淺析定向鉆穿越管道防腐層防護(hù)技術(shù)

吳昊夫

摘 要：該文主要分析了定向鉆穿越管道施工中易造成防腐層破損的主要因素，并針對這些問題進(jìn)行了探討，提出了提升定向鉆施工防腐管理水平適用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并對國外定向鉆防腐層的防護(hù)技術(shù)通用做法做了簡要介紹。

關(guān)鍵詞：定向鉆穿越 防腐層 標(biāo)準(zhǔn) 防護(hù)技術(shù) 材料

中圖分類號：TE988 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0127-02

從20世紀(jì)80年代初定向鉆穿越（HDD）技術(shù)引入中國，迄今逾30年，技術(shù)發(fā)展日臻成熟，已成功穿越長江、黃河、漢江、海河、錢塘江等國內(nèi)大中型河流以及國家級高鐵、高速公路干線，取得了廣泛的應(yīng)用。水平定向鉆穿越（HDD）技術(shù)具有準(zhǔn)確度高、穿越距離長、施工速度快、機(jī)械化程度高、非開挖等特點，在油氣建設(shè)領(lǐng)域使用廣泛。

定向鉆穿越要求管道防腐層具有較高的耐磨性、抗劃傷性、良好的粘結(jié)力、極低的吸水率以及耐化學(xué)介質(zhì)浸泡等性能。目前國內(nèi)定向鉆管道基本都采用加強(qiáng)級3PE作為防腐層，補(bǔ)口采用定向鉆穿越專用帶配套環(huán)氧底漆的輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶，其前端再用半個熱收縮帶作為犧牲帶，防腐形式選擇比較簡單，且缺少必要的防護(hù)措施。這些僅采用熱收縮帶對補(bǔ)口部位實施防護(hù)的措施對管道防腐層完整性防護(hù)效果較為有限。如若在復(fù)雜的地質(zhì)條件下進(jìn)行穿越施工，會使得穿越段管道外防腐層的完整性難以得到保證，尤其是在情況復(fù)雜的巖石層中，加強(qiáng)級的3PE防腐層管道不足以應(yīng)對地下巖石的磨損，會造成防腐層的損傷甚至大面積脫落、鋼管裸露，嚴(yán)重影響管道的使用壽命。

隨著施工難度的不斷加大，HDD管道防腐層劃傷、損壞事故日趨嚴(yán)重，引起了業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注。鑒于地下穿越管道的不可檢測性、不可修復(fù)性，以及其泄露所造成的社會影響和環(huán)境影響，筆者對定向鉆防腐破損原因進(jìn)行深入分析，對預(yù)防防腐層破損給出了相關(guān)建議，同時探討借鑒國內(nèi)外防腐層防護(hù)技術(shù)研究前沿，對復(fù)雜巖石地質(zhì)條件等情況下的定向鉆防護(hù)材料用材也做了相應(yīng)說明。

1 定向鉆造成防腐層破損的原因分析

定向鉆穿越過程中，由于復(fù)雜惡劣的地質(zhì)條件、不匹配的材質(zhì)使用、不恰當(dāng)?shù)墓に嚧胧┮约安灰?guī)范的操作等都有可能造成管道防腐層的損傷。

1.1 復(fù)雜的地質(zhì)原因

隨著油氣管網(wǎng)全國各省市全覆蓋，途徑區(qū)域的地質(zhì)條件日益復(fù)雜，尤其是穿越地層為硬質(zhì)基巖、砂巖、礫石、卵石、溶洞等環(huán)境，會造成定向鉆控向精度偏低，孔洞不圓滑，易產(chǎn)生凸點，礫石土中泥漿不能有效攜帶的碎石等問題，致使管道防腐層在穿越導(dǎo)向孔中會因刮擦、擠壓而損傷，甚至被刺穿脫落。

1.2 泥漿原因

定向鉆鉆孔都處于地表下，一般都較為松散，對泥漿護(hù)壁性能、泥漿質(zhì)量要求很高。泥漿配比是否合理，直接影響鉆孔的穩(wěn)定，還影響攜帶鉆屑的能力，要嚴(yán)格觀測泥漿的粘度、比重、含砂量、失水量、泥皮、酸堿值（pH值）、膠體率和穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，尤其是基巖等地層，擴(kuò)孔過程中，孔洞內(nèi)壁不可能達(dá)到完全光滑，會有局部凸出的小巖石。如泥漿原因處理不慎，管道在回拖過程中不能保持懸浮狀態(tài)，會增加回拖阻力，進(jìn)而損傷到管道防腐層，更有甚者直接導(dǎo)致回拖失敗。

