定向钻穿越在管道工程中的应用

第６期　一３５一　定向钻穿越在管道工程中的应用　钱国梁，王长保，安峰　（华东管道设计研究院，江苏徐州２２１　００８）　［摘要］管道穿越水域的敷设方式主要有裸露敷设、沟埋敷设和无沟敷设。定向钻穿越方式属无沟敷设的一种方式，除适　用水域、冲沟外，也适用于公路、铁路的穿越，特别是在地面情况复杂时，如需在较短长度内同时穿越公路、铁路和河流　的情况下，采用定向钻穿越较为适宜　［关键词］管道穿越；敷设方式；定向钻穿越；　“三接一”技术　定向钻穿越是上世纪７Ｏ年代初在应用垂直　１．１施工前准备　钻井中定向钻技术基础上发展起来的。该方法具　１．１．１场地平整和测量放线　有以下优点：穿越管道埋深能达到设计要求，保　证管道稳定；简便、易行，施工时较少受恶劣气　施工前根据现场具体情况修建钻机进场便　候影响，不受施工季节选择的限制；对河流航运　道，并对施工场地进行平整。在钻机入土点一　没有干扰，对生态、环保的影响较小；施工周期　侧，施工场地范围一般为５０　ｍ×５０　ｍ，出土点一　短，与其它穿越方法相比，可节约大量的人力物　侧占用场地范围一般为３０　ｍ×４０　ｍ，将场地平整　力；可选择较短的穿越路线，不需混凝土压块或　压实后，从下到上依次铺垫土工布和道板，可保　加重层，节省材料和投资；工程用地少，可减少　持施工场地内的平整。　对地面附属物的损坏和赔偿。　根据施工图纸要求放出管线中心轴线，测量　鉴于定向钻穿越具有的得天独厚的优越性，　并确定钻机安装位置和泥浆池的占地边界线。对　因此，近年来在国内发展迅速。可否采用定向钻　于　７１１管线，泥浆池的尺寸一般为１０　ｍ×８　ｒｆｌ×２　穿越，首先需要进行经济对比和评估，定向钻施　ｍ，具体尺寸根据穿越管线地大小、长度和场地地　工费用较高，对于一般的河流和公路等不宜采　质状况确定。　用；其次应当对采用定向钻穿越的地段进行地质　１．１．２钻机安装和调试　勘察，钻机适宜穿越的地质为粘土、亚粘土、粉　测量放线时应根据设计图纸和所交桩位放出　砂和中砂层，不适宜穿越岩石层、流沙层、砾石　钻机场地控制线以及设备摆放位置线，以确保钻　层和卵石层，但对穿越段内有少量区段的松软岩　机中心线与入土点、出土点成一条直线。钻机导　层或小区段的其它地质层以及卵石粒径不大于２Ｏ　轨和水平面的夹角一般比设计的入土角大１。。　ｍｍ且含量不超过２０％的土层，采取一定的技术措　在钻机场地中，根据场地土质情况挖地锚　施可以进行穿越，对于松软岩石层来说，对钻头　坑，地锚坑的中心线应在穿越主管的中心线上，　的要求较高，且施工周期较长，一般不采取定向　地锚坑的尺寸为５　ｍ×３　ｍ×１．８　ｍ，该尺寸可根据　钻穿越；另外对施工场地有一定要求，如施工场　钻机的型号确定。将地锚放入后，还应采取措施　地不够，也不宜采用定向钻穿越。　对其进行加固，以保证在回拖管线过程中钻机的　１定向钻穿越过程　稳定。　定向钻穿越的主要施工工序：施工前准备，　在一切就绪后，应对施工的机动设备进行单　对现场进行测量放线，修整便道，三通一平，穿　机试运，对泥浆系统和控向系统进行调试，然后　越管段预制、检验和试压，施工现场布置，设备　按地质条件配够足量的泥浆进行喷射，钻机试钻　进场，组装调试，控向系统调校，试钻，钻导向　孔，预扩孔，穿越管道发送沟就位，管线回拖，　作者简介：钱国梁（１９８７一），男，江苏灌云人，２００８年毕业　于中国民航大学，助理工程师。现在华东管道设计研究院从事输　设备离场，地貌恢复。　油工艺设计工作。　３６一■技术交流　～进１—２根钻杆后检查各部位和各系统的运行情况，　在各参数正常后方可按顺序钻进，若出现问题，　及时处理。　