胡謀鵬  李國見  武海峰  褚玲

西氣東輸管道公司管道工程建設項目部

摘  要：長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。總結了定向鉆穿越中管道防腐層破壞的幾種主要形式，并開發使用一種新型的防腐層防護材料，在實際工程中得到了良好的應用。

關鍵詞：管道定向鉆；改性環氧玻璃鋼；剝離強度；砂箱測試；抗劃傷性能

管道水平定向鉆穿越（HDD）技術采用安裝于地表的鉆機，通過鉆桿帶動鉆頭以相對于地面較小的入射角鉆入地層形成導向孔，鉆頭切削的碎屑通過泥漿循環帶出地面，然后通過鉆機帶動擴孔器分幾次將孔洞擴至鋪設管線所需直徑大小，最后通過鉆機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境、施工工期短、造價相對較低等特點，已成為管道通過河流和重要地面設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行，需對穿越管段的防腐層完整性進行評估。評估方法是根據測試埋地管道的電阻（圖2），推算出涂層缺陷處的直徑當量，從而得出防腐層破損率，最后根據防腐層破損情況在兩岸設置適當數量的犧牲陽極，以確保管道不被腐蝕。

圖2  檢測方法示意圖

1  長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，補口采用定向鉆穿越專用熱收縮套。對公司近幾年來設計并已施工完成的67條巖石地層定向鉆穿越管道防腐層破損情況進行統計，回拖頭20 m范圍內的管道防腐層破損形態有以下幾種：(1)防腐層環向劃傷，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  防腐層存在的問題

長輸管道定向鉆管道外防腐層損傷，破損位置查找和修復都十分困難。防腐層破損面積較大時，陰極保護不能達到理想效果，進行有效性評價也很困難，將會是整條管道的薄弱環節。HDD管道外防腐層的完整性對于管道風險管理、完整性管理至關重要；為此，給外防腐層增加耐磨、耐劃傷防護層，是國內外正在發展的防護手段，北美和歐洲都開展了大量研究及實踐工作。

一個好的防護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  新型防護層材料試驗[4-10]

3.1 防護層材料介紹

通過吸收國外先進技術及經驗，結合國內3LPE外防腐層應用情況，研究開發了外防腐層的防護材料，即由高強度纖維增強材料和高性能環氧粘膠組成的改性環氧玻璃鋼。可在3LPE預制廠或定向鉆工程現場纏繞涂覆于3LPE管體防腐層外部，固化后與3LPE防腐層牢固粘接為整體結構，使穿越段管道形成“防護層+3LPE層”雙層結構，為HDD管道外防腐層提供優異的機械防護，可在HDD管道防腐層外部全段、外部局部和補口部位使用（見圖 8）。

圖8  防護層結構示意圖

3.2  防護層性能測試

防護層性能測試結果列于表1。

3.2.1  與3LPE層粘接剪切強度性能測試

測試防護層與PE層的層間剪切強度，PE層厚1.5 mm， 5個試件，PE層被拉變形直至斷裂，粘接面良好；PE層厚3.7 mm， 5個試件，抗剪切強度≥1.98 MPa，粘接面良好（圖9）。

圖9  剪切強度試驗

3.2.2  與3LPE層剝離強度性能測試

測試防護層與PE層的剝離強度，剝離強度≥60 N/cm（圖 10）。

圖 10  剝離強度試驗

3.2.3  砂箱測試和耐磨測試

經砂箱100次循環測試，未發生任何脫離、起皺及翹邊現象。1000 g負載，測試1000轉，磨耗98.8 mg，磨損質量小于5‰（圖 11）。

圖11  砂箱測試和耐磨測試

3.2.4  抗劃傷試驗

制作Φ273 mm抗劃傷測試管件，防護層平均厚度800 μm；常溫下固化48 h后，使用Φ2 mm鋼質劃傷頭進行50 kg抗劃傷試驗。控制移動速度30-40 cm/min；記錄劃痕深度，5 kV電火花檢漏。試驗結果為：劃痕深度428 μm，電火花檢漏，無漏點；紫外光老化500 h后再次檢測，劃痕深度430 μm(圖 12)。

圖12  抗劃傷試驗

3.2.5  抗沖擊性能測試

15 J抗沖擊性能測試后，8 kV電火花檢漏，無漏點（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氧玻璃鋼防護層，取得了良好的效果，見圖14。

圖14  現場使用改性環氧玻璃鋼防護層

4  結論

(1)定向鉆工程中外防腐層的保護至關重要；可根據不同的地質條件局部或全部使用外防腐層保護材料。其條件是，外防腐層保護材料必須與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首先進行試回拖，試回拖檢驗合格后方可進行正式回拖，回拖后對穿越段防腐層完整性進行檢測評價。

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作者：胡謀鵬， 1977年生，工程師，2007年畢業于武漢理工大學土木工程專業，碩士研究生，現主要從事地下水封儲油庫的設計工作。

《管道保護》2017年第5期（總第36期）