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【摘 要】 水平定向钻穿越技术具有技术先进、精确度高、穿越距离长、非开挖等特点，在油气管道建设工程中得到广泛采用。然而复杂的地质状况和施工工艺，使得穿越段管道外防腐层的完整性很难得到保证，防腐层破损案例时有发生，损伤程度触目惊心。鉴于管道外防腐层完好性无法检测，一旦被腐蚀穿孔又很难修复。为确保定向钻穿越施工过程中管道外防腐层及补口部位不受损伤，避免发生泄漏造成环境污染和恶劣的社会影响，保证管道在投產后长期安全运行，在定向钻穿越管道防腐层外表面加保护层十分重要。本文主要介绍定向钻防腐层损坏因素，环氧玻璃钢防护层优点、施工工艺流程、质量检验方法等。
【关键词】 水平定向钻；油气管道；防腐层
从上世纪80年代初水平定向钻穿越技术引入我国，至今定向钻穿越已经多次应用于长江、黄河、淮河、渭河、黑龙江、钱塘江等国内所有大型河流穿越及铁路、公路穿越。管道定向钻穿越地质较为复杂，一般有硬质基岩、卵石、砾石、砂岩、花岗岩、石英岩、溶洞凸台等，很容易对回拖管道的3PE防腐层（三层结构聚乙烯加强级防腐层）造成损伤，特别是3PE补口带脱落，鉴于管道外防腐层完好性无法检测，一旦被腐蚀穿孔又很难修复。为确保定向钻穿越施工过程中管道外防腐层及补口部位不受损伤，避免发生泄漏造成环境污染和恶劣的社会影响，保证管道在投产后长期安全运行，在定向钻穿越管道防腐层外表面加保护层十分重要。如果定向钻穿越管道不加防护层，一旦3PE防腐层损伤，造成穿越失败，不但造成巨大的经济损失，还会影响工期，而且还会对相关单位信誉造成无法弥补损失，所以在定向钻穿越管道3PE外表面加防护层十分必要。
1 定向钻造成防腐层破损因素分析
定向钻穿越过程中，由于复杂恶劣的地质条件、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）复杂的地质条件，穿越地层为硬质基岩、卵石、砾石、砂岩、溶洞凸台等，复杂的地质条件造成定向钻孔洞不圆滑、控向精度偏低，砾石和碎石土中泥浆不能有效携带的碎砾等，管道防腐层在穿越孔中因刮擦、挤压而损伤，甚至被刺穿脱落。
（2）回拖管发送，发送沟内杂质未清除干净、管道发送时未放入沟内或发送沟内未灌水等情况下，进行管道回拖，防腐层易被划伤，包覆焊口的热收缩套（带）也容易被刮翻。
（3）特殊措施，对于一些地质构造复杂的水平定向钻穿越，施工中常常在出入土端夯入钢套管。如果钢套管端口在使用时被破坏而未处理，管道回拖进入钢套管时防腐层就可能遭到严重破坏，管体本身也会遭到破坏。
（4）泥浆配比，泥浆配比是否合理，不仅影响孔壁的稳定，还影响携带钻屑的能力，进而影响到管道外防腐层。由于水平定向钻钻孔、扩孔过程中，孔洞内壁不可能达到完全光滑，尤其是基岩地层，会有局部凸出的小岩石。管壁四周与孔洞之间虽有泥浆润滑，若泥浆配比不合理，管道在回拖过程中不能完全保持悬浮状态，可能会增加回拖阻力，从而损伤到管道外防腐层。
（5）环向焊缝补口质量，三层PE防腐管现场环焊缝补口一般采用水平定向钻穿越专用的带配套环氧底漆的辐射交联聚乙烯热收缩套。虽然补口套两端均加强一圈密封带做为牺牲带，防止口套脱开，但由于施工和各方面的原因，水平定向钻穿越专用热收缩带（套）与三层PE防腐层的搭接处的粘结力低于三层PE与钢管本身的粘结力。国外已经发现，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。特别是采用水平定向钻穿越河流施工时，在土壤摩擦力增加的情况下，水平定向钻穿越专用热收缩带（套）很容易起皱，甚至被刮翻。在施工过程中应采取措施严格检查环向焊缝补口质量。
（6）孔道大角度的借转，管道在通过大角度S型孔道时，管道外防腐层可能受到损伤。
