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1、环氧玻璃钢和光固化保护套环氧玻璃钢和光固化保护套 在浙江定向钻穿越应用的探讨在浙江定向钻穿越应用的探讨中国石化销售浙江石油分公司中国石化销售浙江石油分公司 摘要摘要：本文就目前应用于国内外定向钻穿越管道防腐层外防护技术（环氧玻璃钢及光固化保护套）的技术特点、应用范围及施工工艺进行介绍，并结合浙江石油具体工程实例和新技术的使用效果，对这两种技术在定向钻穿越中的应用进行探讨。 1现状分析现状分析2新防腐层外防护技术的采用新防腐层外防护技术的采用环氧玻璃钢环氧玻璃钢3新防腐层外防护技术的采用新防腐层外防护技术的采用光固化保护套光固化保护套4三三种管道定向钻种管道定向钻防护技术防护技术对比对比目录目录
2、5结论分析结论分析现状分析现状分析 众所周知，在长输管线铺设的过程中经常会遇到各类复杂的穿越地段，例如穿越河流、山体、铁路、公路及特殊地质路段等。这些地段的地质多以砂砾石岩层地带为主，地质条件恶劣，内部结构复杂，管道在穿越过程中极易出现外防腐层大面积破损，甚至“卡壳”导致穿越失败的严重后果。 另外，由于穿越的管道其路由往往具有唯一性，其管线维修成本和难度极大。如何选择合适的穿越段管道外防腐体系，以提高穿越段管道外防腐层整体质量，是亟待解决的难题。 目前国内管道主体防腐层以单环氧和挤压聚乙烯三层结构（3PE）为主，国内外大量的穿越工程实例表明：一般地段的穿越对防腐层的破坏相对较少通常采用单环氧和
3、三层PE进行地下管线的防腐即可。但是遇到多砂砾石、风化岩层甚至岩石层等地质情况，由于PE耐划伤强度不足，经常出现管道3PE防腐层划伤露出基材，补口材料严重破损甚至脱落等现象。图1为浙江管道穿越后3PE防腐层及防腐材料损坏及脱落。现状分析现状分析图1 管道穿越后3PE防腐层及补口材料损坏及脱落 现状分析现状分析1.11.1现状情况分析现状情况分析 浙江甬台温成品油管道于2014年11月11日对宁波宁海白溪段管线定向穿越段管道采用3PE外防腐层检测评估时发现：在管道定向钻施工回拖过程中，由于地下地质结构复杂导致管道受到不规则孔洞、砂质土壤和破碎岩粒等物体影响，管道的外防腐层出现不同程度的损伤，部分
4、管段严重划伤至露出金属管道表体，导致外防腐层防腐效果降低甚至失效。针对管道外防腐层绝缘电阻率检测结果，只得采用了在定向钻两端增加牺牲阳极阴极保护弥补。现状分析现状分析 1.21.2现状现状检测结果分析检测结果分析 定向钻穿越管道长度958m，直径4068.7mm，3PE防腐层厚度大于2.9。定向钻穿越回拖管道是从入土端至出土端，从下图判断出土端管道外防腐层受损最严重。由于此段管道穿越山丘，除了出土端管道可以检测外，其余段管道无法采集信号。现状分析现状分析序序号号管段位置（米管段位置（米）管段长度（米管段长度（米）绝缘电阻绝缘电阻(欧欧*平米平米)防腐层分级防腐层分级10.0 5.05.0075
5、2劣25.0 8.03.005038良38.0 15.07.002464差415.0 20.05.003644可表1 管线外防腐层检测评估结果现状分析现状分析 从上表可以统计出外防腐层评定为: 评为优级的有0m，占全长的 0% 评为良级的有3m，占全长的 15.0% 评为可级的有5m，占全长的 25.0% 评为差级的有7m，占全长的 35.0% 评为劣级的有5m，占全长的 25.0% 检测长度为20m，管道外防腐层平均绝缘电阻率为：2717.1（*） 防腐层综合等级为：差差现状分析现状分析1.31.3现状结果分析现状结果分析 管道铺设期间，管道防腐层质量和使用安全是保证管道服役寿命的核心、重点
