油氣管道定向鉆穿越技術(shù)研究與分析

1、<p>　　油氣管道定向鉆穿越技術(shù)研究與分析</p><p>　　摘要：由于定向鉆穿越技術(shù)具有施工周期短、不受季節(jié)限制、穿越質(zhì)量好、不損壞地面構(gòu)筑物、不影響河流溝渠泄洪、不影響航運(yùn)、不需要任何加重穩(wěn)管措施、保護(hù)自然環(huán)境、工程造價(jià)低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工程中的應(yīng)用越來越廣泛。本文較系統(tǒng)地論述了管道定向鉆穿越技術(shù)，介紹了定向鉆的組成、施工程序以及國內(nèi)部分管道定向鉆工程的施工實(shí)例，對(duì)穿越過程中的主要問題進(jìn)行了探討，

2、如穿越位置、穿越地層、穿越管道埋深的確定，入出土點(diǎn)位置的選擇，根據(jù)管道定向鉆實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，提出了設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：管道 定向鉆 穿越技術(shù) </p><p>　　定向鉆穿越技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展及工程實(shí)踐，其技術(shù)水平有了很大提高。定向鉆穿越技術(shù)廣泛用于油氣管道穿越江河、溝渠、高速公路、鐵路以及其他不易或不適合淺埋通過的區(qū)域。同時(shí)也可用于電（光） 纜、自來水管

3、道等市政工程穿越建構(gòu)筑物等。在滑坡體的治理、煤層氣的開發(fā)和環(huán)境污染治理等方面也有應(yīng)用。 </p><p>　　一、定向鉆組成及施工程序 </p><p><b>　　1.定向鉆組成 </b></p><p>　　定向鉆主要由鉆機(jī)系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)、控向系統(tǒng)和鉆具等部分組成。 </p><p><b>　　1.1鉆機(jī)

4、系統(tǒng) </b></p><p>　　定向鉆機(jī)通常采用機(jī)械或液壓驅(qū)動(dòng)鉆桿， 通過鉆桿對(duì)孔底的鉆頭施加旋轉(zhuǎn)扭矩，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)和回拖作業(yè)。對(duì)于定向鉆機(jī)而言，旋轉(zhuǎn)扭矩和回拖力是主要性能參數(shù)，也是設(shè)計(jì)中根據(jù)工程規(guī)模大小衡量鉆機(jī)穿越能力的主要依據(jù)。 </p><p><b>　　1.2泥漿系統(tǒng) </b></p><p>　　定向鉆施工作業(yè)過程中，

5、泥漿的主要作用是： 冷卻和潤滑鉆頭、軟化地層、輔助破碎地層、調(diào)整鉆進(jìn)方向、攜帶碎屑、穩(wěn)定孔壁、預(yù)擴(kuò)和回拖時(shí)潤滑管道。常用的泥漿是膨潤土和水的混合物。目前， 也有使用空氣代替液體泥漿， 稱為“干式鉆進(jìn)工藝”， 但工程實(shí)際中并不多見。 </p><p><b>　　1.3控向系統(tǒng) </b></p><p>　　控向系統(tǒng)是定向鉆最關(guān)鍵的設(shè)備之一， 正確選擇和使用控向系統(tǒng)，

6、對(duì)施工的成敗和效率有著決定性意義。最常用的控向系統(tǒng)分為無纜式地表定位系統(tǒng)（手持式跟蹤儀器） 和有纜式定向系統(tǒng)。 </p><p><b>　　1.4鉆具 </b></p><p>　　主要包括鉆桿、鉆頭、擴(kuò)孔器、旋轉(zhuǎn)接頭（單動(dòng)接頭） 和卸扣（U 型環(huán)） 等。在施工過程中， 整個(gè)定向鉆部分， 分別放置在鉆機(jī)場(chǎng)地（入土點(diǎn)場(chǎng)地） 和出土點(diǎn)場(chǎng)地。 </p>&l

7、t;p><b>　　2.施工程序 </b></p><p>　　一般情況下，管道定向鉆穿越施工過程主要分三步：鉆導(dǎo)向孔、預(yù)擴(kuò)孔和管道回拖。導(dǎo)向孔鉆進(jìn)階段是施工最重要的階段，也是成功與否的關(guān)鍵階段，并且還決定著所敷設(shè)管道的最終位置。在鉆導(dǎo)向孔時(shí)，利用控向系統(tǒng)隨時(shí)測(cè)量確定鉆頭的位置和鉆進(jìn)方向，并獲取鉆頭位置的相關(guān)數(shù)據(jù)，將預(yù)先設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)線與實(shí)際軌跡進(jìn)行比較， 隨時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)軌跡。 </p

8、><p>　　當(dāng)回拖的管道直徑較小時(shí)（與鉆桿同徑），鉆導(dǎo)向孔結(jié)束后，可以直接進(jìn)行管道回拖作業(yè)。但大多數(shù)情況下，導(dǎo)向孔鉆好后，都需要預(yù)擴(kuò)孔?？讖降淖罱K尺寸是管道外徑的1.2 ～1.5倍。在預(yù)擴(kuò)孔作業(yè)中，不同的地質(zhì)條件，宜采用不同類型的擴(kuò)孔器， 擴(kuò)孔器的類型和地質(zhì)條件直接影響擴(kuò)孔速度?？讖綌U(kuò)至符合要求后，將管道從孔洞中回拖至鉆機(jī)側(cè)，完成管道穿越施工。 </p><p>　　二、管道定向鉆穿越主要問