（7）管道支撑点，在施工条件不具备挖发送沟、安装发送滚轮架的情况下，根据地形情况可用泥土堆码成梯形墩，高出地面50mm做支撑，穿越管道置于其上。在回拖的过程中，受拖力、管道自身的重量的作用，若支撑点上未采取润滑措施，也会损伤到焊口处热收缩套。
2 环氧玻璃钢防护层优点
在穿越施工中，管道顺利穿越过去就算成功，很少会关注穿越后防腐层的状况，即便在出土端发现了防腐层划伤现象，或知而不宣或因无法进行修复而不了了之。随着定向钻穿越技术在管道工程中的应用越来越多，地域环境及地质条件多变而复杂、穿越管径长度屡创纪录、施工难度不断加大，穿越失败反拖的情况也随之增多，正因如此，定向钻管道防腐层损坏问题也无法回避地、越来越多地显现出来，从而引发业内对管道运行安全的担忧，开始重视穿越段防腐层的保护问题。近年来在采取防腐层的基础上，采取了防腐层+环氧玻璃钢防护层结构，以保证管道防腐层完整性和长期安全运行。环氧玻璃钢防护层优点如下：
（1）优异的性能，环氧玻璃钢是采用改性环氧树脂和高强度玻璃纤维布粘接而成，保护层硬度高、有很好的耐划伤性能。实验室测试表明：固化48小时后使用Φ2mm钢质划伤头进行100Kg（相当于318MPa）抗划伤台架测试，平均划痕深度≤300?m，呈现出硬度高、耐划伤、耐磨损的优异性能。
（2）操作简便，环氧树脂常温固化，保护层施工简便；环氧玻璃钢保护层对于管道焊口补口部位的施工和保护层损伤部位的修补容易，操作简便
（3）优异的防腐性能，环氧玻璃钢保护层及配套技术与管道防腐层粘结性能好，在穿越过程中不易剥离
（4）良好的适应性，对于管道防腐材料及材料表面无特殊要求。
3 主要施工工艺流程
以环氧玻璃钢二油五布结构为例：施工准备→管线3PE保护层表面清理→管线3PE表面火焰极化处理（90-110℃）→管道表面粗化处理→稀释剂表面清洗→检查合格→火焰加热（70-90℃）→涂刷改性无溶剂环氧涂料→打腻子→涂刷改性无溶剂环氧涂料→对接贴衬玻璃丝布→涂刷改性无溶剂环氧涂料→对接贴衬玻璃丝布→涂刷改性无溶剂环氧涂料→涂刷改性无溶剂环氧涂料→检查合格→交付使用。 环氧玻璃钢防护层技术指标
序号 项目 测试温度 单位 指标 试验方法
1 拉伸强度 23℃ MPa ≥190 GB/T 1447
2 巴柯尔硬度 23℃ ≥30 GB/T 1447
3 砂箱试验（100次） 23℃ 边缘无翘边 Q/SY 1477附录B
4 耐划伤（50kg） 23℃ ?m ≤500 SY/T 4113
5 耐磨性 23℃ L/?m ≥3 SY/T 0315-2005附录J
6 抗1°弯曲 23℃ 无裂纹 SY/T 0315-2005附錄E
7 对PE粘结强度 23℃ MPa ≥3.5 Q/SY 1477附录A
a.涂层的厚度为1200?m（二布五油）；
b.厚度为4±0.1mm的聚乙烯片对厚度为1200?m的环氧玻璃钢，PE试片表面应进行粗糙化处理和火焰极化；
c.将环氧玻璃钢涂敷在带有3PE防腐层的管试件上，固化后按照Q/SY 1477附录A进行测试，3PE防腐层表面应进行粗糙化处理和火焰极化。
4 氧玻璃钢防护层检查方法
外观检验：应逐根进行目测检查，环氧玻璃钢表面应平整，无开裂、皱褶、空鼓、流挂、脱层、发白以及玻璃纤维外露，压边和搭接均匀且粘结紧密，玻璃布网孔为漆料所灌满。
厚度检验：环氧玻璃钢实干后，采用磁性涂层测厚仪逐根测试，沿每根钢管轴向随机取三个位置，测量每个位置圆周方向均匀分布的任意四点的涂层厚度并记录，其厚度不小于1.2mm。当测得的某一点的厚度值低于最小厚度要求时，应对受此影响的钢管沿轴向以lm的间隔逐段检测，若测得的平均值不符合要求或某一点的厚度值低于要求的最小厚度值50μm以上时，应进行补涂。涂层测厚仪应至少每班校正一次。
固化度检验：环氧玻璃钢固化后应逐根进行固化度检验。沿管子轴向测量平均分布的3个点，采用巴氏硬度计进行玻璃钢防护层硬度检验，检测结果应不小于30。
粘结强度检验：对连续涂敷的100根钢管至少抽一根（不足100根时以100根计）按照Q/SY 1477附录A规定的方法进行粘结强度测试，若不合格，应加倍检验，并应及时调整外护层涂敷工艺。粘结强度检验应在环氧玻璃钢防护层固化后进行。
