輸氣管道工程定向鉆施工工藝應(yīng)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(jì)70年代，其是由傳統(tǒng)公路橫孔鉆與油田定向鉆井技術(shù)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(shù)，目前已在全球得到廣泛應(yīng)用。本文主要以某工程為例，對(duì)輸氣管道采用了水平定向鉆技術(shù)的實(shí)際情況展開(kāi)分析，同時(shí)，對(duì)定向鉆施工藝的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)展開(kāi)分析，最后，對(duì)定向鉆施工工藝在輸氣管道工程當(dāng)中的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行闡述。
關(guān)鍵詞：輸氣管道；定向鉆工藝；應(yīng)用
1定向鉆施工工藝原理與工序
定向鉆施工技術(shù)是時(shí)展背景下所誕生的一種非開(kāi)挖式施工技術(shù)，這一技術(shù)主要被應(yīng)用于穿越河流、公路、鐵路、建筑物等障礙物的管道鋪設(shè)，其具有技術(shù)含量高、時(shí)間短、對(duì)地表環(huán)境破壞小等特點(diǎn)。水平定向鉆的工藝原理為：根據(jù)設(shè)計(jì)曲線預(yù)先鉆進(jìn)一條小直徑的導(dǎo)向孔；在尾端裝上擴(kuò)孔器對(duì)導(dǎo)向孔逐級(jí)擴(kuò)大。在擴(kuò)出的孔洞尺寸達(dá)到相關(guān)要求后，展開(kāi)擴(kuò)孔器后端所鏈接旋轉(zhuǎn)街頭、拉管頭、管道的回拉，隨后進(jìn)行底下管道鋪設(shè)。
2定向鉆施工工藝特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)
2.1特點(diǎn)
定向鉆施工是現(xiàn)階段穿越障礙物的一種施工方法，對(duì)于施工條件沒(méi)有較高要求，同時(shí)，對(duì)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(yīng)用，但是相較于其他施工技術(shù)，其對(duì)于設(shè)備、鉆具等皆有著較強(qiáng)依賴性，同時(shí)，在穿越施工擴(kuò)孔與管道回拖等方面也存有一定的不可預(yù)見(jiàn)性，因此，為施工增加了一定風(fēng)險(xiǎn)。
2.2優(yōu)點(diǎn)
定向鉆施工工藝具有三大優(yōu)勢(shì)，具體如下：（1）在采用此工藝進(jìn)行施工時(shí)，能夠正常使用地面功能，譬如在對(duì)公路與鐵路穿越時(shí)，其能夠不妨礙地面交通正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在對(duì)河流進(jìn)行穿越過(guò)程中，這一工藝能夠?yàn)楹恿鲿惩ㄌ峁┯辛ΡＵ?，不?huì)對(duì)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(kāi)挖施工這一范疇，其能夠令大量工程土在開(kāi)挖、運(yùn)輸、堆放方面數(shù)量大幅度較少，對(duì)于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)有著諸多裨益。此外，這一技術(shù)也相應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)埋設(shè)、地面恢復(fù)等成本減少。（3）此技術(shù)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(huì)效益，其能夠在某些無(wú)法施工開(kāi)挖或不允許開(kāi)挖的場(chǎng)合中在地面下方實(shí)施穿越。
3定向鉆施工工藝在輸氣管道工程中的應(yīng)用實(shí)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(wàn)泉河定向鉆穿越，屬于河流大型穿越。經(jīng)勘查，穿越場(chǎng)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(jí)為四級(jí)。穿越處管道設(shè)計(jì)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(wàn)泉河交角約為69°。定向鉆穿越段管道水平長(zhǎng)度1598.00m，實(shí)長(zhǎng)1602.00m。定向鉆管底設(shè)計(jì)標(biāo)高約為-27.30m，管頂距離萬(wàn)泉河底部最深處約為20.1m，采用定向鉆的方式穿越。穿越場(chǎng)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(shè)有人工護(hù)坡，地形略有起伏，地表主要為農(nóng)田、房屋。
