環(huán)氧玻璃鋼外防護(hù)層技術(shù)在長(zhǎng)江定向鉆穿越中的應(yīng)用

梁桂海，唐 勇，吳永峰，溫國(guó)志，朱 永

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心 （陜西 西安 710018）

目前國(guó)內(nèi)的水平定向鉆穿越外涂層結(jié)構(gòu)主要有：加強(qiáng)級(jí)3層聚乙烯(3LPE)防腐層結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)級(jí)2層熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）防腐層結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)型3層聚乙烯（FBE+膠粘劑+聚乙烯）防腐層結(jié)構(gòu)等類型。溶結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）雖然在硬度方面優(yōu)于3層聚乙烯防腐層(3LPE)，但涂層較薄，總抗沖擊功、涂層電阻率、抗吸水性遠(yuǎn)不如3層聚乙烯防腐層(3LPE)。所以在抗水汽滲透性和抗沖擊性要求較高的大型江河定向鉆穿越管道的工程環(huán)境中，主要選用3層聚乙烯防腐層(3LPE)結(jié)構(gòu)。

在大型江河定向鉆穿越的回拖施工中，因地理和地質(zhì)條件的影響，3層聚乙烯(3LPE)防腐層磨損和劃傷、補(bǔ)口套撕裂滑脫都是很難避免的，但對(duì)損傷的修復(fù)受技術(shù)、成本、工期的影響，很難進(jìn)行。因此，采用何種技術(shù)加強(qiáng)對(duì)穿越管道聚乙烯防腐層進(jìn)行有效的機(jī)械性能保護(hù)就顯得尤為重要[1]。

1 工程應(yīng)用

江都—如東天然氣管道項(xiàng)目是將如東LNG接收站天然氣輸往蘇中地區(qū)，并實(shí)現(xiàn)與冀寧管道、西氣東輸管道連接的重要管道。項(xiàng)目三期 （泰興-芙蓉段）工程中最大的控制性工程為長(zhǎng)江定向鉆穿越，在靖江與江陰之間穿越長(zhǎng)江，采用Φ711mm雙管代替單管Φ1 016mm定向鉆穿越，同時(shí)并行Φ406.4mm成品油管道，穿越長(zhǎng)度均達(dá)到3 300m（單管實(shí)長(zhǎng)），是國(guó)內(nèi)同管徑中最大的長(zhǎng)距離大口徑定向鉆穿越工程。穿越管道采用加強(qiáng)級(jí)聚乙烯防腐層(3LPE)結(jié)構(gòu)。管道主要穿越的地層分布為素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉砂、中砂、礫石層。

如此長(zhǎng)距離、大口徑的穿越管道在回拖過(guò)程中，主要風(fēng)險(xiǎn)有2項(xiàng)：①管體3LPE防腐層穿過(guò)礫石層被磨損和劃傷；②每條穿越管道約300個(gè)補(bǔ)口套、犧牲套與原管道3LPE在搭接處形成3～5mm的凸起，回拖時(shí)受軸向磨阻力作用易產(chǎn)生滑脫，使補(bǔ)口失效；給工程后期安全運(yùn)行帶來(lái)了很大風(fēng)險(xiǎn)。為了提高穿越工程施工及后期運(yùn)行的安全性，針對(duì)穿越施工的具體困難，經(jīng)過(guò)方案對(duì)比優(yōu)化，決定利用環(huán)氧玻璃鋼表面硬度高、耐劃傷、耐磨、對(duì)PE粘結(jié)牢固的特性，引入環(huán)氧玻璃鋼外防護(hù)層技術(shù)為長(zhǎng)江定向鉆穿越管道的3LPE防腐層提供全覆蓋型的機(jī)械性能保護(hù)以克服其在定向鉆穿越過(guò)程中可能產(chǎn)生的磨損、劃傷及補(bǔ)口套滑脫等類型的損傷。

2 環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)層技術(shù)指標(biāo)