6、和难点。为此，亟需在定向钻穿越段中寻找合适的穿越防护材料或在现有基础上开发一种可以给3PE防腐层提供有效保护的产品。新型环氧玻璃钢和光固化保护套两种管道防腐层外防护技术的出现就很好的解决了定向钻穿越过程出现的问题。现状分析现状分析2.12.1环氧玻璃环氧玻璃技术介绍技术介绍 环氧玻璃钢防护技术是为了解决穿越工程中出现的3PE防腐层划伤、划破或防腐层被拉甚至脱落问题而针对性开发的一种防护新技术。环氧玻璃钢是由改性环氧树脂胶黏剂和玻璃纤维增强材料通过二者之间的界面复合而成的低压成型材料，集合了环氧树脂胶黏剂和玻璃纤维的优点，具有强度高，耐化学介质腐蚀，电绝缘，硬度高，耐划耐磨，抗冲击性能强及成型简
7、单，同时环氧玻璃钢与PE的粘接力好，不会出现脱落，既能抵抗管道在穿越过程外部的摩擦冲击，又能保护里层防腐层。新防腐层外防护技术的采用新防腐层外防护技术的采用环氧玻璃钢环氧玻璃钢2.22.2环氧玻璃钢材料要求及涂层性能环氧玻璃钢材料要求及涂层性能表2 玻璃纤维布技术指标环氧玻璃钢技术特点环氧玻璃钢技术特点序号序号项项 目目指指 标标试验方法试验方法1单位面积质量单位面积质量g/200300GB/T 9914.32含水率（质量）含水率（质量）%0.30GB/T 9914.13碱金属氧化物含量（质量）碱金属氧化物含量（质量）%0.8GB/T15494可燃物含量（质量）可燃物含量（质量）%0.20GB
8、/T 9914.25拉伸断裂强力拉伸断裂强力 N/cm经向经向76GB/T 7689.5纬向纬向726织物密度织物密度 根根/经向经向101GB/T 7689.2 纬向纬向 101序号序号项目（单位）项目（单位）指指 标标试验方法试验方法环氧树环氧树脂脂1 1固体含量固体含量 % %9595GB/T 1725GB/T 17252 2密度密度 g/g/c cm31.401.401.531.53GB/T 6750GB/T 67503 3粘度粘度 mPamPas s500050001000010000GB/T 1723GB/T 1723固化剂固化剂5 5密度密度 g/cg/cm31.41.41.61
9、.6GB/T 6750GB/T 67506 6粘度粘度 mPamPas s50050020002000GB/T 1723GB/T 1723涂层涂层7 7凝胶时间凝胶时间 minmin1515GB/T GB/T 12007.712007.78 8干燥时干燥时间间h h表表干干2 2GB/T 1728GB/T 1728实实干干8 89 9抗抗1 1弯曲弯曲无裂纹、无裂纹、无漏点无漏点SY/T SY/T 0315-20050315-2005附录附录E E1010抗冲击抗冲击 J J8 8SY/T SY/T 0315-20050315-2005附录附录F F1111邵氏邵氏D D硬度硬度 HDHD80
10、80GB/T 2411GB/T 2411表3 环氧树脂技术指标环氧玻璃钢技术特点环氧玻璃钢技术特点表4 环氧玻璃钢防护层技术指标序号序号项目项目指指 标标试验方法试验方法1 1邵氏邵氏D D硬度硬度 HDHD8585GB/T 2411GB/T 24112 2耐划伤耐划伤（50kg50kg） m m470470SY/T 4113SY/T 41133 3耐磨性耐磨性 L/L/m m3 3SY/T0315-2005SY/T0315-2005附录附录J J4 4抗抗1 1弯曲弯曲无裂纹无裂纹SY/T 0315-2005SY/T 0315-2005附录附录E E5 5对对PEPE粘结强度粘结强度 MPa
11、MPa3.53.5Q/SY1477-2012Q/SY1477-2012附录附录A A环氧玻璃钢技术特点环氧玻璃钢技术特点2.32.3环氧玻璃钢施工工艺环氧玻璃钢施工工艺 环氧玻璃钢施工为现场涂敷完成穿越管道环氧玻璃钢外护层的整体包覆。环氧玻璃钢施工工艺根据施工环境条件有二布五油、三布六油及四布七油三种工艺。二布五油即为环氧树脂（表干）+环氧树脂+玻璃布+环氧树脂+玻璃布+环氧树脂（表干）+环氧树脂。环氧玻璃钢施工工艺环氧玻璃钢施工工艺PE表面粗糙化处理PE表面除尘处理钢丝刷交叉拉毛或喷砂打毛吸尘器或压缩空气吹扫PE表面激化处理涂敷底层环氧树脂涂敷面层环氧树脂P涂层表干涂敷环氧树脂玻璃纤维浸涂缠
