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长输管道定向钻穿越管道防护层应用分析

来源：《管道保护》杂志作者：胡谋鹏李国见武海峰褚玲时间：2018-7-6 阅读：

胡谋鹏李国见武海峰褚玲

西气东输管道公司管道工程建设项目部

摘要：长输管道定向钻穿越工程由于与地层的摩擦，管道防腐层容易遭受损坏，影响管道的使用寿命。总结了定向钻穿越中管道防腐层破坏的几种主要形式，并开发使用一种新型的防腐层防护材料，在实际工程中得到了良好的应用。

关键词：管道定向钻；改性环氧玻璃钢；剥离强度；砂箱测试；抗划伤性能

管道水平定向钻穿越（HDD）技术采用安装于地表的钻机，通过钻杆带动钻头以相对于地面较小的入射角钻入地层形成导向孔，钻头切削的碎屑通过泥浆循环带出地面，然后通过钻机带动扩孔器分几次将孔洞扩至铺设管线所需直径大小，最后通过钻机将管道回拖完成施工（图1）。由于定向钻穿越具有不破坏地表环境、施工工期短、造价相对较低等特点，已成为管道通过河流和重要地面设施的一种常见穿越方式。

图1 管道定向钻穿越示意图

为保证回拖管道今后的安全运行，需对穿越管段的防腐层完整性进行评估。评估方法是根据测试埋地管道的电阻（图2），推算出涂层缺陷处的直径当量，从而得出防腐层破损率，最后根据防腐层破损情况在两岸设置适当数量的牺牲阳极，以确保管道不被腐蚀。

图2 检测方法示意图

1 长输管道防腐层破坏类型[1-3]

定向钻穿越管道防腐材料一般均采用3LPE，补口采用定向钻穿越专用热收缩套。对公司近几年来设计并已施工完成的67条岩石地层定向钻穿越管道防腐层破损情况进行统计，回拖头20 m范围内的管道防腐层破损形态有以下几种：(1)防腐层环向划伤，如图3；(2)防腐层纵向划伤，如图4；(3)热收缩套脱落，如图5；(4)收缩套与防腐层粘接处卷边，如图6；(5) 防腐层凹陷，如图7。

图3 防腐层环向划伤

图4 防腐层纵向划伤

图5 热收缩套脱落

图6 收缩套与防腐层粘接处卷边

图7 防腐层凹陷

2 防腐层存在的问题

长输管道定向钻管道外防腐层损伤，破损位置查找和修复都十分困难。防腐层破损面积较大时，阴极保护不能达到理想效果，进行有效性评价也很困难，将会是整条管道的薄弱环节。HDD管道外防腐层的完整性对于管道风险管理、完整性管理至关重要；为此，给外防腐层增加耐磨、耐划伤防护层，是国内外正在发展的防护手段，北美和欧洲都开展了大量研究及实践工作。

一个好的防护层必须具备以下条件：(1)与防腐层之间良好的粘接性；(2)具有良好的耐划伤性能和良好的耐磨性能。

3 新型防护层材料试验[4-10]

3.1 防护层材料介绍

通过吸收国外先进技术及经验，结合国内3LPE外防腐层应用情况，研究开发了外防腐层的防护材料，即由高强度纤维增强材料和高性能环氧粘胶组成的改性环氧玻璃钢。可在3LPE预制厂或定向钻工程现场缠绕涂覆于3LPE管体防腐层外部，固化后与3LPE防腐层牢固粘接为整体结构，使穿越段管道形成“防护层+3LPE层”双层结构，为HDD管道外防腐层提供优异的机械防护，可在HDD管道防腐层外部全段、外部局部和补口部位使用（见图 8）。

图8 防护层结构示意图

3.2 防护层性能测试

防护层性能测试结果列于表1。

3.2.1 与3LPE层粘接剪切强度性能测试

测试防护层与PE层的层间剪切强度，PE层厚1.5 mm， 5个试件，PE层被拉变形直至断裂，粘接面良好；PE层厚3.7 mm， 5个试件，抗剪切强度≥1.98 MPa，粘接面良好（图9）。

图9 剪切强度试验

3.2.2 与3LPE层剥离强度性能测试

测试防护层与PE层的剥离强度，剥离强度≥60 N/cm（图 10）。

图 10 剥离强度试验

3.2.3 砂箱测试和耐磨测试

经砂箱100次循环测试，未发生任何脱离、起皱及翘边现象。1000 g负载，测试1000转，磨耗98.8 mg，磨损质量小于5‰（图 11）。

图11 砂箱测试和耐磨测试

3.2.4 抗划伤试验

制作Φ273 mm抗划伤测试管件，防护层平均厚度800 μm；常温下固化48 h后，使用Φ2 mm钢质划伤头进行50 kg抗划伤试验。控制移动速度30-40 cm/min；记录划痕深度，5 kV电火花检漏。试验结果为：划痕深度428 μm，电火花检漏，无漏点；紫外光老化500 h后再次检测，划痕深度430 μm(图 12)。