2.1 技術(shù)指標(biāo)選取

定向鉆穿越管道環(huán)氧玻璃鋼保護(hù)層技術(shù)在我國(guó)還未得到廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)階段國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中還沒(méi)有可供選用的施工規(guī)范和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，只有中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司Q/SY 1477-2012《定向鉆穿越管道外涂層技術(shù)規(guī)范》的報(bào)批稿可供借鑒[2]。工程人員將長(zhǎng)江定向鉆穿越實(shí)際和該技術(shù)規(guī)范認(rèn)真加以結(jié)合，選取了該企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中和環(huán)氧玻璃鋼保護(hù)層有關(guān)的巴柯爾硬度、耐劃傷（50kg）、耐磨性、抗 1°彎曲、對(duì) PE 粘結(jié)強(qiáng)度等5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)來(lái)對(duì)本穿越工程環(huán)氧玻璃鋼保護(hù)層進(jìn)行質(zhì)量控制和性能檢驗(yàn)。并確定環(huán)氧玻璃鋼保護(hù)層整體厚度應(yīng)不小于1.2mm，結(jié)構(gòu)為二布五膠，即環(huán)氧樹脂（表干）+環(huán)氧樹脂+玻璃布+環(huán)氧樹脂+玻璃布+環(huán)氧樹脂 （表干）+環(huán)氧樹脂，3PE防腐層表面應(yīng)進(jìn)行粗糙化處理。

同時(shí)要求在正式用于工程施工前先將環(huán)氧玻璃鋼涂敷在帶有3PE防腐層的管試件上，固化后按照Q/SY 1477-2012附錄A進(jìn)行測(cè)試，以確認(rèn)五大指標(biāo)和厚度均符合控制要求后方可正式應(yīng)用于穿越管道。

2.2 原材料基本要求

1）玻璃纖維布和改性環(huán)氧膠（環(huán)氧樹脂、固化劑）2種原材料應(yīng)成套供應(yīng)，并使用同一廠商的配套產(chǎn)品。

2）應(yīng)具有出廠質(zhì)量證明書及檢驗(yàn)報(bào)告、使用說(shuō)明書、出廠合格證,包裝上生產(chǎn)廠家、材料型號(hào)、批號(hào)、生產(chǎn)日期、有效期、搬運(yùn)、存放要求等信息齊全清晰。

3）使用前均應(yīng)由國(guó)家計(jì)量認(rèn)證的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)按技術(shù)要求進(jìn)行性能檢驗(yàn)并提供相關(guān)檢測(cè)證書。

3 安裝工藝

環(huán)氧玻璃鋼的涂敷宜在現(xiàn)場(chǎng)3層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層補(bǔ)口、補(bǔ)傷完成并檢驗(yàn)合格后進(jìn)行，環(huán)氧玻璃鋼的結(jié)構(gòu)為二布五膠，即環(huán)氧樹脂（表干）+環(huán)氧樹脂+玻璃布+環(huán)氧樹脂+玻璃布+環(huán)氧樹脂 （表干）+環(huán)氧樹脂[3-5]。

3.1 安裝包覆部位表面處理

1）將3LPE及補(bǔ)口熱縮帶表面油污、灰塵、雜物等清理干凈。

2）將3LPE預(yù)熱至80～90℃，鋼絲刷交叉拉毛，拉毛深度0.3～0.4mm；補(bǔ)口熱縮帶不用預(yù)熱處理，只需輕微拉毛，以免損傷熱縮帶補(bǔ)口結(jié)構(gòu)。

3.2 涂刷環(huán)氧樹脂膠和纏繞玻璃纖維布

1）將A、B組分混合，攪拌3min，在涂刷區(qū)涂刷一層涂料，每層涂刷環(huán)氧樹脂時(shí)樹脂的用量為0.8kg/m2。

2）待表面涂料表干初凝后，繼續(xù)涂刷第二層環(huán)氧樹脂膠，涂層厚度100～150mm。

3）玻璃纖維布的裁剪，根據(jù)包覆管徑，計(jì)算裁切周向包覆一周的長(zhǎng)度。

4）在第2層環(huán)氧樹脂膠還濕潤(rùn)下，將玻璃纖維布撐平繃緊，先將一端搭接在涂覆區(qū)，然后環(huán)向纏繞，環(huán)向纏繞搭接10%，邊纏繞邊周向滾刷，保證玻璃纖維布完全被涂料濕潤(rùn)，沒(méi)有露白空鼓現(xiàn)象；玻璃纖維布兩端搭接時(shí)先在搭接區(qū)涂刷一層涂料，環(huán)向搭接區(qū)長(zhǎng)度不低于150mm。

