光固化保護套在定向鉆穿越管道上的應用

李軍，謝風春，竇宏強

（中國石油天然氣管道局國際事業(yè)部，河北廊坊065000）

光固化保護套在定向鉆穿越管道上的應用

李軍，謝風春，竇宏強

（中國石油天然氣管道局國際事業(yè)部，河北廊坊065000）

黑龍江定向鉆穿越管道采用工廠預制3LPE外防腐層，為保護外防腐層，在防腐層外又包覆了一層可光固化的改性環(huán)氧玻璃鋼防護層。文章從光固化材料管道保護套的技術(shù)指標、主要施工技術(shù)措施、管道起重方案、光固化材料的保護作用及工程應用效果等方面介紹了該材料在定向鉆穿越管道上的應用。應用效果表明，包覆了該材料的管道在回拖后，即使出現(xiàn)少量的劃痕，經(jīng)過計算也具有超過50年的使用壽命，遠高于20年的設(shè)計使用壽命。

水平定向鉆；管道；光固化材料；防腐層保護；施工

0 引言

中俄原油管道黑龍江定向鉆穿越工程位于中俄兩國邊境，是俄羅斯斯科沃羅季諾泵站到中國漠河泵站石油管道系統(tǒng)的組成部分。管道的設(shè)計壓力為6.4MPa，管徑820mm，壁厚15.9 mm，采用K56級直縫埋弧焊鋼管。管道穿越水平長度約為1110 m。

黑龍江穿越段管道采用工廠預制三層聚乙烯（3LPE）的多層結(jié)構(gòu)加強級外防腐層，防腐層厚度≥3 mm；補口采用CANSUA的定向鉆穿越專用補口帶；同時為保護穿越過程中管道外防腐層完好，防腐層外又包覆了一層可光固化的改性環(huán)氧玻璃鋼防護層。

1 光固化材料管道保護套的技術(shù)指標

光固化材料（PSI FiberTec，簡稱FB管道保護套）滿足以下德國工業(yè)標準和歐洲工業(yè)標準：EN 12068/DIN 30672 C/50 DVGW，DIN 53479，DIN 53455，DIN 53457，DIN 53452，DIN 53454，DIN 53464，DIN 53453，DIN 53459，DIN VDE 0303/ IEC 243，DIN VDE 0303/IEC 93。

2 包覆FB管道保護套的技術(shù)要點

2.1 施工前準備

（1）物資儲備及運輸。光固化材料為進口材料，對儲存條件要求較高（防光照、防低溫），應當組織專車運輸至施工現(xiàn)場。在儲存和運輸FB管道保護套時，必須水平擺放，溫度盡量保持在5～ 45℃，并且應存放在專用倉庫內(nèi)，以確保材料特性的可靠及穩(wěn)定。

（2）保溫棚的搭設(shè)及保溫（在低溫環(huán)境下施工時）。搭設(shè)的保溫棚要采取升溫和保溫措施，以保證施工環(huán)境溫度不低于5℃。

（3）現(xiàn)場場地平整。因管道施工現(xiàn)場不具備施工條件，需組織人員對場地進行平整；在平整后現(xiàn)場情況仍不能達到施工要求的，應搭設(shè)臨時組合施工平臺（采用木墩及跳板，根據(jù)現(xiàn)場情況訂制），以確保施工的順利進行。

（4）機具到場就位。將所有施工需要機具進行調(diào)試、擺放到位。

2.2 FB管道保護套施工技術(shù)要求

（1）FB管道保護套的操作人員須經(jīng)過專業(yè)培訓，并取得相應證書。

（2）對到達現(xiàn)場的FB管道保護套進行開箱檢查（有效期為6個月），打開包裝箱后，應檢查產(chǎn)品外包裝的防光包覆是否完整。

（3）清除管道表面上的污垢，保證包覆范圍干凈、干燥。

（4）打開FB管道保護套，先將其中的一面保護貼膜全部揭下，然后將揭去膜的一面仔細地包覆在管道表面上。分段垂直包覆，順序為從管道1點鐘和3點鐘方位開始，繞到管道底端，撕開內(nèi)層膜（黃色或藍色），重合處向下，用手用力固定重合處。

