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光固化保护套在定向钻穿越防腐层保护的应用

发布时间:2017-06-16 19:34:55浏览次数:
    在水平定向钻施工中,经常会遇到硬地层,采用三层PE防腐层的管道在回拖时常发生管身划伤裸露或包覆焊口的热收缩套(带)被刮翻的现象.对于穿越此类地质的管道防腐层保护,成为业内研究的课题.佛山市西江穿越工程尝试用纤维增强型光敏高分子聚合物光固化保护套材料作为燃气管道防腐层外牺牲保护套,取得很好的保护效果.
    西江穿越工程是佛山市天然气利用工程二期南庄至明城段的控制性节点,穿越场地位于佛山市高明区和三水区之间,工程采用水平定向钻穿越,穿越水平全长约1468m,穿越管道外径为508mm.地质勘探显示,西江穿越段的地质情况复杂,河床广泛裸露圆砾、卵石等碎石土,层厚而绵延,从东岸到河床均有覆盖, 大厚度达20m,长达650m;碎石土下为风化程度不同的岩石层,局部发育溶洞;靠西岸侧从上到下为粘土、圆砾、砾砂层和角砾层;西岸主要为粘土层;东岸从上到下为粉砂、圆砾卵石和岩石层;溶洞主要分布于河床中线两侧.水平定向钻穿越轨迹需经过22个地层、l5种地质结构,地层交错,变换频繁.业界专家称,西江穿越工程施工难度之大,堪称“亚洲难”.为确保定向钻工程的顺利实施,建设单位组织中石油、中石化、中海油等定向钻方面的专家学者进行研讨、交流,并做了多次实地勘察,先后组织了两次专家评审会,对设计施工方案进行反复论证,完善了设计施工技术方案.
2 设计的防腐方案和施工技术方案
    对于防腐方案,设计文件规定:西江穿越段管道防腐采用工厂预制三层结构聚乙烯加强级防腐层(简称3PE防腐层),按石油天然气行业标准SY/T0413-2002《埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准》验收,考虑到安全余量,订货时进行了加强,要求防腐层厚度不小于3.5mm;现场焊缝补n采用由辐射交联聚烯烃基材和特种密封热熔胶复合而成的热收缩套(配环氧底漆),订货选用了质量上乘的美国Raychem公司定向钻穿越**热收缩套系列产品;补口套两端均应加强一圈密封带,防止补口套脱开.
    穿越入土点设在西岸佛山监狱绿化地,出土点在东岸农田.施工技术方案主要针对碎石土的成孔提出了措施,主要有:出土段套管隔离卵石圆砾,土段角砾层使用高标准泥浆护壁.
    同时要求在定向钻施工过程中,应尽量使导向孔符合设计轨迹,进行5级扩孔和充分的洗孔,保证定向钻孔洞圆滑、平缓过渡;采用浮力控制措施,让管道在回拖过程中保持悬浮状态,尽量减少孔壁对穿越管道防腐层的损伤.
    其他措施包括:针对不同地质配制泥浆,起到护壁、润滑、携带钻屑的作用;针对软硬不均地质易造成蛇形孔道或凸台,要求主管回拖前进行小段管试验回拖,检验成孔状况,发现凸台进行修磨等问题的提出
    施工中采用出土段套管隔离卵石圆砾、入土段角砾层使用泥浆护壁等措施,较好地解决了卵砾、角砾等不良地质的钻进和扩孔问题,局部溶洞经泥浆填充后,也顺利完成钻进和扩孔,期问显示的泥浆压力均正常.完成扩孔和洗孔后,按要求进行小段管试验回拖,意想不到的事情发生了:2010年12月中旬,在管道试验回拖过程中发现管道被挤瘪变形.
    经修磨孔道多次洗孔后,二次试回拖管道虽无变形,但管道防腐层损伤仍然非常严重,发生刺穿及脱落.试回拖管道及防腐损层伤情况见图1、2.
 
 
    本穿越管道埋深在河床40m以下,上面是西江航道,因此穿越管道的3PE防腐层一旦破损,几乎无法修复,给管道日后的运行管理带来潜在的风险及安全隐患.鉴于此,设计文件明确要求穿越江底的管道防腐层须完好.分析认为,造成防腐层损伤的主要原因在于:复杂的地质条件造成定向钻孔洞不圆滑、控向精度偏低,加之管道刚度大,穿越地层破碎,砾石和碎石土中泥浆不能有效携带的碎砾、溶洞凸台及穿越孔中的岩石与3PE防腐层摩擦、挤压,造成3PE防腐层损伤,甚至被刺穿脱落.这样,就提出了在如此复杂的穿越地质环境下如何在回拖中保护管道3PE防腐层不受损伤问题.另外,亟待解决的难题还有:回拖孔道已经形成,孔道所处的地质频繁交错变换,靠泥浆维持井壁与地层的平衡难以持久,具有大的不确定性,一旦泥浆失效,将造成孔道塌陷报废.因此,保护管道防腐层不受损伤的方法需要快速便捷,工期短.
    经查阅大量国际 新文献,并借鉴国际大工程的一些施工经验,提出了用光固化保护套解决回拖管道受损问题.光固化保护套属于国际的前沿技术,施工方没有使用过,甲方也没有使用过,具有一定风险.为此,对光固化保护套是否适用于西江穿越管道的保护进行了比较论证.
4 保护方案的比较
4.1 管中管方案
    在入土段下入钢套管隔离角砾和砾砂,需要入土段套管下入约370m.根据此前在出土段下入240m套管的经验判断,原有机械已达到限,需换施工机具和工装夹具,不仅延长施工工期,大的疑虑在于,并不能排除岩石段损伤防腐层的风险.
    整段采用钢套管对阴保护具有屏蔽作用.如果后期防腐层出现漏点,无论是牺牲阳还是强制电流均不能对管道防腐层漏点形成保护.
    穿套大管径厚壁塑料管穿越的技术难度较大,利用空间本不宽裕的现有孔道同时回拖两条材料性能差异较大的管道,可能遇到塑料管变形卡阻等意想不到的风险.采用管中管方案 增加了施工和材料费用.
4.2深井阳地床阴保护方案
    深井阳地床是将本穿越段作为独立单元,在两岸选择合适地点设置深井阳地床对穿越管道施加电流,进行阴保护.在无有效的管道防腐层保护措施情况下,可作为事后补救措施,但需要征地,外接电源,对岩石地质环境中的管道保护效果欠佳,后续管理也较为复杂.
4.3 光固化保护套方案
    光固化保护套就是在管道表面包覆一层光敏高分子树脂膜,这种膜能在紫外光照射下引发聚合反应变得坚硬而光滑,是一种采用高强度脂料并拌有添加剂的耐压和防摩擦型复合材料,包覆在管体固化后形成具有较高的力学性能的壳套,提供好的机械性损伤保护,从而起到保护管道防腐层的作用.它具有好的抵抗化学溶剂腐蚀的性能,适用于几乎所有的表面防护工程,例如:金属表面、PE、PVC、PP、陶瓷以及混凝土表面的防护.光固化高分子树脂膜的制造根据欧盟标准Enl2068/Din30672C/50DVGW《用于与钢管外防腐相接的外有机涂层带和可缩材料》,包覆在原管道防腐层上,不仅具有较强的抗机械外力冲击和较高的力学性能,而且不降低PE防腐层的防腐性能,反而加强.在水平定向钻施工时可作为PE防腐层的牺牲防护套使用