浅析定向钻穿越管道防腐层防护技术

吴昊夫

摘 要：该文主要分析了定向钻穿越管道施工中易造成防腐层破损的主要因素，并针对这些问题进行了探讨，提出了提升定向钻施工防腐管理水平适用的标准规范，并对国外定向钻防腐层的防护技术通用做法做了简要介绍。

关键词：定向钻穿越 防腐层 标准 防护技术 材料

中图分类号：TE988 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0127-02

从20世纪80年代初定向钻穿越（HDD）技术引入中国，迄今逾30年，技术发展日臻成熟，已成功穿越长江、黄河、汉江、海河、钱塘江等国内大中型河流以及国家级高铁、高速公路干线，取得了广泛的应用。水平定向钻穿越（HDD）技术具有准确度高、穿越距离长、施工速度快、机械化程度高、非开挖等特点，在油气建设领域使用广泛。

定向钻穿越要求管道防腐层具有较高的耐磨性、抗划伤性、良好的粘结力、极低的吸水率以及耐化学介质浸泡等性能。目前国内定向钻管道基本都采用加强级3PE作为防腐层，补口采用定向钻穿越专用带配套环氧底漆的辐射交联聚乙烯热收缩带，其前端再用半个热收缩带作为牺牲带，防腐形式选择比较简单，且缺少必要的防护措施。这些仅采用热收缩带对补口部位实施防护的措施对管道防腐层完整性防护效果较为有限。如若在复杂的地质条件下进行穿越施工，会使得穿越段管道外防腐层的完整性难以得到保证，尤其是在情况复杂的岩石层中，加强级的3PE防腐层管道不足以应对地下岩石的磨损，会造成防腐层的损伤甚至大面积脱落、钢管裸露，严重影响管道的使用寿命。

随着施工难度的不断加大，HDD管道防腐层划伤、损坏事故日趋严重，引起了业内的高度关注。鉴于地下穿越管道的不可检测性、不可修复性，以及其泄露所造成的社会影响和环境影响，笔者对定向钻防腐破损原因进行深入分析，对预防防腐层破损给出了相关建议，同时探讨借鉴国内外防腐层防护技术研究前沿，对复杂岩石地质条件等情况下的定向钻防护材料用材也做了相应说明。

1 定向钻造成防腐层破损的原因分析

定向钻穿越过程中，由于复杂恶劣的地质条件、不匹配的材质使用、不恰当的工艺措施以及不规范的操作等都有可能造成管道防腐层的损伤。

1.1 复杂的地质原因

随着油气管网全国各省市全覆盖，途径区域的地质条件日益复杂，尤其是穿越地层为硬质基岩、砂岩、砾石、卵石、溶洞等环境，会造成定向钻控向精度偏低，孔洞不圆滑，易产生凸点，砾石土中泥浆不能有效携带的碎石等问题，致使管道防腐层在穿越导向孔中会因刮擦、挤压而损伤，甚至被刺穿脱落。

1.2 泥浆原因

定向钻钻孔都处于地表下，一般都较为松散，对泥浆护壁性能、泥浆质量要求很高。泥浆配比是否合理，直接影响钻孔的稳定，还影响携带钻屑的能力，要严格观测泥浆的粘度、比重、含砂量、失水量、泥皮、酸碱值（pH值）、胶体率和稳定性等性能指标，尤其是基岩等地层，扩孔过程中，孔洞内壁不可能达到完全光滑，会有局部凸出的小岩石。如泥浆原因处理不慎，管道在回拖过程中不能保持悬浮状态，会增加回拖阻力，进而损伤到管道防腐层，更有甚者直接导致回拖失败。

1.3 特殊处理措施原因

对一些特殊地段或者特殊环境要求下的施工，往往采取一些特殊处理措施，加快施工进度。诸如在不具备挖发送沟、安装发送滚轮架的情况下，往往会依托现有地形地貌，就地取材用泥土堆码成梯形墩，高出地面50 mm做支撑，穿越管道置于其上。在回拖的过程中，要时刻注意采取润滑措施，否则会损伤到焊口处热收缩套及防腐层。

1.4 管材及防腐原因

对于非开挖定向钻穿越，不同材质都有相应的要求。无论何种材质都必须确保防腐度、壁厚、柔韧性、连接方式、抗拉能力等核心指标符合要求，避免出错。在管道防腐方面，现场环焊缝补口一般采用定向钻穿越专用的热收缩套，并在补口套两端均加强一圈密封带作为牺牲带，但因搭接处的粘结力低于3层PE与钢管本身的粘结力，在实际应用中发现，由于管道本身热胀冷缩的原因，造成热收缩套长期受到土壤应力和摩擦力影响，在这种情况下热收缩带（套）容易早于干线管道防腐层失效，使得水平定向钻穿越专用热收缩带（套）很容易起皱，甚至被刮翻，极易造成防腐层受损，影响工程质量。

2 定向钻穿越管道防腐建议

针对上述造成定向钻穿越防腐层破坏的因素分析，中石油集团公司编制了企业标准Q/SY1477《定向钻穿越管道外涂层技术规范》。该标准深刻总结了过往的工程经验，详细规定了定向钻穿越管道防護层的类型：即管体防腐层为双层环氧粉时，外防护层采用无溶剂环氧耐磨涂层。目前国内已普遍采用的是美国帕罗特涂料；管体防腐层为3PE，外防护层采用环氧玻璃钢。在国内重点工程上应用较多的则是材料改性无溶剂环氧玻璃钢。

根据Q/SY1477-2012《定向钻穿越管道外涂层技术规范》，定向钻穿越管道外涂层结构及厚度应符合表1的要求；水平定向钻穿越外涂层补口应根据管体防腐层类型结构和地质条件进行选择，可选用表2所示的结构。

3 国外定向钻管道防腐层的防护技术通用推荐

国际管道研究协会（Pipeline Research Council International，简称PRCI）关于定向钻穿越防腐层专题研究报告认为：软土层、砂层或软性岩土（如页岩、泥岩），不需考虑HDD防腐层的磨损影响；硬岩（如花岗岩、石英岩、硬质砂岩）地层穿越，可以采取适当增加防腐层系统中的一种或多种材料的厚度，来消除防腐层磨损的影响。

美国腐蚀工程师协会（简称NACE）和加拿大石油生产商协会（简称CAPP）有关报告和指导手册要求定向钻穿越段选用的管道防腐层应与阴极保护CP兼容（即采用粉性或液态防腐层），不推荐采用有阴极保护电流屏蔽作用的PE/PP防腐材料，推荐采用环氧粉或其他液态涂料做防腐层，建议外面再涂一层耐磨防护层，穿越段的补口要求采用液态环氧或相似的材料。

欧洲的保护方法则是推荐3PE防腐层，建议使用环氧玻璃钢。

总之，无论北美还是欧洲，对复杂岩石地质条件下的定向钻穿越管道，普遍采取了防腐层+防护层结构。

参考文献

[1] 严丽蓓.水平定向钻穿越中的泥浆问题[A].2010非开挖技术会议暨第十四届中国国际非开挖技术研讨会.2010年非开挖技术会议论文集[C].中国地质学会非开挖技术专业委员会，2010.

[2] 曾强，陈彬源.浅谈定向钻穿越中管道外防腐层的保护[J].天然气与石油，2008，26（4）：24-26.