5 结语
随着Q/SY 1477-2012《定向钻穿越管道外涂层技术规范》通过审查、发布，环氧玻璃钢在大中型长输管道工程定向钻管道防腐层保护中的应用越来越多，有效保障定向钻穿越段管道防腐层的完整性，提高了管道安全运。
【关键词】 水平定向钻；油气管道；防腐层
从上世纪80年代初水平定向钻穿越技术引入我国，至今定向钻穿越已经多次应用于长江、黄河、淮河、渭河、黑龙江、钱塘江等国内所有大型河流穿越及铁路、公路穿越。管道定向钻穿越地质较为复杂，一般有硬质基岩、卵石、砾石、砂岩、花岗岩、石英岩、溶洞凸台等，很容易对回拖管道的3PE防腐层（三层结构聚乙烯加强级防腐层）造成损伤，特别是3PE补口带脱落，鉴于管道外防腐层完好性无法检测，一旦被腐蚀穿孔又很难修复。为确保定向钻穿越施工过程中管道外防腐层及补口部位不受损伤，避免发生泄漏造成环境污染和恶劣的社会影响，保证管道在投产后长期安全运行，在定向钻穿越管道防腐层外表面加保护层十分重要。如果定向钻穿越管道不加防护层，一旦3PE防腐层损伤，造成穿越失败，不但造成巨大的经济损失，还会影响工期，而且还会对相关单位信誉造成无法弥补损失，所以在定向钻穿越管道3PE外表面加防护层十分必要。
1 定向钻造成防腐层破损因素分析
定向钻穿越过程中，由于复杂恶劣的地质条件、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）复杂的地质条件，穿越地层为硬质基岩、卵石、砾石、砂岩、溶洞凸台等，复杂的地质条件造成定向钻孔洞不圆滑、控向精度偏低，砾石和碎石土中泥浆不能有效携带的碎砾等，管道防腐层在穿越孔中因刮擦、挤压而损伤，甚至被刺穿脱落。
（2）回拖管发送，发送沟内杂质未清除干净、管道发送时未放入沟内或发送沟内未灌水等情况下，进行管道回拖，防腐层易被划伤，包覆焊口的热收缩套（带）也容易被刮翻。
（3）特殊措施，对于一些地质构造复杂的水平定向钻穿越，施工中常常在出入土端夯入钢套管。如果钢套管端口在使用时被破坏而未处理，管道回拖进入钢套管时防腐层就可能遭到严重破坏，管体本身也会遭到破坏。
（4）泥浆配比，泥浆配比是否合理，不仅影响孔壁的稳定，还影响携带钻屑的能力，进而影响到管道外防腐层。由于水平定向钻钻孔、扩孔过程中，孔洞内壁不可能达到完全光滑，尤其是基岩地层，会有局部凸出的小岩石。管壁四周与孔洞之间虽有泥浆润滑，若泥浆配比不合理，管道在回拖过程中不能完全保持悬浮状态，可能会增加回拖阻力，从而损伤到管道外防腐层。
（5）环向焊缝补口质量，三层PE防腐管现场环焊缝补口一般采用水平定向钻穿越专用的带配套环氧底漆的辐射交联聚乙烯热收缩套。虽然补口套两端均加强一圈密封带做为牺牲带，防止口套脱开，但由于施工和各方面的原因，水平定向钻穿越专用热收缩带（套）与三层PE防腐层的搭接处的粘结力低于三层PE与钢管本身的粘结力。国外已经发现，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。特别是采用水平定向钻穿越河流施工时，在土壤摩擦力增加的情况下，水平定向钻穿越专用热收缩带（套）很容易起皱，甚至被刮翻。在施工过程中应采取措施严格检查环向焊缝补口质量。
（6）孔道大角度的借转，管道在通过大角度S型孔道时，管道外防腐层可能受到损伤。
（7）管道支撑点，在施工条件不具备挖发送沟、安装发送滚轮架的情况下，根据地形情况可用泥土堆码成梯形墩，高出地面50mm做支撑，穿越管道置于其上。在回拖的过程中，受拖力、管道自身的重量的作用，若支撑点上未采取润滑措施，也会损伤到焊口处热收缩套。
2 环氧玻璃钢防护层优点