１．１－３泥浆配制　泥浆配制是定向钻施工中的重要环节，配制　的成功与否直接影响定向钻施工的成败。若配制　不当，将产生导向孔不成型，将在管线回拖过程　中增加回拖力，进而导致回拖不成功，将管线抱　死。　泥浆在各个阶段所起的作用如下：　（１）钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的泥沙　携带出＆Ｊ＇ｌ－，同时维持孔壁的稳定，减少推进阻　力；　ｆ２）预扩孔阶段要求泥浆具有很好的护壁作　用，防止地层坍塌；　（３１扩孔回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、　携砂能力，同时要有很好的润滑能力，减少摩阻　和扭矩。　泥浆由膨润土加泥浆添加剂与清洁的淡水搅　拌配制而成，如果水中含钙、镁离子太多，应在　实验室中进行泥浆配制实验，在水中添加ＮａＯＨ和　ＮａＣＯ　等物质对水质进行处理。泥浆与水的比例　和添加剂的类型根据地质条件确定。使用的泥浆　添加剂有降失水剂、提粘剂和防塌润滑剂等，采　用的添加剂应为环保型的食品添加剂，严格执行　ＨＳＥ￣Ｉｊ度，符合环保要求。　为了确保泥浆的性能，应使膨润土有足够的　水化时间。对于粘土层，由于其容易水化膨胀，　引发缩径卡钻的危险，因此应在提高粘度的同时　加入定量的改性淀粉控制失水。　施工过程中，应对泥浆粘度每两小时进行一　次测量。　对于回流的泥浆，应将其通过泥浆池收集，　经沉淀后进行处理，使泥浆循环使用。除能有效　保证泥浆的供应量外，还可减少环境污染。　１．２导向孔的钻进和管线回拖　１．２．１钻导向孔　在条件允许的情况下，定向钻穿越管段曲率　的半径应尽量取大一些，曲率半径以１５００Ｄ（Ｄ为　穿越管段外径）为宜，这可减少管线回拖时的阻　力。穿越管段的入土角控制在９。～１２。，出土点　控制在４。～８。为宜。　石油和化工设备　２０１３年第１６卷　导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，施　工时严格把握该工序的质量。应根据管径大小确　定每根钻杆的折角并随时做好记录。如果每根钻　杆的角度太大，管线在孔中急转弯，容易超过管　线的弹性敷设范围，在管线回拖时增加钻杆的拉　力。　钻导向孔的钻具组合为钻头、无磁钻铤、钻　杆。在穿越过程中采用地面信标系统配合定向系　统进行跟踪定位，以确保出土点位置的准确度和　曲线的平滑度。控向对穿越精度和工程成功至关　重要，在开钻前应仔细分析地质资料，确定控向　方案，钻导向孔要随时对照地质资料和仪表参数　分析成孔情况。　１．２．２预扩孔　在穿越管段直径小于３７７　ｍｍ时，若地质条件　允许，可不进行扩孔。当管径大于３７７　ｍｍ时，管　径每增加１５０　ｍｉｌｌ，应进行一次预扩孔。　１．２－３管线回拖　管线回拖是定向钻穿越的最后一步，也是最　关键的一步。在回拖时采用的连接方式是钻杆、　扩孔器、回拖万向节、卸扣和穿越管线，卸扣所　起的作用为调整在回拖过程中的角度。在管线回　拖前要仔细地检查各连接部位的牢固性，回拖时　应连续作业，避免因停工时间过长造成阻力增　大，影响管线的回拖。在回拖过程中应随时注意　回拖力的变化情况，若出现回拖力发生瞬时大幅　度的异常变化，应立即停止回拖，分析情况并采　取应急措施。　２“几接一技术”在定向钻中的应用　在定向钻出土端，有时会出现管线焊接场地　长度不够的情况，此时需在预制焊接管线时将管　线分为几段进行焊接，然后在回拖过程中再将分　段的管线相继进行焊接，继续回拖。该技术对于　定向钻穿越来说，具有很大风险。因为在管线回　拖过程中，应连续进行，尽量避免中间停顿。