胡謀鵬  李國見(jiàn)  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(cháng)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了定向鉆穿越中管道防腐層破壞的幾種主要形式，并開(kāi)發(fā)使用一種新型的防腐層防護材料，在實(shí)際工程中得到了良好的應用。

關(guān)鍵詞：管道定向鉆；改性環(huán)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(shù)采用安裝于地表的鉆機，通過(guò)鉆桿帶動(dòng)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(guò)泥漿循環(huán)帶出地面，然后通過(guò)鉆機帶動(dòng)擴孔器分幾次將孔洞擴至鋪設管線(xiàn)所需直徑大小，最后通過(guò)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(huán)境、施工工期短、造價(jià)相對較低等特點(diǎn)，已成為管道通過(guò)河流和重要地面設施的一種常見(jiàn)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(jìn)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(yáng)極，以確保管道不被腐蝕。

圖2  檢測方法示意圖

1  長(cháng)輸管道防腐層破壞類(lèi)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(zhuān)用熱收縮套。對公司近幾年來(lái)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(jìn)行統計，回拖頭20 m范圍內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(cháng)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(shí)，陰極保護不能達到理想效果，進(jìn)行有效性評價(jià)也很困難，將會(huì )是整條管道的薄弱環(huán)節。HDD管道外防腐層的完整性對于管道風(fēng)險管理、完整性管理至關(guān)重要；為此，給外防腐層增加耐磨、耐劃傷防護層，是國內外正在發(fā)展的防護手段，北美和歐洲都開(kāi)展了大量研究及實(shí)踐工作。

一個(gè)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(guò)吸收國外先進(jìn)技術(shù)及經(jīng)驗，結合國內3LPE外防腐層應用情況，研究開(kāi)發(fā)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(huán)氧粘膠組成的改性環(huán)氧玻璃鋼�？稍�3LPE預制廠(chǎng)或定向鉆工程現場(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(yōu)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(jiàn)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(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(jīng)砂箱100次循環(huán)測試，未發(fā)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(zhì)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(zhì)劃傷頭進(jìn)行50 kg抗劃傷試驗�？刂埔苿�(dòng)速度30-40 cm/min；記錄劃痕深度，5 kV電火花檢漏。試驗結果為：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，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(wú)漏點(diǎn)（圖13）。

圖13  電火花檢漏

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

圖14  現場(chǎng)使用改性環(huán)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(guān)重要；可根據不同的地質(zhì)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(xiàn)管道的做法，在開(kāi)展水平定向鉆施工工程時(shí)首先進(jìn)行試回拖，試回拖檢驗合格后方可進(jìn)行正式回拖，回拖后對穿越段防腐層完整性進(jìn)行檢測評價(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(zhuān)業(yè)，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）