9、題探討 </p><p>　　1.穿越位置應(yīng)選擇河流兩岸施工場(chǎng)地良好、交通方便的地段。管道組裝一側(cè)場(chǎng)地的寬度一般不小于20 m，長度為穿越管道長度加50 m?；赝瞎艿赖闹本€長度一般不宜小于200 m，如受地形限制可小于上述值， 但曲率半徑應(yīng)大于1 200 D （D為管道外徑）。 </p><p>　　2.穿越管道中心線與電力線、通訊電纜的垂直距離應(yīng)大于50 m。 </p>&

10、lt;p>　　3.定向鉆穿越的地層不宜太疏松。適宜的地層有黏土層、亞黏土層、粉砂層、粉土層及中砂層等。在直徑大于100 mm 的礫石層、礫石集結(jié)層、卵石層和流砂層中無法施工。如果僅在穿越河流的兩岸有一定厚度的卵石或疏松的砂層時(shí)， 可采取套管、固結(jié)或開挖等措施通過這些局部地段， 實(shí)現(xiàn)整條河段的定向鉆穿越。 </p><p>　　4.定向鉆穿越管徑和長度在滿足輸送工藝條件下， 還取決于定向鉆機(jī)的最大推拉力及控向

11、系統(tǒng)能力。有時(shí)因兩岸場(chǎng)地的限制， 也可能影響穿越管徑的大小。 </p><p>　　5.在保證定向鉆鉆進(jìn)過程中不出現(xiàn)泥漿外冒的前提下， 穿越管段的埋深應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件與沖刷深度確定， 最小埋深應(yīng)大于設(shè)計(jì)洪水沖刷線以下6 m。 </p><p>　　6.入、出土點(diǎn)位置的選擇， 應(yīng)考慮鉆機(jī)安放、蓄水池、泥漿池及取水點(diǎn)距離、管段組裝及回拖場(chǎng)地要求等因素。入、出土點(diǎn)場(chǎng)地應(yīng)平整開闊， 地貌恢復(fù)工作量小

12、， 距河岸長度以不增加護(hù)岸工程量為宜。有時(shí)在河流的穿越位置兩岸沒有理想的場(chǎng)地， 通過采用適當(dāng)?shù)拇胧?可以滿足施工作業(yè)要求。入土端主要考慮鉆機(jī)的運(yùn)輸、安放和固定， 泥漿池的布設(shè)以及施工操作方便等因素。出土端主要考慮管道運(yùn)輸、管道焊接組裝作業(yè)、管道回拖時(shí)輔助設(shè)施的設(shè)置及作業(yè)等因素， 在考慮上述因素的前提下， 力求施工量最小， 投入最省。 </p><p>　　7.導(dǎo)向孔鉆完后， 孔洞的中心線與設(shè)計(jì)管中心線在水平面和

13、縱斷面上的誤差均不宜超過1%。 </p><p>　　8.在出土端管道組裝完成后， 回拖之前必須進(jìn)行強(qiáng)度和嚴(yán)密性試壓。檢驗(yàn)和驗(yàn)收應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)管道在水下裸露和溝埋敷設(shè)的有關(guān)要求進(jìn)行。 </p><p>　　9.穿越管段兩端的地面， 應(yīng)根據(jù)地基土層的穩(wěn)定性和密實(shí)性采取適當(dāng)措施， 以防止塌陷。 </p><p><b>　　三、幾點(diǎn)認(rèn)識(shí) </b>&

14、lt;/p><p>　　1.定向鉆管道穿越雖然有很多的成功實(shí)例，其技術(shù)也日臻成熟，但其客觀和主觀影響因素繁多。同樣條件下，不同時(shí)期，不同施工隊(duì)伍，都可能會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，對(duì)成功穿越具有不容忽視的作用。施工過程中，宜根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使設(shè)計(jì)更加符合現(xiàn)場(chǎng)和施工的實(shí)際情況。 </p><p>　　2.在成功穿越的工程中， 很多穿越管道的實(shí)際入土角和出土角

15、都超出了規(guī)范規(guī)定的范圍，設(shè)計(jì)時(shí)如受工程條件限制，入土角和出土角可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)放大。 </p><p>　　3.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照GB 50423-2007 《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)穿越管段進(jìn)行徑向屈曲失穩(wěn)核算。 </p><p>　　4.管道定向鉆穿越工程， 地質(zhì)條件是重要的制約因素之一， 當(dāng)?shù)刭|(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜或變化較大時(shí)， 應(yīng)加密布置探孔。 </p><p

16、><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 徐繼軍.定向鉆施工工藝在輸氣管道工程中的應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì). 2009（02）. </p><p>　　[2] 宋建建，張志強(qiáng)，李長春.水平定向鉆天然氣輸氣管線安裝的后勤及技術(shù)挑戰(zhàn)[J]. 國外油田工程. 2009（05）. </p><p>　　[3] 孫曉寶，姜偉，解