的是为施工节省时间,争取了主动,因而静态破碎技术在油田改造工程中具有极大的推广意义。此外静态破碎技术还可适用于:

⑴不允许和不适宜使用明火或高温的作业环境;

⑵不允许和不适宜使用机械的作业环境;

⑶不允许和不适宜出现飞石或粉尘的作业环境;

⑷不允许和不适宜发出巨大声响和噪声的作业环境;

⑸部分需做保留和结构强度不能受到损害的作业环境;

参考文献

[1] 许溶烈.近代混凝土技术.陕西科学技术出版社.1998.10

[2] 游宝坤.静态爆破技术—无声破碎剂及其应用.中国建材工业出版社.2008.4

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