12、绕涂层表干用火焰烘烤机械喷涂或手工涂刷专用浸涂缠绕机往返2次机械喷涂或手工涂刷机械喷涂或手工涂刷环氧玻璃钢施工工艺环氧玻璃钢施工工艺图2工艺流程图 环氧玻璃钢采用机械或手工涂敷安装，以二布五油为例，其施工工艺及要求如图2工艺流程图所示：2.42.4环氧玻璃钢技术的实际应用环氧玻璃钢技术的实际应用 浙江甬台温成品油管道临海段岩石穿越工程，由于该地段地质复杂，管道经过的山体基本为全岩石地段，且为陡坡，地质勘察报告显示岩石强度132203MPa，属于坚硬岩体；周围环境受限，山体坡度较陡，局部坡度达6070，人员站立困难；且周边有2座水窖（有100多农户生活用水）、坟墓等障碍物，外部环境复杂。建设单位
13、组织专家、测量与勘探、设计、监理、施工等单位多次组织对该处管道敷设方案进行反复论证，提出以下三个施工方案。 环氧玻璃钢技术的实际应用环氧玻璃钢技术的实际应用环氧玻璃钢技术的实际应用环氧玻璃钢技术的实际应用山体西侧饮用水水道浦东大桥头村蓄水池及山沟水道管道定向穿越点台金高速规划厂房图3甬台温成品油管道台州临海段定向钻施工现场图（南侧）图4甬台温成品油管道台州临海段定向钻施工现场图（北侧）2.4.12.4.1施工技术方案和经济分析施工技术方案和经济分析 采用大开挖由于管道经过的山体基本为全岩石地段，且为陡坡，地质勘察报告显示岩石强度132203MPa，属于坚硬岩体，机械开挖管沟困难，必须采用爆破方
14、式。但管道施工作业带距高速公路只有50m左右，根据公路安全管理条例爆破方式距离应大于高速公路200 m,即使采取安全措施也无法保证高速公路安全通行。且该山体环境和周边环境较为复杂，开挖方案不确定性因素较多，故无法进行大开挖作业施工。环氧玻璃钢技术的实际应用环氧玻璃钢技术的实际应用 采用开挖隧道施工方式，洞口爆破开挖时同样存在前一方案类似情况 ，且开挖隧道方案每米造价在2.0-2.2万元，预计费用902万元。 采用岩石定向钻，而岩石定向钻方案可以避开上述影响，在工期和安全方面更加可控。每米造价在约8500元，预计费用348.5万元。 该成品油管道穿越类型为山体岩石穿越，穿越条件比较恶劣，前期实验
15、管体防腐层破损严重，管线非常有必要对防腐层进行外防护，若采用环氧玻璃钢整管外防护的穿越，需增加投资约330元/m2，但远比隧道开挖施工方案节约投资，预计费用402万元。实际节约投资约500万元。最后专家推荐采用岩石定向钻方案，并最后专家推荐采用岩石定向钻方案，并采用采用特种改性环氧玻璃钢特种改性环氧玻璃钢技术技术作为管道外作为管道外防防护护。环氧玻璃钢技术的实际应用环氧玻璃钢技术的实际应用2.4.2 2.4.2 实际施工中的情况实际施工中的情况 甬台温成品油管道临海段在采用玻璃钢外防护前，先进行试拖对比试验，在试拖试验中，钢管三层PE防腐层已经被严重划伤，甚至露出钢管，验证了穿越环境条件的恶劣
16、性。环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况图5 3PE管道试拖划伤严重环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况图6 环氧玻璃钢施工现场环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况图7 防护层厚度检测图7中现场检测表明：环氧玻璃钢防护层完全固化后的厚度大于1.2mm。图8 硬度和粘结强度检测 图8中现场检测表明：23下，完全固化成型后环氧玻璃钢对PE拉拔强度为10.13MPa，邵氏硬度为88。图9 穿越后环氧玻璃钢外护层 从图中可以看出：穿越后，环氧玻璃钢防护层外观完好。另外，本工程在穿越完成后组织技术人员对穿越管段防腐层进行了标称电导率