5）根據(jù)設(shè)計(jì)玻璃鋼的層數(shù)，重復(fù)步驟2～4。

6）最后一層玻璃纖維布纏繞完畢，完全被涂料潤(rùn)濕后，在玻璃纖維布表面涂刷涂料，涂層厚度100～150mm，待涂料表面表干初凝后，再在其表面輕輕涂刷一層涂料，至表面光滑即可。

7）環(huán)氧玻璃鋼固化溫度及時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品說(shuō)明書進(jìn)行控制。

防護(hù)層涂敷前，先在一根加強(qiáng)級(jí)3層聚乙烯防腐管上進(jìn)行環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)層涂敷工藝評(píng)定，確定3LPE防腐層表面加熱、打磨、清理相關(guān)處理工藝，并檢驗(yàn)防護(hù)層厚度和附著力等技術(shù)指標(biāo)合格后，編制防護(hù)層涂敷工藝規(guī)程。

4 質(zhì)量檢驗(yàn)

4.1 環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)層應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)

1）外觀檢驗(yàn)：逐根進(jìn)行目測(cè)檢查，環(huán)氧玻璃鋼表面應(yīng)平整，無(wú)開裂、皺褶、空鼓、流掛、脫層、發(fā)白以及玻璃纖維外露，壓邊和搭接均勻且粘結(jié)緊密，玻璃布網(wǎng)孔為漆料所灌滿。

2）厚度檢驗(yàn)：環(huán)氧玻璃鋼實(shí)干后，采用磁性涂層測(cè)厚儀逐根測(cè)試，沿每根鋼管軸向隨機(jī)取3個(gè)位置，測(cè)量每個(gè)位置圓周方向均勻分布的任意4點(diǎn)的涂層厚度并記錄，防護(hù)層厚度應(yīng)不小于1.2mm。

3）硬度檢驗(yàn)：環(huán)氧玻璃鋼固化后逐根進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，沿管子軸向測(cè)量平均分布的3個(gè)點(diǎn)，采用巴柯爾硬度計(jì)進(jìn)行玻璃鋼防護(hù)層硬度檢驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果應(yīng)不小于30HD。

4）對(duì)PE層粘結(jié)強(qiáng)度檢驗(yàn)：對(duì)連續(xù)涂敷的100根鋼管至少抽一根 （不足100根時(shí)以100根計(jì)）按照Q/SY 1477-2012附錄A規(guī)定的方法 （采用便攜式涂層粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試儀）進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試，若不合格，應(yīng)加倍檢驗(yàn)，并應(yīng)及時(shí)調(diào)整外護(hù)層涂敷工藝。粘結(jié)強(qiáng)度檢驗(yàn)應(yīng)在環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)層固化后進(jìn)行。

4.2 原材料檢驗(yàn)批檢驗(yàn)

環(huán)氧樹脂、玻璃纖維布在使用前及以后的每批（環(huán)氧樹脂不超過(guò) 10t、玻璃布不超過(guò) 2t）應(yīng)對(duì)照Q/SY 1477-2012《定向鉆穿越管道外涂層技術(shù)規(guī)范》表5、表6的全部項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)，如有一項(xiàng)不合格，則加倍檢驗(yàn)，若仍有不合格項(xiàng)，則該批產(chǎn)品判定為不合格。檢驗(yàn)應(yīng)在經(jīng)國(guó)家計(jì)量認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，并提供檢驗(yàn)報(bào)告。

