環氧玻璃鋼外防護層技術在長江定向鉆穿越中的應用

梁桂海，唐 勇，吳永峰，溫國志，朱 永

中國石油長慶油田分公司技術監測中心 （陜西 西安 710018）

目前國內的水平定向鉆穿越外涂層結構主要有：加強級3層聚乙烯(3LPE)防腐層結構、加強級2層熔結環氧粉末（FBE）防腐層結構、增強型3層聚乙烯（FBE+膠粘劑+聚乙烯）防腐層結構等類型。溶結環氧粉末（FBE）雖然在硬度方面優于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境中，主要選用3層聚乙烯防腐層(3LPE)結構。

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

1 工程應用

江都—如東天然氣管道項目是將如東LNG接收站天然氣輸往蘇中地區，并實現與冀寧管道、西氣東輸管道連接的重要管道。項目三期 （泰興-芙蓉段）工程中最大的控制性工程為長江定向鉆穿越，在靖江與江陰之間穿越長江，采用Φ711mm雙管代替單管Φ1 016mm定向鉆穿越，同時并行Φ406.4mm成品油管道，穿越長度均達到3 300m（單管實長），是國內同管徑中最大的長距離大口徑定向鉆穿越工程。穿越管道采用加強級聚乙烯防腐層(3LPE)結構。管道主要穿越的地層分布為素填土、淤泥質粉質粘土、粉砂、中砂、礫石層。

如此長距離、大口徑的穿越管道在回拖過程中，主要風險有2項：①管體3LPE防腐層穿過礫石層被磨損和劃傷；②每條穿越管道約300個補口套、犧牲套與原管道3LPE在搭接處形成3～5mm的凸起，回拖時受軸向磨阻力作用易產生滑脫，使補口失效；給工程后期安全運行帶來了很大風險。為了提高穿越工程施工及后期運行的安全性，針對穿越施工的具體困難，經過方案對比優化，決定利用環氧玻璃鋼表面硬度高、耐劃傷、耐磨、對PE粘結牢固的特性，引入環氧玻璃鋼外防護層技術為長江定向鉆穿越管道的3LPE防腐層提供全覆蓋型的機械性能保護以克服其在定向鉆穿越過程中可能產生的磨損、劃傷及補口套滑脫等類型的損傷。

2 環氧玻璃鋼防護層技術指標

2.1 技術指標選取

定向鉆穿越管道環氧玻璃鋼保護層技術在我國還未得到廣泛的應用，現階段國家標準中還沒有可供選用的施工規范和檢驗標準，只有中國石油天然氣集團公司Q/SY 1477-2012《定向鉆穿越管道外涂層技術規范》的報批稿可供借鑒[2]。工程人員將長江定向鉆穿越實際和該技術規范認真加以結合，選取了該企業標準中和環氧玻璃鋼保護層有關的巴柯爾硬度、耐劃傷（50kg）、耐磨性、抗 1°彎曲、對 PE 粘結強度等5項關鍵技術指標來對本穿越工程環氧玻璃鋼保護層進行質量控制和性能檢驗。并確定環氧玻璃鋼保護層整體厚度應不小于1.2mm，結構為二布五膠，即環氧樹脂（表干）+環氧樹脂+玻璃布+環氧樹脂+玻璃布+環氧樹脂 （表干）+環氧樹脂，3PE防腐層表面應進行粗糙化處理。

同時要求在正式用于工程施工前先將環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進行測試，以確認五大指標和厚度均符合控制要求后方可正式應用于穿越管道。

2.2 原材料基本要求

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

2）應具有出廠質量證明書及檢驗報告、使用說明書、出廠合格證,包裝上生產廠家、材料型號、批號、生產日期、有效期、搬運、存放要求等信息齊全清晰。

3）使用前均應由國家計量認證的檢驗機構按技術要求進行性能檢驗并提供相關檢測證書。

3 安裝工藝

環氧玻璃鋼的涂敷宜在現場3層結構聚乙烯防腐層補口、補傷完成并檢驗合格后進行，環氧玻璃鋼的結構為二布五膠，即環氧樹脂（表干）+環氧樹脂+玻璃布+環氧樹脂+玻璃布+環氧樹脂 （表干）+環氧樹脂[3-5]。

3.1 安裝包覆部位表面處理

1）將3LPE及補口熱縮帶表面油污、灰塵、雜物等清理干凈。

2）將3LPE預熱至80～90℃，鋼絲刷交叉拉毛，拉毛深度0.3～0.4mm；補口熱縮帶不用預熱處理，只需輕微拉毛，以免損傷熱縮帶補口結構。

3.2 涂刷環氧樹脂膠和纏繞玻璃纖維布

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

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

3）玻璃纖維布的裁剪，根據包覆管徑，計算裁切周向包覆一周的長度。

4）在第2層環氧樹脂膠還濕潤下，將玻璃纖維布撐平繃緊，先將一端搭接在涂覆區，然后環向纏繞，環向纏繞搭接10%，邊纏繞邊周向滾刷，保證玻璃纖維布完全被涂料濕潤，沒有露白空鼓現象；玻璃纖維布兩端搭接時先在搭接區涂刷一層涂料，環向搭接區長度不低于150mm。