17、测试，检测绝缘等级达到优级以上，这个结论证明了环氧玻璃钢硬度高、耐磨擦、耐划伤的突出特点，同时为施工提供了一种在特殊复杂地质条件下管道防腐新选择。环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况图10 穿越前后环氧玻璃钢外护层对比 从图中可以看出：穿越后，环氧玻璃钢保护层结构完好无损，表明在穿越过程中管道防腐层没有被破坏。2.4.32.4.3检测结果分析检测结果分析 管道全长约410m穿越段管道直径为4068.7mm，3PE防腐层厚度大于2.9，外防腐层为环氧玻璃钢，厚度大于1.2。环氧玻璃钢防腐检测结果分析环氧玻璃钢防腐
18、检测结果分析序号管段位置（米）管段长度（米）绝缘电阻(欧*平米)防腐层分级10.0 2.02.005932良22.0 6.04.00273劣36.0 10.04.00427劣410.0 20.010.00864劣520.0 100.080.0020000优6100.0 110.010.00575劣7110.0 410.0300.008608良环氧玻璃钢防腐检测结果分析环氧玻璃钢防腐检测结果分析表5 管线外防腐层检测评估结果 从上表可以统计出外防腐层评定为： 评为优级的有 80m，占全长的 19.5% 评为良级的有302m，占全长的 73.7% 评为可级的有 0m，占全长的 0% 评为差级的有
19、0m，占全长的 0% 评为劣级的有 28m，占全长的 6.8% 检测长度为410m，管道外防腐层平均绝缘电阻率为：10271.84（*） 防腐层综合等级为：优优环氧玻璃钢防腐检测结果分析环氧玻璃钢防腐检测结果分析3.13.1光固化光固化保护保护套套技术介绍技术介绍 光固化保护套防腐层外防护技术是为了解决穿越过程中出现对管道防腐层划伤造成管道出现腐蚀开发的一种管道防腐层防护技术。光固化套是一种紫外固化GRP（玻璃纤维增强塑料）薄板，包含高等级酚醛环氧含浸乙烯酯树脂、填充剂和玻璃增强材料。该技术适合用在广泛的基底材料上，包括钢、混凝土、GRP、FRP、PVC、玻璃和木头等，光固化卷材可以很容易地用
20、刀子或剪刀裁剪成各种形状。一旦完全固化，将发挥其高抗磨损、耐划伤、抗冲击性等防护作用。新防腐层外防护技术的采用新防腐层外防护技术的采用光固化保护套光固化保护套3.23.2光固化光固化保护保护套技术特点套技术特点 光固化保护套的要求： 光固化材料本身要有质量保证，其均匀性、抗拉和抗压强度具有稳定性。 防腐层与光固化片材之间因加纳米胶，纳米胶保证光固化片材与管道防腐层之间有很强的粘结力，可防止光固化保护套的整体脱离。纳米胶本身固化，还可以封闭原环氧粉末或3PE的漏点，保证防腐层没有漏点。光固化保护套技术特点光固化保护套技术特点主要技术指标： 对定向钻穿越而言，考虑其主要受损坏的因素，材料产品的以下
21、几个参数主要影响产品性能。 压缩强度160Mpa，拉伸强度80Mpa，较大的拉伸强度可让材料有好的强度。 与防腐层的粘接力(拉拔强度)5Mpa，再匹配其片材的强度和硬度，可起到很好的保护效果。对定向钻穿越而言，粘结力直接影响穿越是否成功。 巴氏硬度50，较大的硬度有利于保护光固化层不被坚硬的岩石或砾石刮坏或磨损。光固化保护套技术特点光固化保护套技术特点序号项 目性能指标试验方法1厚度，mm 1.8mm 宽度，mm 950mm 长度， mm（钢管周长+80）mm2密度, g/cm3 18g/cm3GB/T 67503拉伸强度, Mpa 80MpaASTM D6354压缩强度MPa160MpaAS
22、TM D6955抗冲强度，kJ/m2 50GB/T 10436邵氏硬度,HD 80GB/T 24117搭接剪切强度（与PE层）,MPa 1.5MpaGB/T7124与PE粘接强度(拉拔强度),MPa 5MpaBS EN ISO46248抗划伤（）,m 300mSY/T4113 9耐磨性（落砂法），L/m3SY/T 0315-2005附录J10沙箱试验（100次）边缘无翘边Q/SY 1477-2012附录B光固化保护套技术特点光固化保护套技术特点表6 光固化保护套性能技术指标3.3 3.3 光固化光固化保护保护套施工工艺套施工工艺 光固化保护套采用现场包覆安装方式，由于预压成型为片状结构，只需在