5 補(bǔ)傷

若環(huán)氧玻璃鋼保護(hù)層有損傷，應(yīng)首先對(duì)損傷部位3LPE防腐層進(jìn)行檢查，防腐層檢查合格后，應(yīng)對(duì)損傷部位環(huán)氧玻璃鋼保護(hù)層進(jìn)行補(bǔ)傷。施工方法及要求與保護(hù)層施工要求相同，應(yīng)保證修補(bǔ)后的表面平滑、均勻過(guò)渡、無(wú)凸起及凹坑。

6 防護(hù)層實(shí)際技術(shù)指標(biāo)測(cè)試

按工藝評(píng)定確定的工藝規(guī)程進(jìn)行了環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)層試制，經(jīng)外觀和厚度檢測(cè)合格后，向中國(guó)石油天然氣管道科學(xué)研究院防腐檢測(cè)中心送樣進(jìn)行主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)，結(jié)果見表1。

通過(guò)表1可知，環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)層質(zhì)量良好，技術(shù)指標(biāo)完全能達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表1 環(huán)氧玻璃鋼檢測(cè)數(shù)據(jù)

7 應(yīng)用效果

因環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)層具有較大的對(duì)PE層粘結(jié)強(qiáng)度，自身硬度、耐劃傷、耐磨性和抗低度彎曲性能良好，為定向鉆穿越管道的PE防腐層穿越礫石層和防止其它損傷提供了良好的機(jī)械性能保護(hù)。同時(shí)防護(hù)層表面光滑，有效消除了穿越管道回拖時(shí)因補(bǔ)口套和犧牲套搭接凸臺(tái)形成的軸向磨阻力，降低了整體回拖阻力和補(bǔ)口套、犧牲套滑脫的風(fēng)險(xiǎn)。在長(zhǎng)江定向鉆穿越實(shí)際的應(yīng)用中，分別對(duì)回拖完成的3條穿越管道進(jìn)行音頻檢漏，未發(fā)現(xiàn)一處漏點(diǎn)，確保了穿越管道PE層未出現(xiàn)劃傷和補(bǔ)口套撕裂脫落，為穿越管道后期的安全運(yùn)行提供了有效保障。同時(shí)還減輕了回拖阻力，有效地縮短了回拖時(shí)間，節(jié)約了施工作業(yè)成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量安全保證。

8 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家近年來(lái)對(duì)能源需求的進(jìn)一步增大，在長(zhǎng)輸管道建設(shè)方面的投入不斷加強(qiáng)，穿越長(zhǎng)江、黃河、淮河等大型江河的大口徑、長(zhǎng)距離定向鉆穿越工程還將不斷出現(xiàn)。這些定向鉆穿越工程投入大、檢修困難、安全運(yùn)行要求高，如何加強(qiáng)穿越施工和運(yùn)行過(guò)程中防腐層的保護(hù)就變得尤為重要。通過(guò)對(duì)環(huán)氧玻璃鋼外防護(hù)層技術(shù)在長(zhǎng)江定向鉆穿越中的成功應(yīng)用進(jìn)行介紹，希望對(duì)同行業(yè)在大型江河定向鉆穿越管道的防腐層保護(hù)方面提供借鑒。

[1]曾強(qiáng)，陳彬源，劉海祿，等.淺談定向鉆穿越中管道外防腐層的保護(hù)[J].天然氣與石油,2008,26(4)：24-26.

[2]Q/SY 1477-2012定向鉆穿越管道外涂層技術(shù)規(guī)范 （報(bào)批稿）[S].

[3]黃先中,張孟良,安吉全,等.改性無(wú)溶劑環(huán)氧玻璃鋼在定向鉆穿越防護(hù)的應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013(22)：119-120.

[4]馮少?gòu)V，李榮光，王文榮，等.定向鉆穿越3PE防腐層碳纖維復(fù)合材料防護(hù)技術(shù)[J].實(shí)驗(yàn)研究，2013,32(1)：47-50.

[5]李軍，謝風(fēng)春，竇宏強(qiáng).光固化保護(hù)套在定向鉆穿越管道上的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，2012,38(3)：35-38.