輸氣管道工程定向鉆施工工藝應用

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摘要：水平定向鉆施工工藝最早出現(xiàn)在20世紀70年代，其是由傳統(tǒng)公路橫孔鉆與油田定向鉆井技術相互結(jié)合而產(chǎn)生，是現(xiàn)階段線路最好、安全穩(wěn)定的管道穿越技術，目前已在全球得到廣泛應用。本文主要以某工程為例，對輸氣管道采用了水平定向鉆技術的實際情況展開分析，同時，對定向鉆施工藝的特點與優(yōu)勢展開分析，最后，對定向鉆施工工藝在輸氣管道工程當中的實踐應用進行闡述。

關鍵詞：輸氣管道；定向鉆工藝；應用

1定向鉆施工工藝原理與工序

定向鉆施工技術是時展背景下所誕生的一種非開挖式施工技術，這一技術主要被應用于穿越河流、公路、鐵路、建筑物等障礙物的管道鋪設，其具有技術含量高、時間短、對地表環(huán)境破壞小等特點。水平定向鉆的工藝原理為：根據(jù)設計曲線預先鉆進一條小直徑的導向孔；在尾端裝上擴孔器對導向孔逐級擴大。在擴出的孔洞尺寸達到相關要求后，展開擴孔器后端所鏈接旋轉(zhuǎn)街頭、拉管頭、管道的回拉，隨后進行底下管道鋪設。

2定向鉆施工工藝特點與優(yōu)勢

2.1特點

定向鉆施工是現(xiàn)階段穿越障礙物的一種施工方法，對于施工條件沒有較高要求，同時，對地面環(huán)境所造成的影響較小，施工速度較快，因此，在各類施工中得到了極為廣泛的應用，但是相較于其他施工技術，其對于設備、鉆具等皆有著較強依賴性，同時，在穿越施工擴孔與管道回拖等方面也存有一定的不可預見性，因此，為施工增加了一定風險。

2.2優(yōu)點

定向鉆施工工藝具有三大優(yōu)勢，具體如下：（1）在采用此工藝進行施工時，能夠正常使用地面功能，譬如在對公路與鐵路穿越時，其能夠不妨礙地面交通正常運轉(zhuǎn)，在對河流進行穿越過程中，這一工藝能夠為河流暢通提供有力保障，不會對正常通航與排洪加以阻斷。（2）因此，工藝采用的方式屬于非開挖施工這一范疇，其能夠令大量工程土在開挖、運輸、堆放方面數(shù)量大幅度較少，對于生態(tài)環(huán)境的保護有著諸多裨益。此外，這一技術也相應對基礎埋設、地面恢復等成本減少。（3）此技術施工與其他工藝相比較周期更短、迅速、安全、綜合成本低廉，除此之外，這一施工工藝也具備極為顯著的社會效益，其能夠在某些無法施工開挖或不允許開挖的場合中在地面下方實施穿越。

3定向鉆施工工藝在輸氣管道工程中的應用實踐

3.1工程概況

本文所為例的海南省環(huán)島管網(wǎng)文昌-瓊海-三亞輸氣管道萬泉河定向鉆穿越，屬于河流大型穿越。經(jīng)勘查，穿越場地位于海南省瓊海市嘉積鎮(zhèn)、中原鎮(zhèn)交界處，大甲坡村附近，地區(qū)等級為四級。穿越處管道設計壓力為7MPa，管徑為D610mm，穿越段壁厚為12.5mm，一般段壁厚為12.5mm，材質(zhì)L450M。穿越處管道走向近東西，管道與萬泉河交角約為69°。定向鉆穿越段管道水平長度1598.00m，實長1602.00m。定向鉆管底設計標高約為-27.30m，管頂距離萬泉河底部最深處約為20.1m，采用定向鉆的方式穿越。穿越場地地貌為河谷及河流沖洪積平原，穿越河段較順直,水面寬度約為365m，水深約8m。河流東北岸為河漫灘，地形較為平坦，西南岸為河流侵蝕岸，設有人工護坡，地形略有起伏，地表主要為農(nóng)田、房屋。

3.2應用實踐

經(jīng)過復測后，得出入土點場地較為平整，隨后，使用推土機將約30厘米的表層耕植土進行剝離堆積。爾后，將施工所需各類設備安置于場地中，在確認所需設備全部放置于現(xiàn)場后，便開始展開系統(tǒng)安裝工作，依照不在空中布置線路這一原則，將全部電纜線埋設至底下，全部所需水管線路應不在行車路線內(nèi)布置。在安裝系統(tǒng)工作完成并確認準確無誤后，開始調(diào)式系統(tǒng)運作，同時，在進行開鉆施工工作開始前對鉆桿、無磁鉆鋌、擴孔器、牙輪、卸扣、萬向節(jié)等現(xiàn)場所需設備質(zhì)量謹慎檢查，對絲扣展開清洗工作與無損傷檢查工作，為保障其內(nèi)部無損傷打下基礎，除此之外，還需對擴孔器與牙輪之間是否穩(wěn)定連接進行檢查與鉆頭水眼是否需要更換直徑等。在進行擴孔工作與回拖工作前，還需對擴孔器水眼是否通暢進行檢查，以及卸扣是否發(fā)生變形、鎖銷是否完好、萬向節(jié)絲扣是否足夠潤滑等工作，最后，對鉆桿嚴謹選擇。

