同孔回拖技術(shù)在濟(jì)青二線工程水平定向鉆穿越中的應(yīng)用

趙 敏，楊 肖，石江淼，何繼偉

（1. 中國(guó)石油大學(xué)（北京）， 北京 102200； 2. 中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司 北京分院， 北京 102200）

同孔回拖技術(shù)在濟(jì)青二線工程水平定向鉆穿越中的應(yīng)用

趙 敏1，楊 肖2，石江淼2，何繼偉1

（1. 中國(guó)石油大學(xué)（北京）， 北京 102200； 2. 中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司 北京分院， 北京 102200）

結(jié)合濟(jì)南—青島輸氣管道二線工程實(shí)際情況，將光纜與管道同孔回拖技術(shù)運(yùn)用到了定向鉆穿越施工中。介紹了同孔穿越回拖施工方案，同孔回拖的技術(shù)要求與同孔回拖施工的優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐證明，同孔回拖技術(shù)能夠節(jié)約工程成本、縮短施工工期及規(guī)避部分工程風(fēng)險(xiǎn)，適用于大型穿越、地質(zhì)情況復(fù)雜、征地面積有限、工期和投資緊張的管道工程。

水平定向鉆穿越; 長(zhǎng)輸管道; 光纜; 同孔回拖技術(shù)

在長(zhǎng)輸管道的建設(shè)中，為了管道的數(shù)據(jù)、圖像、語(yǔ)音和視頻等信號(hào)的傳輸，會(huì)在管道平行間距 300 mm處同溝敷設(shè)一根光纜，為長(zhǎng)輸管道的運(yùn)營(yíng)及維護(hù)提供了方便[1]。目前，在大型河流的穿跨越工程中，普遍采用的是管道和光纜分兩次穿越，即兩次打孔、兩次回拖[2]?，F(xiàn)行的SY/T4108-2005《輸油(氣)管道同溝敷設(shè)光纜(硅芯管)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定:管道采用定向鉆方式穿越公路、鐵路、河流時(shí)，光纜(硅芯管)宜采用具有一定強(qiáng)度的套管保護(hù)后單獨(dú)定向鉆穿越[3]。

濟(jì)南—青島輸氣管道二線工程主干線起點(diǎn)為齊河站，終點(diǎn)為平度分輸清管站，干線線路全長(zhǎng)約368 km，設(shè)計(jì)輸量50億m3/a，管徑Φ813 mm，設(shè)計(jì)壓力8.0 MPa，沿線河流大中型穿越54次，高等級(jí)公路穿越57處，鐵路穿越6處，需要定向穿越黃河、小清河等大型河流。穿越地段地質(zhì)條件復(fù)雜，回拖難度較大，并且周邊村落繁多、地方關(guān)系復(fù)雜，工程進(jìn)度和投資控制難度較大?？紤]到上述諸多不利因素，為了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、縮短工期并節(jié)約成本，本工程多處采用管道與光纜同孔多管回拖技術(shù)，只建一處入土點(diǎn)與出土點(diǎn)，同時(shí)回拖管道與光纜。減少了導(dǎo)向孔施工次數(shù)，節(jié)約了征地面積與工程費(fèi)用[4]。定向鉆同孔多管回拖技術(shù)有兩種方法：一種為光纜與管道全部套入一根套管后進(jìn)行回拖；另一種為雙管無(wú)束縛回拖方式，即管道與光纜的前端套入套管中進(jìn)行回拖，套管后端的管段處于自由無(wú)束縛的狀態(tài)。同孔回拖的管道具有管徑大與質(zhì)量大的特點(diǎn)，所以對(duì)回拖過(guò)程中的摩擦力阻力的要求苛刻，而減少摩擦力最有效的方式則是保持泥漿的質(zhì)量[5]。

1 濟(jì)青二線工程同孔回拖技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

少海路定向鉆穿越屬于濟(jì)南至青島輸氣管道二線工程，穿越位置位于淄博市桓臺(tái)縣宋家村南側(cè)。穿越工程參數(shù)：根據(jù)巖土勘察報(bào)告，選擇粉土層作為定向鉆穿越主要層位。管線穿越軸線最深處管底標(biāo)高-9.9 m，定向鉆穿越管道出、入土點(diǎn)之間水平長(zhǎng)度409.8 m。穿越處地區(qū)等級(jí)為二級(jí)，管道設(shè)計(jì)壓力為8.0 MPa，管徑為DN800，屬中型穿越。為了節(jié)約成本等因素，本處穿越采用光纜與管道同孔回拖技術(shù)。

