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城镇天然气管道定向钻穿越防腐层保护和成孔

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2021-09-15  来源:煤气与热力杂志  浏览次数:6597
 者:张学妙,张林
第一作者单位:青岛能源设计研究院有限公司
摘自《煤气与热力》2019年2月刊

1   工程概况
 
黑龙江中路次高压天然气管道是一条青岛市城区天然气主干线,全长为5.5 km,管道外直径为508 mm,壁厚10 mm,设计压力为1.6 MPa,管材为双面埋弧焊直缝钢管。天然气管道需要穿越李村河,李村河河床已进行混凝土硬化完毕,两岸已完成绿化,李村河河面宽约90 m,河南岸为50 m宽的绿化带,河北岸为40 m宽的绿化带。为避免破坏河道工程及两岸绿化,政府有关部门不允许进行开挖施工,只能采取非开挖穿越施工方式。经分析,采用定向钻穿越,穿越总长度至少为180 m
 
拟穿越李村河段勘察深度范围内工程地质剖面见图1,图1中标高单位为m。该地质对水平定向钻穿越适宜性较差1
 

1   工程地质剖面
 
2   定向钻穿越施工易出现问题分析
 
①防腐层损坏
 
穿越管道防腐层采用加强级3PE防腐层,补伤采用辐射交联聚乙烯补伤片进行修补,补口采用定向钻专用热收缩带,这是目前国内外燃气公司最常用、防腐效果较好的一种钢质燃气管道防腐方法。但是,由于3PE防腐层硬度不足,特别是在穿越粗砂、砾砂或碎石时,极易被划伤,造成腐蚀加快,管道使用寿命缩短。
 
根据本工程的地质报告,拟穿越段场地以粗砂、砾砂或碎石为主,因此,本工程穿越时需要解决管道防腐层的保护问题。
 
②成孔难度大
 
本工程地质从地面往下第1层为杂填土,第2层为素填土,第3层为粗砂,第4层为强风化花岗岩。该地质对水平定向钻穿越适宜性较差,成孔难度大。
 
3   穿越技术要点 
3.1  光固化保护套
 
CJJ/T 2502016《城镇燃气管道穿跨越工程技术规程》第4.3.12条规定,当采用钢管穿越时,应对管道外防腐层进行防护,并应符合下列规定:
 
①防护层材料宜与管道防腐层兼容;
 
②当防腐层为三层聚烯烃类防腐层时,宜采用改性环氧玻璃钢或玻璃纤维增强类材料作防护层;
 
③当防腐层为环氧粉末防腐层时,宜采用改性耐磨环氧类涂料作防护层。
 
钢管采用加强级3PE防腐层(属三层聚烯烃类防腐层),防护材料可选用玻璃纤维增强类材料。本工程防腐层防护材料采用光固化保护套。光固化保护套是一种玻璃纤维增强类材料,增加了光敏、树脂等物质,这种材料能在紫外光照射下引发聚合反应,短时间内变得坚固而光滑。光固化保护套不仅具有较强的抗机械外力冲击和较高的力学性能,还可以增加3PE防腐层的防腐性能2。光固化保护套施工步骤如下:
 
①应在管道表面预处理后4 h内进行施工,安装光固化保护套,避免二次污染。
 
②由于光固化保护套受紫外线的照射会短时间内变硬,为了避免影响对防腐层的防护效果3,在安装光固化保护套时,必须在无紫外线的环境下操作。本工程搭建了简易施工棚,以遮挡紫外线,全部安装工作在简易施工棚内进行。
 
③安装光固化保护套时,不得损伤管道防腐层。
 
④为了使光固化保护套搭接牢固,光固化保护套纵向和环向重叠部分必须大于8 cm。由于光固化保护套在阳光的直射下最易固化,因此,本项目在安装光固化保护套时,将纵向重叠部分置于管道的上半面,以利于光固化保护套在安装完工后尽可能地多受到阳光的照射。为了防止4层材料重合在同一位置,不利于充分固化,应将相邻的两个纵向重叠部分不置于一条直线上,相隔15 cm左右。
 
⑤光固化保护套安装完工后,将简易施工棚移走,管道上面及侧面利用太阳光,管道下面利用特种光谱灯照射使其硬化。
 
⑥光固化保护套的表面硬度达到标准要求后,在回拖前的2 h,需要将包裹在光固化保护套最外面的PE膜全部清除干净。
 
⑦光固化保护套层数需要根据地质勘察情况进行选择,本工程根据地质勘察资料,有素填土、杂填土、粗砂等,穿越层较为复杂,因此,特将穿越段前半段安装两层光固化保护套,后半段安装一层光固化保护套,确保对3PE防腐层的防护效果。
 
3.2  钻进液
 
钻进液是定向钻穿越中的关键因素。由于穿越所经地层主要成分为粗砂,对钻进液成孔、固壁等要求较高。为此我们采取以下措施:
 
①按照事先确定好的钻进液配比,用一级钠基膨润土加上钻进液添加剂,配出符合要求的钻进液。
 
②使用的钻进液添加剂有:降失水剂、固壁剂、润滑剂等。
 
③为确保钻进液的性能,保证膨润土有足够的水化时间,我们采取两套加料配浆系统,延长钻进液循环周期。
 
④现场配备钻进液回收处理系统,使钻进液循环使用,最大限度地减少环境污染。
 
⑤钻进液用水采用管道泵从李村河中抽取,并调制成碱性水,水的pH值保持为9~10时,最适合膨润土的水化。
 
⑥钻进液的黏度是钻进液流变性能的主要指标,用马氏漏斗测量单位体积钻进液流出的时间(单位为s)来表征钻进液流变性能。根据本项目穿越段地质情况,钻进液粘度控制在60 s
 
参考文献:

1]罗飞,赵传海,杨家凯,等水平定向钻穿越大型河流主要工程地质分析——以荆州至石首天然气管道江陵长江穿越为例[J非开挖技术,20152):40-44.
 
2]陈德兴光固化保护套在定向钻穿越防腐层保护的应用[J煤气与热力,2012326):A33-A38.
 
3]江建海, 虞邦炜 ,王升光固化套在天然气管道定向钻穿越的应用[J煤气与热力,2016367):B13-B16.

 
 
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