1.3 特殊處理措施原因

對一些特殊地段或者特殊環(huán)境要求下的施工，往往采取一些特殊處理措施，加快施工進(jìn)度。諸如在不具備挖發(fā)送溝、安裝發(fā)送滾輪架的情況下，往往會依托現(xiàn)有地形地貌，就地取材用泥土堆碼成梯形墩，高出地面50 mm做支撐，穿越管道置于其上。在回拖的過程中，要時刻注意采取潤滑措施，否則會損傷到焊口處熱收縮套及防腐層。

1.4 管材及防腐原因

對于非開挖定向鉆穿越，不同材質(zhì)都有相應(yīng)的要求。無論何種材質(zhì)都必須確保防腐度、壁厚、柔韌性、連接方式、抗拉能力等核心指標(biāo)符合要求，避免出錯。在管道防腐方面，現(xiàn)場環(huán)焊縫補(bǔ)口一般采用定向鉆穿越專用的熱收縮套，并在補(bǔ)口套兩端均加強(qiáng)一圈密封帶作為犧牲帶，但因搭接處的粘結(jié)力低于3層PE與鋼管本身的粘結(jié)力，在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于管道本身熱脹冷縮的原因，造成熱收縮套長期受到土壤應(yīng)力和摩擦力影響，在這種情況下熱收縮帶（套）容易早于干線管道防腐層失效，使得水平定向鉆穿越專用熱收縮帶（套）很容易起皺，甚至被刮翻，極易造成防腐層受損，影響工程質(zhì)量。

2 定向鉆穿越管道防腐建議

針對上述造成定向鉆穿越防腐層破壞的因素分析，中石油集團(tuán)公司編制了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY1477《定向鉆穿越管道外涂層技術(shù)規(guī)范》。該標(biāo)準(zhǔn)深刻總結(jié)了過往的工程經(jīng)驗，詳細(xì)規(guī)定了定向鉆穿越管道防護(hù)層的類型：即管體防腐層為雙層環(huán)氧粉時，外防護(hù)層采用無溶劑環(huán)氧耐磨涂層。目前國內(nèi)已普遍采用的是美國帕羅特涂料；管體防腐層為3PE，外防護(hù)層采用環(huán)氧玻璃鋼。在國內(nèi)重點工程上應(yīng)用較多的則是材料改性無溶劑環(huán)氧玻璃鋼。

根據(jù)Q/SY1477-2012《定向鉆穿越管道外涂層技術(shù)規(guī)范》，定向鉆穿越管道外涂層結(jié)構(gòu)及厚度應(yīng)符合表1的要求；水平定向鉆穿越外涂層補(bǔ)口應(yīng)根據(jù)管體防腐層類型結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件進(jìn)行選擇，可選用表2所示的結(jié)構(gòu)。

3 國外定向鉆管道防腐層的防護(hù)技術(shù)通用推薦

國際管道研究協(xié)會（Pipeline Research Council International，簡稱PRCI）關(guān)于定向鉆穿越防腐層專題研究報告認(rèn)為：軟土層、砂層或軟性巖土（如頁巖、泥巖），不需考慮HDD防腐層的磨損影響；硬巖（如花崗巖、石英巖、硬質(zhì)砂巖）地層穿越，可以采取適當(dāng)增加防腐層系統(tǒng)中的一種或多種材料的厚度，來消除防腐層磨損的影響。

美國腐蝕工程師協(xié)會（簡稱NACE）和加拿大石油生產(chǎn)商協(xié)會（簡稱CAPP）有關(guān)報告和指導(dǎo)手冊要求定向鉆穿越段選用的管道防腐層應(yīng)與陰極保護(hù)CP兼容（即采用粉性或液態(tài)防腐層），不推薦采用有陰極保護(hù)電流屏蔽作用的PE/PP防腐材料，推薦采用環(huán)氧粉或其他液態(tài)涂料做防腐層，建議外面再涂一層耐磨防護(hù)層，穿越段的補(bǔ)口要求采用液態(tài)環(huán)氧或相似的材料。

歐洲的保護(hù)方法則是推薦3PE防腐層，建議使用環(huán)氧玻璃鋼。

總之，無論北美還是歐洲，對復(fù)雜巖石地質(zhì)條件下的定向鉆穿越管道，普遍采取了防腐層+防護(hù)層結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

[1] 嚴(yán)麗蓓.水平定向鉆穿越中的泥漿問題[A].2010非開挖技術(shù)會議暨第十四屆中國國際非開挖技術(shù)研討會.2010年非開挖技術(shù)會議論文集[C].中國地質(zhì)學(xué)會非開挖技術(shù)專業(yè)委員會，2010.

[2] 曾強(qiáng)，陳彬源.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.