胡謀鵬  李國(guó)見  武海峰  褚玲

西氣東輸管道公司管道工程建設(shè)項(xiàng)目部

摘  要：長(zhǎng)輸管道定向鉆穿越工程由于與地層的摩擦，管道防腐層容易遭受損壞，影響管道的使用壽命�？偨Y(jié)了定向鉆穿越中管道防腐層破壞的幾種主要形式，并開發(fā)使用一種新型的防腐層防護(hù)材料，在實(shí)際工程中得到了良好的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：管道定向鉆；改性環(huán)氧玻璃鋼；剝離強(qiáng)度；砂箱測(cè)試；抗劃傷性能

管道水平定向鉆穿越（HDD）技術(shù)采用安裝于地表的鉆機(jī)，通過(guò)鉆桿帶動(dòng)鉆頭以相對(duì)于地面較小的入射角鉆入地層形成導(dǎo)向孔，鉆頭切削的碎屑通過(guò)泥漿循環(huán)帶出地面，然后通過(guò)鉆機(jī)帶動(dòng)擴(kuò)孔器分幾次將孔洞擴(kuò)至鋪設(shè)管線所需直徑大小，最后通過(guò)鉆機(jī)將管道回拖完成施工（圖1）。由于定向鉆穿越具有不破壞地表環(huán)境、施工工期短、造價(jià)相對(duì)較低等特點(diǎn)，已成為管道通過(guò)河流和重要地面設(shè)施的一種常見穿越方式。

圖1  管道定向鉆穿越示意圖

為保證回拖管道今后的安全運(yùn)行，需對(duì)穿越管段的防腐層完整性進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估方法是根據(jù)測(cè)試埋地管道的電阻（圖2），推算出涂層缺陷處的直徑當(dāng)量，從而得出防腐層破損率，最后根據(jù)防腐層破損情況在兩岸設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的犧牲陽(yáng)極，以確保管道不被腐蝕。

圖2  檢測(cè)方法示意圖

1  長(zhǎng)輸管道防腐層破壞類型[1-3]

定向鉆穿越管道防腐材料一般均采用3LPE，補(bǔ)口采用定向鉆穿越專用熱收縮套。對(duì)公司近幾年來(lái)設(shè)計(jì)并已施工完成的67條巖石地層定向鉆穿越管道防腐層破損情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，回拖頭20 m范圍內(nèi)的管道防腐層破損形態(tài)有以下幾種：(1)防腐層環(huán)向劃傷，如圖3；(2)防腐層縱向劃傷，如圖4；(3)熱收縮套脫落，如圖5；(4)收縮套與防腐層粘接處卷邊，如圖6；(5) 防腐層凹陷，如圖7。

圖3 防腐層環(huán)向劃傷

圖4 防腐層縱向劃傷

圖5  熱收縮套脫落

圖6  收縮套與防腐層粘接處卷邊

圖7 防腐層凹陷

2  防腐層存在的問(wèn)題

長(zhǎng)輸管道定向鉆管道外防腐層損傷，破損位置查找和修復(fù)都十分困難。防腐層破損面積較大時(shí)，陰極保護(hù)不能達(dá)到理想效果，進(jìn)行有效性評(píng)價(jià)也很困難，將會(huì)是整條管道的薄弱環(huán)節(jié)。HDD管道外防腐層的完整性對(duì)于管道風(fēng)險(xiǎn)管理、完整性管理至關(guān)重要；為此，給外防腐層增加耐磨、耐劃傷防護(hù)層，是國(guó)內(nèi)外正在發(fā)展的防護(hù)手段，北美和歐洲都開展了大量研究及實(shí)踐工作。

一個(gè)好的防護(hù)層必須具備以下條件：(1)與防腐層之間良好的粘接性；(2)具有良好的耐劃傷性能和良好的耐磨性能。

3  新型防護(hù)層材料試驗(yàn)[4-10]