1.1 測(cè)量放線

測(cè)量放線時(shí)，應(yīng)根據(jù)本工程穿越施工圖設(shè)計(jì)的穿越控制樁及線路定位樁坐標(biāo)點(diǎn)，引出相對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)和標(biāo)高，測(cè)量、放出定向鉆入土、出土點(diǎn)位置。并且應(yīng)針對(duì)泥漿池、鉆機(jī)場(chǎng)地等，進(jìn)行放線并做出標(biāo)記。

1.2 布管及組對(duì)

鋼管布管及組對(duì)應(yīng)嚴(yán)格按《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50369-2006）、《油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范》（GB 50424-2007）和《石油天然氣建設(shè)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 管道穿跨越工程》（SY 4207-2007）的要求執(zhí)行。

1.3 定向鉆穿越施工技術(shù)要點(diǎn)

鉆導(dǎo)向孔階段是穿越施工中最重要的階段，決定著穿越的成功與否，也決定了敷設(shè)管道的最終所在位置。在鉆進(jìn)中，通過(guò)控向系統(tǒng)測(cè)量并控制鉆頭的位置與鉆進(jìn)角度，當(dāng)實(shí)際鉆進(jìn)角度與預(yù)先設(shè)計(jì)軌跡有偏差時(shí)，可隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

一般情況下，擴(kuò)孔完成后，孔徑的尺寸為管道外徑的1.2至1.5倍。在本工程的管道光纜同孔穿越中，要求擴(kuò)孔直徑大于兩管外徑之和的1.5倍，防止因空間太小致使兩管相互擠壓摩擦而破壞管道的防腐層。穿越巖石地質(zhì)時(shí)，防腐層的損壞很大部分來(lái)自于管道與參差不齊的巖石孔壁之間的摩擦，所以，擴(kuò)孔工序中的修孔工序十分重要。

管線回拖前，應(yīng)完成以下事項(xiàng)：連接前用泥漿沖洗鉆桿，以確保鉆桿內(nèi)無(wú)異物；連接后要進(jìn)行試噴，確保水嘴暢通無(wú)阻；旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)應(yīng)注滿油，旋轉(zhuǎn)應(yīng)良好；回拖前應(yīng)對(duì)鉆機(jī)、泥漿泵等設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)和小修；回拖前一定要將孔內(nèi)鉆（擴(kuò)）孔所切削下來(lái)的巖層清洗干凈，確?；赝弦淮纬晒Α?/p>

由于是同孔回拖，應(yīng)在光纜套管焊口處使用熱收縮帶，避免光纜焊口與管道壁面的摩擦而損壞管道的防腐層。同時(shí)，應(yīng)在回拖管口處光纜套管和管道上分別安裝萬(wàn)向節(jié)，從而保證光纜套管不會(huì)在回拖過(guò)程中纏繞至管道上。在擴(kuò)孔回拖時(shí)，將扭矩控制在合理的范圍內(nèi)。扭矩過(guò)大，鉆桿卸扣困難；控制表壓保證擴(kuò)孔回拖時(shí)的順利進(jìn)行。回拖時(shí)注意加強(qiáng)兩邊聯(lián)系，時(shí)刻監(jiān)控儀表讀數(shù)同時(shí)做好每一根鉆桿儀表記錄，每一遍預(yù)擴(kuò)完孔后都要認(rèn)真對(duì)照記錄數(shù)據(jù)，分析產(chǎn)生數(shù)據(jù)波動(dòng)的原因和采取必要的措施，編擴(kuò)孔記錄,使擴(kuò)孔、回拖具有可追溯性，保證擴(kuò)孔、回拖施工程序順利。根據(jù)地質(zhì)情況及上一級(jí)擴(kuò)孔情況，合理確定下一級(jí)的擴(kuò)孔尺寸和擴(kuò)孔器水咀的數(shù)量和直徑，保證泥漿的壓力和流速，提高攜帶能力，減少巖屑床的生成。保證擴(kuò)孔回拖的順利?；赝蠁?dòng)后，要作到平穩(wěn)、勻速(回拖中不能停留)，速度控制在 3～9 m/min。操作手時(shí)刻觀察回拖力、扭矩和泥漿壓力變化，及時(shí)上報(bào)，以便采取必要措施，使鋼管順利回拖成功。管線回拖時(shí)要增大泥漿排量,保證孔內(nèi)泥漿的充裕,有利于管線回拖。準(zhǔn)備好助力設(shè)備，若回拖過(guò)程中，回拖力過(guò)大時(shí)，將使用助力設(shè)備作為管線回拖時(shí)的應(yīng)急措施：挖掘機(jī)成對(duì)稱方式排列，隨著管線的回拖速度同步行進(jìn)[6]。