3.2應(yīng)用實(shí)踐
經(jīng)過(guò)復(fù)測(cè)后，得出入土點(diǎn)場(chǎng)地較為平整，隨后，使用推土機(jī)將約30厘米的表層耕植土進(jìn)行剝離堆積。爾后，將施工所需各類設(shè)備安置于場(chǎng)地中，在確認(rèn)所需設(shè)備全部放置于現(xiàn)場(chǎng)后，便開(kāi)始展開(kāi)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(shè)至底下，全部所需水管線路應(yīng)不在行車路線內(nèi)布置。在安裝系統(tǒng)工作完成并確認(rèn)準(zhǔn)確無(wú)誤后，開(kāi)始調(diào)式系統(tǒng)運(yùn)作，同時(shí)，在進(jìn)行開(kāi)鉆施工工作開(kāi)始前對(duì)鉆桿、無(wú)磁鉆鋌、擴(kuò)孔器、牙輪、卸扣、萬(wàn)向節(jié)等現(xiàn)場(chǎng)所需設(shè)備質(zhì)量謹(jǐn)慎檢查，對(duì)絲扣展開(kāi)清洗工作與無(wú)損傷檢查工作，為保障其內(nèi)部無(wú)損傷打下基礎(chǔ)，除此之外，還需對(duì)擴(kuò)孔器與牙輪之間是否穩(wěn)定連接進(jìn)行檢查與鉆頭水眼是否需要更換直徑等。在進(jìn)行擴(kuò)孔工作與回拖工作前，還需對(duì)擴(kuò)孔器水眼是否通暢進(jìn)行檢查，以及卸扣是否發(fā)生變形、鎖銷是否完好、萬(wàn)向節(jié)絲扣是否足夠潤(rùn)滑等工作，最后，對(duì)鉆桿嚴(yán)謹(jǐn)選擇。
3.3成果分析
萬(wàn)泉河穿越是整個(gè)海南管網(wǎng)中管徑最大、穿越距離最長(zhǎng)的定向鉆穿越，有幾個(gè)“海南管網(wǎng)之最”。通過(guò)定向鉆施工工藝，此工程于2019年4月28日開(kāi)鉆，8月27日一次回拖成功，比原定計(jì)劃提前了整整1個(gè)月時(shí)間。（1）針對(duì)復(fù)雜地層的技術(shù)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(yán)重，其具備較高風(fēng)華程度與角度間隙，同時(shí)，其巖石當(dāng)中含有較多粘與粉，部分地層甚至自身也不具備較強(qiáng)承載能力。在此類巖層當(dāng)中實(shí)施鉆進(jìn)，便會(huì)因鉆具自身重量導(dǎo)致曲線在鉆進(jìn)過(guò)程中開(kāi)始逐漸朝向下方開(kāi)始彎曲，最后脫離原定設(shè)計(jì)曲線，而針對(duì)這一情況具體解決方法如下：使用較小直徑鉆頭，將馬達(dá)工具面角朝向上方，向上方快速頂進(jìn)；采用彎度較大的泥漿馬達(dá)，快速向上頂進(jìn)；若上述兩種方案對(duì)此問(wèn)題皆無(wú)法解決時(shí)，便應(yīng)在此地層中快速鉆進(jìn)，令曲線能夠最大限度接近設(shè)計(jì)曲線，在完全穿越地層后，開(kāi)始對(duì)角度進(jìn)行調(diào)整。除此之外，也可在鉆入此地層時(shí)，調(diào)高鉆進(jìn)曲線，從而減少對(duì)沖在此地層當(dāng)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(shè)定曲線這一原則之下，可通過(guò)一下方法，在此地層達(dá)到10MPa這一范圍抗壓強(qiáng)度之上時(shí)，可考慮在此地層當(dāng)中進(jìn)行鉆進(jìn)工作，而若此地層不具備較強(qiáng)抗壓能力，則應(yīng)最大限度在硬巖層中開(kāi)展鉆進(jìn)工作。（2）采用精準(zhǔn)的導(dǎo)向技術(shù)：①采取實(shí)際測(cè)量和理論計(jì)算兩種方法準(zhǔn)確確定穿越中心線的磁方位角；②鉆機(jī)精確就位；③采用人工磁場(chǎng)、磁靶；④加強(qiáng)操作人員培訓(xùn)。導(dǎo)向孔根據(jù)設(shè)計(jì)曲線鉆進(jìn)，曲線半徑由公式計(jì)算，并與之相比較，選取較大值。