23、使用时撕去内层隔离膜，将其缠绕在洁净的管体防腐层外表面即可，具体施工工艺流程如图11所示。光固化保护套施工工艺光固化保护套施工工艺图11 光固化保护套工艺流程搭建遮阳棚PE表面除尘处理用吸尘器或压缩空气吹扫PE表面激化处理涂刷纳米底漆撤走遮阳棚铺设反光纸涂敷环氧树脂缠绕透明薄膜安装光固化片用火焰烘烤图12 缠绕粘贴光固化片材示意图光固化保护套施工工艺光固化保护套施工工艺图13 UV固化帐篷示意图图 图14 夜间固化示意图3.4 3.4 光固化保护套光固化保护套技术的实际技术的实际应用应用 浙江诸桐成品油管道富阳段穿越宋家溪及G320国道，该处地质情况较为复杂，定向钻施工点主要以卵石、碎块状强风
24、化凝灰质泥岩和中风化凝灰岩组成，施工难度较大。建设单位组织专家、测量与勘探、设计、监理、施工等单位多次组织对该处管道敷设方案进行反复论证，提出以下二个施工方案。 光固化保护套技术的实际应用光固化保护套技术的实际应用3.4.13.4.1施工技术方案和经济分析施工技术方案和经济分析 采用顶管，由于该处地质复杂且含卵石，因此需采用泥水平衡顶管，每米造价1.2万元，预计费用385万元；且长距离顶管风险性较高； 采用定向钻，风险相对较小，在工期和安全方面更加可控，每米造价8500元，预计费用273万元； 该成品油管道穿越类型为岩土穿越，穿越条件比较恶劣，前期实验管体防腐层受损严重，管线非常有必要对防腐层
25、进行外防护，若采用光固化保护套外防护的穿越，需增加投资约430元/m2，预计费用285万元。实际比顶管节约投资约100万元。最后专家推荐采用定向钻方案，并采最后专家推荐采用定向钻方案，并采用用特种特种光固化保护套技术光固化保护套技术作为管道外作为管道外防防护护。光固化保护套技术的实际应用光固化保护套技术的实际应用3.4.2 3.4.2 实际施工中的情况实际施工中的情况 在采用光固化保护套前，先进行试拖对比试验，在试拖试验中，钢管三层PE防腐层已经被严重划伤，验证了穿越环境条件的恶劣性。光固化保护套实际施工中的情况光固化保护套实际施工中的情况图15 3PE管道试拖划伤严重光固化保护实际施工中的情
26、况光固化保护实际施工中的情况图16 光固化保护套穿越现场图17 光固化保护套穿越后效果 图中看出：穿越后，光固化保护套表面有轻微的摩擦痕迹，但整体结果完好无损。 另外，本工程在穿越完成后组织技术人员对穿越管段防腐层进行了标称电导率测试，检测绝缘等级达到优级以上，证明了光固化保护套硬度高、耐磨擦、抗冲击的突出特点，同时为施工提供了一种在特殊地段、复杂地质情况下新的成功防腐层保护技术选择。3.4.33.4.3检测结果分析检测结果分析 管道全长为321m，管道直径2737.9mm，3PE防腐层厚度大于2.9。光固化保护套防腐检测结果分析光固化保护套防腐检测结果分析序号管段位置（米）管段长度（米）绝缘
27、电阻(欧*平米)防腐层分级17.5 15.07.508842良215.0 22.57.5019809优322.5 30.07.504045可430.0 37.57.504073可537.5 45.07.503570可645.0 52.57.504220可752.5 60.07.501464差860.0 67.57.505661良967.5 75.07.502026差1075.0 82.57.502990差1182.5 90.07.504813可1290.0 97.57.504291可1397.5 105.07.5010222优14105.0 112.57.503398可15112.5 150.