2 光纜套管與管道同孔回拖技術(shù)的技術(shù)要求

定向鉆穿越工程中采用光纜套管與管道同孔回拖技術(shù)時(shí)，要對(duì)整個(gè)施工過(guò)程的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格地控制，要保證每一個(gè)環(huán)節(jié)都達(dá)到所需的標(biāo)準(zhǔn)，以下幾點(diǎn)是在光纜套管與管道同孔回拖技術(shù)中需要注意的地方。

2.1 泥漿的配置與其質(zhì)量的保證

泥漿的質(zhì)量在定向鉆穿越中起到關(guān)鍵的作用，應(yīng)針對(duì)不同的地質(zhì)情況選用不同的泥漿配方，用膨潤(rùn)土和泥漿添加劑配出在不同階段分別起到懸浮、攜屑、固壁和潤(rùn)滑功能的泥漿。其中，所用的泥漿添加劑最好使用環(huán)保型泥漿添加劑。使用三個(gè)泥漿攪拌罐，使膨潤(rùn)土、添加劑和水得到充分?jǐn)嚢?，讓泥漿的性能更為高效與穩(wěn)定。同時(shí)，還要注重泥漿的回收處理，在入土點(diǎn)和出土點(diǎn)出分別有一個(gè)泥漿收集池，用過(guò)的泥漿通過(guò)泥漿回收處理后進(jìn)行循環(huán)使用，大大提高了泥漿的使用效率。根據(jù)地質(zhì)的實(shí)際情況有針對(duì)性的制定了泥漿體系，通過(guò)對(duì)泥漿壓力的控制，調(diào)整泥漿馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度。其基本配方是：2%～3%預(yù)水化復(fù)合泥漿+0.2%～0.4% 增添劑+0.3%降濾失劑+0.2%固體潤(rùn)滑劑。穿越砂層地段加0.2%單項(xiàng)壓力封閉劑。

2.2 光纜套管和輸氣管道應(yīng)各自獨(dú)立

在回拖過(guò)程中，為了防止光纜套管因自身轉(zhuǎn)動(dòng)而纏繞到輸氣管線上，可采用在光纜與管道接口處分別安裝萬(wàn)向節(jié)的方法，光纜套管和輸氣管道應(yīng)各自獨(dú)立，不能捆綁或連接在一起。使光纜套管在回拖時(shí)可以進(jìn)行自轉(zhuǎn)，從而避免光纜套管纏繞到輸氣管線上的情況。

2.3 回拖速度的控制

當(dāng)管道回拖時(shí)，整個(gè)孔道充滿了泥漿，管道會(huì)對(duì)泥漿產(chǎn)生擠壓，從而對(duì)地層產(chǎn)生壓力，所以回拖的速度不應(yīng)太大。管道回拖為連續(xù)作業(yè)，需要控制回拖速度，使管道回拖速度為勻速。如果回拖速度過(guò)快，過(guò)大的壓力可能會(huì)損壞孔壁，致使孔壁坍塌等情況的發(fā)生。同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)地層的變化隨時(shí)調(diào)整回拖拉力，保證回拖過(guò)程的順利進(jìn)行[7]。

3 同孔回拖施工的優(yōu)勢(shì)

光纜套管和管道同孔回拖技術(shù)適用于大型穿越、地質(zhì)情況復(fù)雜、征地面積有限、工期和投資緊張的管道工程，與光纜和管道分別回拖方式相比有一下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

3.1 節(jié)省費(fèi)用

相比于傳統(tǒng)的光纜管道分二次穿越，同孔回拖技術(shù)只需要進(jìn)行一次定向鉆穿越施工，減少了二次定向鉆光纜穿越中的施工費(fèi)用（鉆孔、擴(kuò)孔、回拖等施工）。同時(shí)可減少征地面積，節(jié)省了部分費(fèi)用。