5）根據設計玻璃鋼的層數，重復步驟2～4。

6）最后一層玻璃纖維布纏繞完畢，完全被涂料潤濕后，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）環氧玻璃鋼固化溫度及時間應嚴格按照產品說明書進行控制。

防護層涂敷前，先在一根加強級3層聚乙烯防腐管上進行環氧玻璃鋼防護層涂敷工藝評定，確定3LPE防腐層表面加熱、打磨、清理相關處理工藝，并檢驗防護層厚度和附著力等技術指標合格后，編制防護層涂敷工藝規程。

4 質量檢驗

4.1 環氧玻璃鋼防護層應進行檢驗

1）外觀檢驗：逐根進行目測檢查，環氧玻璃鋼表面應平整，無開裂、皺褶、空鼓、流掛、脫層、發白以及玻璃纖維外露，壓邊和搭接均勻且粘結緊密，玻璃布網孔為漆料所灌滿。

2）厚度檢驗：環氧玻璃鋼實干后，采用磁性涂層測厚儀逐根測試，沿每根鋼管軸向隨機取3個位置，測量每個位置圓周方向均勻分布的任意4點的涂層厚度并記錄，防護層厚度應不小于1.2mm。

3）硬度檢驗：環氧玻璃鋼固化后逐根進行硬度檢驗，沿管子軸向測量平均分布的3個點，采用巴柯爾硬度計進行玻璃鋼防護層硬度檢驗，檢測結果應不小于30HD。

4）對PE層粘結強度檢驗：對連續涂敷的100根鋼管至少抽一根 （不足100根時以100根計）按照Q/SY 1477-2012附錄A規定的方法 （采用便攜式涂層粘結強度測試儀）進行粘結強度測試，若不合格，應加倍檢驗，并應及時調整外護層涂敷工藝。粘結強度檢驗應在環氧玻璃鋼防護層固化后進行。

4.2 原材料檢驗批檢驗

環氧樹脂、玻璃纖維布在使用前及以后的每批（環氧樹脂不超過 10t、玻璃布不超過 2t）應對照Q/SY 1477-2012《定向鉆穿越管道外涂層技術規范》表5、表6的全部項目進行檢驗，如有一項不合格，則加倍檢驗，若仍有不合格項，則該批產品判定為不合格。檢驗應在經國家計量認證的實驗室進行，并提供檢驗報告。

5 補傷

若環氧玻璃鋼保護層有損傷，應首先對損傷部位3LPE防腐層進行檢查，防腐層檢查合格后，應對損傷部位環氧玻璃鋼保護層進行補傷。施工方法及要求與保護層施工要求相同，應保證修補后的表面平滑、均勻過渡、無凸起及凹坑。

6 防護層實際技術指標測試

按工藝評定確定的工藝規程進行了環氧玻璃鋼防護層試制，經外觀和厚度檢測合格后，向中國石油天然氣管道科學研究院防腐檢測中心送樣進行主要技術指標檢測，結果見表1。

通過表1可知，環氧玻璃鋼防護層質量良好，技術指標完全能達到相應標準的要求。

表1 環氧玻璃鋼檢測數據

7 應用效果

因環氧玻璃鋼防護層具有較大的對PE層粘結強度，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械性能保護。同時防護層表面光滑，有效消除了穿越管道回拖時因補口套和犧牲套搭接凸臺形成的軸向磨阻力，降低了整體回拖阻力和補口套、犧牲套滑脫的風險。在長江定向鉆穿越實際的應用中，分別對回拖完成的3條穿越管道進行音頻檢漏，未發現一處漏點，確保了穿越管道PE層未出現劃傷和補口套撕裂脫落，為穿越管道后期的安全運行提供了有效保障。同時還減輕了回拖阻力，有效地縮短了回拖時間，節約了施工作業成本，取得了良好的經濟效益和質量安全保證。

8 結束語

隨著國家近年來對能源需求的進一步增大，在長輸管道建設方面的投入不斷加強，穿越長江、黃河、淮河等大型江河的大口徑、長距離定向鉆穿越工程還將不斷出現。這些定向鉆穿越工程投入大、檢修困難、安全運行要求高，如何加強穿越施工和運行過程中防腐層的保護就變得尤為重要。通過對環氧玻璃鋼外防護層技術在長江定向鉆穿越中的成功應用進行介紹，希望對同行業在大型江河定向鉆穿越管道的防腐層保護方面提供借鑒。

[1]曾強，陳彬源，劉海祿，等.淺談定向鉆穿越中管道外防腐層的保護[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規范 （報批稿）[S].

[3]黃先中,張孟良,安吉全,等.改性無溶劑環氧玻璃鋼在定向鉆穿越防護的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2013(22)：119-120.

[4]馮少廣，李榮光，王文榮，等.定向鉆穿越3PE防腐層碳纖維復合材料防護技術[J].實驗研究，2013,32(1)：47-50.

[5]李軍，謝風春，竇宏強.光固化保護套在定向鉆穿越管道上的應用[J].石油工程建設，2012,38(3)：35-38.