施工過(guò)程中，謹(jǐn)慎處理控向數(shù)據(jù)。并適當(dāng)控制鉆進(jìn)速度，保證導(dǎo)向孔光滑。防止定向鉆孔時(shí)導(dǎo)向孔與設(shè)計(jì)穿越曲線偏移的措施：（1）保證鉆機(jī)就位方位與設(shè)計(jì)管線中心線重合的措施；（2）外部磁場(chǎng)對(duì)方位角的影響及控制措施；（3）采用人工磁場(chǎng)與地磁場(chǎng)相互結(jié)合進(jìn)行鉆孔控向消除偏移；（4）在穿越不同地層時(shí)預(yù)防偏移的措施。在開(kāi)展穿越工作過(guò)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(huì)存有軟硬差異化，而這一情況則必定會(huì)對(duì)鉆孔傾角極其方向角度造成影響。針對(duì)這一情況，每次調(diào)整過(guò)程中，調(diào)整角度不應(yīng)過(guò)大，并將其范圍控制在0.1°前后，同時(shí)，對(duì)不同鉆桿進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)向孔軌跡與設(shè)計(jì)穿越曲線偏差的措施。（6）確保出土點(diǎn)誤差在規(guī)范允許范圍內(nèi)的措施。（7）針對(duì)不同地層的泥漿方案。鉆井液是水平定向鉆進(jìn)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(duì)于鉆進(jìn)是否成功有著最為直接的影響。根據(jù)先前施工經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)材料來(lái)看，在長(zhǎng)距離巖石中實(shí)施鉆進(jìn)施工工作可通過(guò)下述幾方面中進(jìn)行實(shí)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(jìn)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于鉆經(jīng)驗(yàn)攜帶能力高低已經(jīng)不再是主要思考問(wèn)題，在這一時(shí)期，核心問(wèn)題在于鉆具降溫方面，此時(shí)便需根據(jù)實(shí)際情況令鉆井液粘度適宜降低，從而令其流動(dòng)性能夠得到強(qiáng)化，是鉆井液擁有更佳循環(huán)質(zhì)量。②鉆進(jìn)速度快慢在一定程度上會(huì)受到鉆井液中固相含量的影響，在通常情況下，鉆進(jìn)速度會(huì)因固相含量的提高而逐漸下降，因此，需對(duì)固相加以清楚。在通常短距離水平定向鉆施工過(guò)程當(dāng)中，針對(duì)鉆井黏液往往只是使用回收系統(tǒng)進(jìn)行回收，但是，在較長(zhǎng)距離巖石鉆進(jìn)過(guò)程當(dāng)中，鉆井黏液因需要經(jīng)過(guò)較多地層，所以其用量相對(duì)來(lái)講較大，因此，考慮到成本這一問(wèn)題，可通過(guò)增加離心機(jī)除固相這一設(shè)備，這一設(shè)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(shí)，提高鉆井液自身攜帶能力。
4結(jié)語(yǔ)
萬(wàn)泉河定向鉆穿越工程施工難度較大，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，本次工程通過(guò)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(shù)卻有著費(fèi)用成本較高這一缺陷，通常用于無(wú)法使用正常施工技術(shù)進(jìn)行開(kāi)挖的地段，萬(wàn)泉河工程拓寬了這一工藝的應(yīng)用范圍?，F(xiàn)階段，管網(wǎng)穿越雖在人力物力資源上消耗較大，但對(duì)各項(xiàng)施工費(fèi)用進(jìn)行綜合比對(duì)，以萬(wàn)泉河為例的部分地段通過(guò)定向鉆工藝對(duì)管道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深埋則將具備一定的優(yōu)勢(shì)，為解決今后類似問(wèn)題提供一定的參考依據(jù)。
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作者：李剛 劉國(guó)柱 單位：中海石油管道輸氣有限公司