（5）包覆FB管道保護套時特別要注意緊貼管壁，并要稍稍用力拉緊，同時用手從中間向兩端推，使保護套貼合管道表面，這可以去除保護套與管道表面之間的空氣，使得管壁與保護套材料緊密粘貼。

（6）纏繞后的FB管道保護套的粘接位置必須符合施工要求，根據(jù)管徑不同，粘接寬度不同，但保護套兩端的重疊部分至少要有8 cm（包括縱向重疊部分和環(huán)形重疊部分）。

（7）FB管道保護套的縱向粘接位置：縱向重疊處必須在管道的1點鐘至3點鐘位置，相鄰的兩個重疊處不能在同一直線上，從而防止4層材料重合在同一位置，不利于充分固化；應保證兩個保護套的粘接位置相錯15°以上。

（8）將面向操作人員的另一面黑色膜和內(nèi)層的玫瑰色膜撕下，使得產(chǎn)品開始發(fā)生光敏反應（注意在撕下此兩層膜的同時，一定要注意操作方式，即順著管壁操作，以免使尚未發(fā)生光敏反應的FB材料與管壁脫離而產(chǎn)生空氣間隙）。

（9）用透明膜以45°角包覆拉緊管道保護套表面，兩端用封箱膠帶固定，透明膜不用撕開，因為它可以讓紫外線通過，還可以在固化時防止材料接觸到雨水等。

（10）包覆后應反復檢查包覆質(zhì)量，如有暇疵應及時處理補救。

（11）最后，使用紫光燈組（每個紫光燈功率1 kW、每組4個）對保護套進行光照1~4 h（視現(xiàn)場具體情況而定），直至保護套完全固化。固化完成后，可在陽光下放置1~2 d。

3 FB管道保護套施工注意事項

3.1 對施工環(huán)境的要求

在包覆FB管道保護套前，管道表面溫度必須低于75℃，而FB管道保護套包覆時的溫度必須低于40℃。環(huán)境溫度必須在0℃以上，否則不得施工。

安裝FB管道保護套時必須考慮到相對濕度，F(xiàn)B管道保護套亦可安裝在潮濕的環(huán)境中，但當溫度達到露點或在管道表面結(jié)有冷凝水時，則不可安裝FB管道保護套。

為了達到最理想的粘貼效果，以防固化前脫落，安裝時管道表面必須保持干燥。

3.2 包覆缺陷修補

（1）包覆完FB管道保護套后必須進行全線檢查，如果產(chǎn)品表面有破損，露出了里面的防腐層，則必須進行修補。修補方法可以用另一小塊FB管道保護套貼補，并用人造紫外光固化這一小塊。

（2）包覆完FB管道保護套后，保護套中間如有氣泡，可采用尖銳器物（如裁紙刀）劃破氣泡后用力壓平，再用橡膠錘反復敲擊壓實后進行紫外光固化。

3.3 FB保護套缺陷處理

如發(fā)現(xiàn)FB保護套有污染、變質(zhì)、硬化的情況，不得強行使用。在包覆過程中，如FB保護套包覆時間過長或接觸紫外光造成固化，不能和被保護管道緊密結(jié)合，必須去掉舊保護套，使用新FB保護套重新包覆。

3.4 管道支撐位置的包覆

可在管道其他部分包上FB管道保護套后再包覆支撐位置的FB管道保護套。

首先用保護套將支撐部分的兩邊全部包完，每邊搭接的寬度不小于70 cm，移開支撐后再包裹支撐處，但不是在完全固化前完成。

3.5 成品、半成品保護措施

（1）施工前先清理作業(yè)場地，必要時可架設(shè)防塵網(wǎng)布。

（2）管道保護套在干燥過程中要防雨水、防撞擊、防踏踩。

（3）施工時，要嚴格遵循自上而下、先難后易的原則，以確保保護面層不被損壞。

（4）拆除管道托架時，不得碰壞已包覆好的保護套，對因各種原因損傷的保護套應及時補好，不得遺漏。

4 管道起重方案

為了管道施工的便利及保護管道，為了便于FB管道保護套的安裝，提供了如下起吊方案。

（1）采用D 57 mm鋼管焊接成四腳架，四腳架高3 m，使用倒鏈起吊或起重機起吊。

（2）采用起吊帶包覆已絕緣好的穿越管道，掛上倒鏈（每隔12~15 m一個），用人工按照前后順序，在統(tǒng)一指揮下依次起重，起重高度依次升高。

（3）一次起重使用5~8個四腳架，（視現(xiàn)場情況而定）。為了保證管道在起吊過程中的安全，應通過計算管道重量來確定吊裝設(shè)備；起吊高度不超過60 cm。