3.2 縮短工期

濟(jì)南-青島輸氣管道二線工程途徑山東省11個(gè)縣區(qū)，沿途經(jīng)過(guò)的村落較多，會(huì)給當(dāng)?shù)鼐用駧?lái)些許不便，同時(shí)征地問(wèn)題也錯(cuò)綜復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)有不利于工程的因素阻礙工程的進(jìn)展。所以適當(dāng)?shù)乜s短工期是十分必要的，同孔回拖技術(shù)減少了一次光纜套管的定向鉆穿越，明顯縮短了工期。

3.3 可靠性高

特別是在地質(zhì)情況惡劣的地區(qū)，同孔回拖技術(shù)減少了光纜單獨(dú)穿越時(shí)的鉆孔風(fēng)險(xiǎn)，只需要考慮到泥漿配置、套管拖頭制作和回拖速度的控制等技術(shù)性問(wèn)題并進(jìn)行嚴(yán)格的操作即可避免穿越失敗情況的發(fā)生[8]。

4 結(jié)束語(yǔ)

將同孔回拖技術(shù)運(yùn)用在定向鉆穿越中是一次大膽并且具有創(chuàng)新性的嘗試。事實(shí)證明，相比于傳統(tǒng)二次穿越方式，同孔回拖技術(shù)確實(shí)具有優(yōu)越性，它不僅可以節(jié)約成本、縮短工期，還可以避免部分工程風(fēng)險(xiǎn)，這在長(zhǎng)輸管道的大型穿越、工期與投資緊張、地質(zhì)情況復(fù)雜多變的地帶中施工的優(yōu)勢(shì)更為明顯。同孔回拖技術(shù)特別適用于DN＜600的小口徑管道。在濟(jì)南-青島輸氣管道二線工程的部分穿越工程中，多處穿越使用了同孔回拖技術(shù)并取得了成功，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[9]。

［1］胡成洲,馮東,王本明.光纜與管道同孔回拖技術(shù)在定向鉆穿越施工中的應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì),2008,9(1):44-46.

［2］李長(zhǎng)春.定向鉆穿越設(shè)計(jì)中要注意的問(wèn)題[J].油氣田地面工程,2008(7):78.

［3］GB 50423-2007《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].

［4］GB 50424-2007《油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范》[S].

［5］趙起龍.遼河油田天然氣管網(wǎng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)淺析[J].石油與天然氣化工,2014(3):266-270.

［6］朱梅,劉文亮.定向鉆穿越中的雙管同孔穿越的技術(shù)研究[J].化工管理,2014(9):91-93.

［7］李珍,洪啟林.光纜套管與主管道同孔回拖穿越[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2009(5):71-72.

［8］趙鑫,耿永華,李瑞波.埕港管道工程中應(yīng)用的光纜套管與油管道捆綁式拖管技術(shù)[J].石油工程建設(shè),2012(6):96-97.

［9］趙帥.油氣管道定向鉆穿越技術(shù)[J].石油工程建設(shè),2009(2):37-40.

Application of the Back-dragging Technology in Single Hole in Jinan-Qingdao Gas Pipeline Project

ZHAO Min1,YANG Xiao2,SHI Jiang-miao2,HE Ji-wei1

（1. China University of Petroleum, Beijing 102200, China；2. Sinopec Petroleum Engineering Design Co., Ltd, Beijing 102200, China）

In the construction of Jinan-Qingdao gas pipeline project, the cable and pipeline back-dragging technology in single hole was applied in the horizontal directional drilling construction. In this article, the construction scheme, technical requirements and advantages of this technology were described. It has been proved that this technology can cut the cost, shorten the construction period and avoid part of the risk of the project. And this technology is appropriately applied in the pipeline project of large crossing, complex geological conditions, and limited land area and investment strain situation.

Horizontal directional drilling; Pipeline; Cable; Back-dragging technology in single hole

TE 832

： A

： 1671-0460（2015）03-0574-03

2014-10-23

趙敏（1991-），男，湖北荊州人，在讀研究生，就讀于中國(guó)石油大學(xué)（北京）動(dòng)力工程專業(yè)，研究方向：天然氣長(zhǎng)輸管道。E-mail：zhaomin_petroleum@163.com。