3.3成果分析

萬泉河穿越是整個海南管網(wǎng)中管徑最大、穿越距離最長的定向鉆穿越，有幾個“海南管網(wǎng)之最”。通過定向鉆施工工藝，此工程于2019年4月28日開鉆，8月27日一次回拖成功，比原定計劃提前了整整1個月時間。（1）針對復雜地層的技術方案：①軟巖地層解決方案：這一類型地層破碎程度通常較為嚴重，其具備較高風華程度與角度間隙，同時，其巖石當中含有較多粘與粉，部分地層甚至自身也不具備較強承載能力。在此類巖層當中實施鉆進，便會因鉆具自身重量導致曲線在鉆進過程中開始逐漸朝向下方開始彎曲，最后脫離原定設計曲線，而針對這一情況具體解決方法如下：使用較小直徑鉆頭，將馬達工具面角朝向上方，向上方快速頂進；采用彎度較大的泥漿馬達，快速向上頂進；若上述兩種方案對此問題皆無法解決時，便應在此地層中快速鉆進，令曲線能夠最大限度接近設計曲線，在完全穿越地層后，開始對角度進行調(diào)整。除此之外，也可在鉆入此地層時，調(diào)高鉆進曲線，從而減少對沖在此地層當中下降角度。②軟硬交互地層解決方案：根據(jù)軟硬地層的交互情況，與巖層自身具備巖性，在最大程度接近原設定曲線這一原則之下，可通過一下方法，在此地層達到10MPa這一范圍抗壓強度之上時，可考慮在此地層當中進行鉆進工作，而若此地層不具備較強抗壓能力，則應最大限度在硬巖層中開展鉆進工作。（2）采用精準的導向技術：①采取實際測量和理論計算兩種方法準確確定穿越中心線的磁方位角；②鉆機精確就位；③采用人工磁場、磁靶；④加強操作人員培訓。導向孔根據(jù)設計曲線鉆進，曲線半徑由公式計算，并與之相比較，選取較大值。施工過程中，謹慎處理控向數(shù)據(jù)。并適當控制鉆進速度，保證導向孔光滑。防止定向鉆孔時導向孔與設計穿越曲線偏移的措施：（1）保證鉆機就位方位與設計管線中心線重合的措施；（2）外部磁場對方位角的影響及控制措施；（3）采用人工磁場與地磁場相互結(jié)合進行鉆孔控向消除偏移；（4）在穿越不同地層時預防偏移的措施。在開展穿越工作過程中，不同地層中的巖性也存在一定差異，即便是同一處地層也會存有軟硬差異化，而這一情況則必定會對鉆孔傾角極其方向角度造成影響。針對這一情況，每次調(diào)整過程中，調(diào)整角度不應過大，并將其范圍控制在0.1°前后，同時，對不同鉆桿進行多次調(diào)整，從而最快獲得所需傾角以及角度方位，這一方式也能夠有效防治導向孔軌跡與穿越曲線發(fā)生偏離軌跡這一情況發(fā)生。（5）控制人為因素造成導向孔軌跡與設計穿越曲線偏差的措施。（6）確保出土點誤差在規(guī)范允許范圍內(nèi)的措施。（7）針對不同地層的泥漿方案。鉆井液是水平定向鉆進的“血液”，其具有較高地位，而鉆井液能否與地層情況相匹配，對于鉆進是否成功有著最為直接的影響。根據(jù)先前施工經(jīng)驗與相關材料來看，在長距離巖石中實施鉆進施工工作可通過下述幾方面中進行實施，具體內(nèi)容如下：①在粒徑通常小于2毫米的砂巖層鉆進過程當中，對于鉆經(jīng)驗攜帶能力高低已經(jīng)不再是主要思考問題，在這一時期，核心問題在于鉆具降溫方面，此時便需根據(jù)實際情況令鉆井液粘度適宜降低，從而令其流動性能夠得到強化，是鉆井液擁有更佳循環(huán)質(zhì)量。②鉆進速度快慢在一定程度上會受到鉆井液中固相含量的影響，在通常情況下，鉆進速度會因固相含量的提高而逐漸下降，因此，需對固相加以清楚。在通常短距離水平定向鉆施工過程當中，針對鉆井黏液往往只是使用回收系統(tǒng)進行回收，但是，在較長距離巖石鉆進過程當中，鉆井黏液因需要經(jīng)過較多地層，所以其用量相對來講較大，因此，考慮到成本這一問題，可通過增加離心機除固相這一設備，這一設備能夠令鉆井液中含有固相成分最大限度去除，從而令鉆速能夠有效提升，同時，提高鉆井液自身攜帶能力。

4結(jié)語

萬泉河定向鉆穿越工程施工難度較大，長度較長，本次工程通過定向鉆施工工藝使工期提前30天完成，為穿越工程提供了全新思路。然而，每處定向鉆技術卻有著費用成本較高這一缺陷，通常用于無法使用正常施工技術進行開挖的地段，萬泉河工程拓寬了這一工藝的應用范圍。現(xiàn)階段，管網(wǎng)穿越雖在人力物力資源上消耗較大，但對各項施工費用進行綜合比對，以萬泉河為例的部分地段通過定向鉆工藝對管道網(wǎng)絡進行深埋則將具備一定的優(yōu)勢，為解決今后類似問題提供一定的參考依據(jù)。

參考文獻：

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作者：李剛 劉國柱 單位：中海石油管道輸氣有限公司