5 光固化材料的保護作用

黑龍江穿越工程是中俄原油管道建設(shè)的控制性工程，橫跨中俄兩國界河。黑龍江江底地質(zhì)條件異常復雜，江岸離穿越入出土端約100 m左右為卵石、碎石層，其余1 000 m左右地質(zhì)為中度風化中細粒和中粗粒長石砂巖層、泥巖、強風化巖石、碎石等各類地層。由于黑龍江底巖石層的破碎，回拖過程中可能造成管道防腐層的破壞，如果防腐層發(fā)生一定面積的破損，俄方業(yè)主將不予驗收。

FB光固化套含有高科技光敏材料，具有極好的抵抗化學溶劑腐蝕的性能，在管道穿越施工中采用FB光固化套可以徹底排除犧牲套被拖拉損壞的可能性，可更好地保護穿越管道。經(jīng)過試回拖過程中使用和不使用光固化材料的對比，證明光固化材料對穿越管道有極好的保護作用。

在主管第一次試回拖時，沒有采用光固化材料包覆，在管道出洞后檢查試回拖管段，發(fā)現(xiàn)防腐層損壞嚴重，根據(jù)俄羅斯原油泵站（斯科沃羅季諾）至中國原油泵站（漠河）石油管道系統(tǒng)黑龍江穿越主管道三聯(lián)管試回拖結(jié)果，由中俄雙方業(yè)主、中石油管道局（CPP）、設(shè)計監(jiān)督和獨立技術(shù)監(jiān)理代表組成的委員會在檢查中發(fā)現(xiàn)了19處不可接受的工廠防腐層和Canusa-CPSTBK-65-813×600熱收縮套破損，其中包括直達管體的工廠防腐層損壞（3處缺陷）、熱收縮套劃傷、焊口裸露（2處缺陷）等，見圖1。這一結(jié)果表明，必須在回拖時對穿越管進行補充防護。

圖1 黑龍江穿越項目第一次試回拖防腐層缺陷

采用光固化材料進行包覆后，進行了第二次試回拖，結(jié)果防腐層的情況有了明顯改善，見圖2。光固化材料發(fā)生的破壞絕大多數(shù)是磨損，即使光固化材料發(fā)生了剝離，防腐層也得到保護，沒有發(fā)生破壞。

圖2 光固化材料包覆后第二次試回拖結(jié)果

6 光固化材料的應用效果（見表1）

黑龍江定向鉆穿越項目在管道回拖后，中方和俄方技術(shù)專家對其進行了智能檢測，檢查了管道的劃傷、內(nèi)凹、變形等缺陷，獲得了如下結(jié)果。

黑龍江穿越管道使用了直徑820 mm、標準壁厚15.9 mm、鋼強度等級為K60的直縫鋼管，管段等級根據(jù)《建筑標準和規(guī)范2.05.06-85-B》評定。

在對黑龍江穿越管道檢測時發(fā)現(xiàn)了劃傷缺陷，按劃傷示意圖計算了缺陷強度和使用年限，見表1。按金屬腐蝕損失示意圖計算黑龍江穿越管道劃傷缺陷的使用年限，結(jié)果表明，當腐蝕深度增長速度為0.03 mm/a時，所有劃傷的有效使用期限都大于50年，遠遠高于20年的設(shè)計使用壽命（不包覆光固化材料的管道設(shè)計壽命）。

表1 黑龍江穿越管道劃傷缺陷參數(shù)

[1]馬曉成，詹勝文，陳吉吉.中俄黑龍江定向鉆穿越回拖管道防腐層保護探討[J].石油工程建設(shè)，2010，36（5）：51-52.

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.03.010

李軍（1957-），男，甘肅嘉峪關(guān)人，高級工程師，2005年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學，現(xiàn)從事管道工程施工工作。

2011-05-17