在穿越施工中，管道顺利穿越过去就算成功，很少会关注穿越后防腐层的状况，即便在出土端发现了防腐层划伤现象，或知而不宣或因无法进行修复而不了了之。随着定向钻穿越技术在管道工程中的应用越来越多，地域环境及地质条件多变而复杂、穿越管径长度屡创纪录、施工难度不断加大，穿越失败反拖的情况也随之增多，正因如此，定向钻管道防腐层损坏问题也无法回避地、越来越多地显现出来，从而引发业内对管道运行安全的担忧，开始重视穿越段防腐层的保护问题。近年来在采取防腐层的基础上，采取了防腐层+环氧玻璃钢防护层结构，以保证管道防腐层完整性和长期安全运行。环氧玻璃钢防护层优点如下：
（1）优异的性能，环氧玻璃钢是采用改性环氧树脂和高强度玻璃纤维布粘接而成，保护层硬度高、有很好的耐划伤性能。实验室测试表明：固化48小时后使用Φ2mm钢质划伤头进行100Kg（相当于318MPa）抗划伤台架测试，平均划痕深度≤300?m，呈现出硬度高、耐划伤、耐磨损的优异性能。
（2）操作简便，环氧树脂常温固化，保护层施工简便；环氧玻璃钢保护层对于管道焊口补口部位的施工和保护层损伤部位的修补容易，操作简便
（3）优异的防腐性能，环氧玻璃钢保护层及配套技术与管道防腐层粘结性能好，在穿越过程中不易剥离
（4）良好的适应性，对于管道防腐材料及材料表面无特殊要求。
3 主要施工工艺流程
以环氧玻璃钢二油五布结构为例：施工准备→管线3PE保护层表面清理→管线3PE表面火焰极化处理（90-110℃）→管道表面粗化处理→稀释剂表面清洗→检查合格→火焰加热（70-90℃）→涂刷改性无溶剂环氧涂料→打腻子→涂刷改性无溶剂环氧涂料→对接贴衬玻璃丝布→涂刷改性无溶剂环氧涂料→对接贴衬玻璃丝布→涂刷改性无溶剂环氧涂料→涂刷改性无溶剂环氧涂料→检查合格→交付使用。 环氧玻璃钢防护层技术指标
序号 项目 测试温度 单位 指标 试验方法
1 拉伸强度 23℃ MPa ≥190 GB/T 1447
2 巴柯尔硬度 23℃ ≥30 GB/T 1447
3 砂箱试验（100次） 23℃ 边缘无翘边 Q/SY 1477附录B
4 耐划伤（50kg） 23℃ ?m ≤500 SY/T 4113
5 耐磨性 23℃ L/?m ≥3 SY/T 0315-2005附录J
6 抗1°弯曲 23℃ 无裂纹 SY/T 0315-2005附錄E
7 对PE粘结强度 23℃ MPa ≥3.5 Q/SY 1477附录A
a.涂层的厚度为1200?m（二布五油）；
b.厚度为4±0.1mm的聚乙烯片对厚度为1200?m的环氧玻璃钢，PE试片表面应进行粗糙化处理和火焰极化；
c.将环氧玻璃钢涂敷在带有3PE防腐层的管试件上，固化后按照Q/SY 1477附录A进行测试，3PE防腐层表面应进行粗糙化处理和火焰极化。
4 氧玻璃钢防护层检查方法
外观检验：应逐根进行目测检查，环氧玻璃钢表面应平整，无开裂、皱褶、空鼓、流挂、脱层、发白以及玻璃纤维外露，压边和搭接均匀且粘结紧密，玻璃布网孔为漆料所灌满。
厚度检验：环氧玻璃钢实干后，采用磁性涂层测厚仪逐根测试，沿每根钢管轴向随机取三个位置，测量每个位置圆周方向均匀分布的任意四点的涂层厚度并记录，其厚度不小于1.2mm。当测得的某一点的厚度值低于最小厚度要求时，应对受此影响的钢管沿轴向以lm的间隔逐段检测，若测得的平均值不符合要求或某一点的厚度值低于要求的最小厚度值50μm以上时，应进行补涂。涂层测厚仪应至少每班校正一次。
固化度检验：环氧玻璃钢固化后应逐根进行固化度检验。沿管子轴向测量平均分布的3个点，采用巴氏硬度计进行玻璃钢防护层硬度检验，检测结果应不小于30。
粘结强度检验：对连续涂敷的100根钢管至少抽一根（不足100根时以100根计）按照Q/SY 1477附录A规定的方法进行粘结强度测试，若不合格，应加倍检验，并应及时调整外护层涂敷工艺。粘结强度检验应在环氧玻璃钢防护层固化后进行。
5 结语
随着Q/SY 1477-2012《定向钻穿越管道外涂层技术规范》通过审查、发布，环氧玻璃钢在大中型长输管道工程定向钻管道防腐层保护中的应用越来越多，有效保障定向钻穿越段管道防腐层的完整性，提高了管道安全运。