尤　其在穿越距离较长时，若中间停顿的时间过长，　成型的孔将会坍塌回落，增加管线的摩阻，导致　回拖力的增加，最终将把管线抱死在里面。因　此，采取该技术时，必须做到以下几点：　（１）泥浆一定要配制好，要用高质量的膨润　土，这样将会增加孔成型后维持的时间；　（２）可以适当地加大扩孔的直径，以增加管线　回拖的安全系数；　第６期　钱国梁等定向钻穿越在管道工程中的应用　３７一　（３）对焊工的要求和对各部门相互配合程度的　要求，这一点至关重要。焊工必须是高水平的焊　工，要确保所有的焊口一次全部合格。若有不合　格的焊口出现，必须重新进行返修，这样会大大　延长管线回拖中停留的时间，必然会造成卡钻；　其次就是拍片探伤检验以及补口等工序，因此要　求相关部门和人员之间必须紧密地配合，尽可能　缩短管线在孔内的停留时间，为管线回拖赢得时　间，降低由此带来的风险。　（４）必须在开钻前准备好应急预案，以便在出　现紧急情况时，能够迅速地加以解决。　３２９国道，陈华铁路以及河流等。在定向钻穿越出　土点处，施工焊接场地长度不足，管线附近为朱　塘村，离出土点处约５００多米处有一条公路，车流　量很大。因此，在预制和摆放管线时，将管线分　为三段进行焊接。为了避开房屋，管线在摆放时　不能直线摆放，只能在弹性允许的范围内将其弹　性弯曲布置。采用的钻机型号为ＤＤ．９９０，最大扭　矩为１３２０００　Ｎ・ＩＴＩ，最大推拉力为４５０　ｔ。此次长距　离的“三接一”定向钻穿越在国内尚属首次。　◆参考文献　［１】徐继军．定向钻施工工艺在输气管道工程中的应用［Ｊ］．石油　规划设计，２００９，ｆ２）．　［２曾强，陈杰，亢会明，康胜．油气管道定向钻穿越勘察设　２］计和施工中存在的问题及对策［Ｊ］．石油工程建设，２０１２，（１）．　［３］李长春．定向钻穿越设计中要注意的问题［Ｊ］．油气田地面工　程，２００８，（７）．　３结束语　一在某进口原油管道工程中，采用了“二接　”和“三接一”技术。其中，中国石油天然气　总公司第二工程公司成功地对陈华铁路处进行了　“三接一”的定向钻穿越。穿越水平长度达１３６５　ｍ，管径为　７１１　ｍｍ，地面障碍物主要为新、老　（上接３９页）　现国产化，该设备很多部件为易损件，维修费用　高昂，因此对高压水设备进行深入研究有着重要　价值。随着我国海洋石油业退役平台的增多，高　压水切割设备的研制和制造将迎来一个高峰。更　加可靠、稳定运行、适应性强的高压水切割设备　是未来发展方向。　◆参考文献　［１］李美求，段梦兰等．海洋废弃桩基平台拆除的工程模式和　方案选择［Ｊ］．中国海洋平台，２００８，２３０）．　【２】周愫承，张太吉．海上石油平台拆除技术和工程的研究［Ｊ］．　中国海洋平台，２００２，１７（２）．　［３】李新仲，徐本和．海上油气田的废弃处置［Ｊ］．中国海上油气　（工程），２００３，１５（１）．　［４］温效康，宋拥政，梁志强．高压水切割技术的试验研究［Ｊ】．　锻压机械，１９９４，（５、．　［５］王晓龙．高压水射流标线清除技术的研究及喷嘴的仿真分　析［Ｄ］．长安大学，２００８．　基金名称：基于振动检测的海洋平台安全评估技术研究　基　金号：２００８ＡＡ０９２７０１　首座国产天然气压缩机场站投运　我国首座国产压缩机场站中石油西二线高陵分输压气站４台国产化机组全部运转正常，目前已累计运转超　过３ｏｏｏ／Ｊ￣时，打破了天然气长输管道关键设备依赖进口的局面。　长期以来，我国长输天然气管道关键设备基本依赖进口。高陵分输压气站４台２ｏＯｇ瓦级电驱压缩机组投产　成功，代表我国具备自主研发、生产、运行大功率压缩机组的能力，填补了国内天然气长输管道领域的空白。　（中国化工报２０１３．０６．１３）