28、037.5019651优16150.0 172.522.5020000优17172.5 255.082.5018204优18255.0 262.57.50646劣19262.5 277.515.0020000优20277.5 292.515.00691劣21292.5 315.022.506759良光固化保护套防腐检测结果分析光固化保护套防腐检测结果分析表 7 管线外防腐层检测评估结果光固化保护套防腐检测结果分析光固化保护套防腐检测结果分析 从上表可以统计出外防腐层评定为: 评为优级的有173米，占全长的 56.1% 评为良级的有 38米，占全长的 12.2% 评为可级的有 53米，占全长的
29、17.1% 评为差级的有 23米，占全长的 7.3% 评为劣级的有 23米，占全长的 7.3% 检测长度为315米，管道外防腐层平均绝缘电阻率为：12200.68（* ） 防腐层综合等级为：优光固化保护套防腐检测结果分析光固化保护套防腐检测结果分析 通过环氧玻璃钢和光固化保护套在定向钻穿越中的应用，对“管道3PE防腐和补口热收缩带”、“光固化保护套”以及“环氧玻璃钢”三种定向穿越防护技术的性能进行对比：三三种管道定向钻种管道定向钻防护技术防护技术的对比的对比性能 材料硬度耐磨性耐划伤抗冲击对PE粘结强度抗弯曲施工便捷冬季施工价格管道3PE防腐和补口热缩带+ + + + + + +光固化保护套+
30、 + + + + + + + + +环氧玻璃钢+ + + + + + + + + + + +表8 几种穿越防护技术的性能对比说明：+为一般，+ +为较高，+ + +为高 当前，管道定向钻穿越用防护材料可供选择的并不多，针对管道定向钻穿越中经常出现的一系列问题，“环氧玻璃钢”和“光固化保护套”应运而生。 “环氧玻璃钢”、“光固化保护套”均具有高耐划伤、耐磨、抗冲击好等特点，可以有效避免穿越过程中岩层棱角等外力对管道原防腐层的破坏作用。 且两种防腐新技术应用检测结果均大大优于3PE，很好的解决重要地区、特殊地质情况下定向钻成功穿越并使防腐层质量得到有效保证的一个质量难题。 结论分析结论分析 同时两
31、种防腐新技术均具有极强的施工可操作性，即可在现场进行人工操作，且质量稳定可控。而光固化保护套作为一种“预制化”的防护产品，其具有现场安装效率高的特点，可在-45-0的低温环境条件下进行施工，固化速度不受环境温度影响，有效的弥补了“环氧玻璃钢” 低温作业固化困难的缺点。 结合这两种防护材料的优点，进行选择性的使用可以很好的解决目前管道定向钻穿越中经常出现的一系列问题。 结论分析结论分析 谢谢 谢谢 以上是浙江石油在成品油管道应用环氧玻璃钢和光固化保护以上是浙江石油在成品油管道应用环氧玻璃钢和光固化保护套在定向钻穿越的探讨和尝试，如有不妥请各位专家指教套在定向钻穿越的探讨和尝试，如有不妥请各位专家指教。