3.1 防護(hù)層材料介紹

通過(guò)吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)3LPE外防腐層應(yīng)用情況，研究開發(fā)了外防腐層的防護(hù)材料，即由高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)材料和高性能環(huán)氧粘膠組成的改性環(huán)氧玻璃鋼�？稍�3LPE預(yù)制廠或定向鉆工程現(xiàn)場(chǎng)纏繞涂覆于3LPE管體防腐層外部，固化后與3LPE防腐層牢固粘接為整體結(jié)構(gòu)，使穿越段管道形成“防護(hù)層+3LPE層”雙層結(jié)構(gòu)，為HDD管道外防腐層提供優(yōu)異的機(jī)械防護(hù)，可在HDD管道防腐層外部全段、外部局部和補(bǔ)口部位使用（見圖 8）。

圖8  防護(hù)層結(jié)構(gòu)示意圖

3.2  防護(hù)層性能測(cè)試

防護(hù)層性能測(cè)試結(jié)果列于表1。

3.2.1  與3LPE層粘接剪切強(qiáng)度性能測(cè)試

測(cè)試防護(hù)層與PE層的層間剪切強(qiáng)度，PE層厚1.5 mm， 5個(gè)試件，PE層被拉變形直至斷裂，粘接面良好；PE層厚3.7 mm， 5個(gè)試件，抗剪切強(qiáng)度≥1.98 MPa，粘接面良好（圖9）。

圖9  剪切強(qiáng)度試驗(yàn)

3.2.2  與3LPE層剝離強(qiáng)度性能測(cè)試

測(cè)試防護(hù)層與PE層的剝離強(qiáng)度，剝離強(qiáng)度≥60 N/cm（圖 10）。

圖 10  剝離強(qiáng)度試驗(yàn)

3.2.3  砂箱測(cè)試和耐磨測(cè)試

經(jīng)砂箱100次循環(huán)測(cè)試，未發(fā)生任何脫離、起皺及翹邊現(xiàn)象。1000 g負(fù)載，測(cè)試1000轉(zhuǎn)，磨耗98.8 mg，磨損質(zhì)量小于5‰（圖 11）。

圖11  砂箱測(cè)試和耐磨測(cè)試

3.2.4  抗劃傷試驗(yàn)

制作Φ273 mm抗劃傷測(cè)試管件，防護(hù)層平均厚度800 μm；常溫下固化48 h后，使用Φ2 mm鋼質(zhì)劃傷頭進(jìn)行50 kg抗劃傷試驗(yàn)�？刂埔苿�(dòng)速度30-40 cm/min；記錄劃痕深度，5 kV電火花檢漏。試驗(yàn)結(jié)果為：劃痕深度428 μm，電火花檢漏，無(wú)漏點(diǎn)；紫外光老化500 h后再次檢測(cè)，劃痕深度430 μm(圖 12)。

圖12  抗劃傷試驗(yàn)

3.2.5  抗沖擊性能測(cè)試

15 J抗沖擊性能測(cè)試后，8 kV電火花檢漏，無(wú)漏點(diǎn)（圖13）。

圖13  電火花檢漏

在西氣東輸三線工程等定向鉆穿越工程中采用改性環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)層，取得了良好的效果，見圖14。

圖14  現(xiàn)場(chǎng)使用改性環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)層

4  結(jié)論

(1)定向鉆工程中外防腐層的保護(hù)至關(guān)重要；可根據(jù)不同的地質(zhì)條件局部或全部使用外防腐層保護(hù)材料。其條件是，外防腐層保護(hù)材料必須與3LPE防腐層粘接良好，必須具有良好的耐劃傷性能、良好的耐磨性能和良好的抗彎曲性能。

(2)建議參照西氣東輸三線管道的做法，在開展水平定向鉆施工工程時(shí)首先進(jìn)行試回拖，試回拖檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行正式回拖，回拖后對(duì)穿越段防腐層完整性進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)。

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作者：胡謀鵬， 1977年生，工程師，2007年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)土木工程專業(yè)，碩士研究生，現(xiàn)主要從事地下水封儲(chǔ)油庫(kù)的設(shè)計(jì)工作。

《管道保護(hù)》2017年第5期（總第36期）