管道定向鉆穿越彌河技術(shù)及施工難點(diǎn)分析

王潔 詹川孟(海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266101)

管道定向鉆穿越彌河技術(shù)及施工難點(diǎn)分析

王潔 詹川孟(海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266101)

本文介紹了某輸油管道水平定向鉆穿越彌河技術(shù)，在施工過程中，根據(jù)管道穿越斷面工程地質(zhì)特征，選擇合適的定向鉆穿越地層，對(duì)鉆導(dǎo)向孔、回拖管線、冒漿的問題提出了建議。希望能為以后類似的定向鉆工作提供參考。

管道；定向鉆技術(shù)；施工

目前，水平定向鉆是使用范圍最廣的一種非開挖技術(shù)，其穿越施工以其導(dǎo)向準(zhǔn)確、施工周期短、綜合成本低等眾多優(yōu)點(diǎn)，越來越多地被應(yīng)用于管道穿越工程[1]。本文結(jié)合工程實(shí)例，論述了某DN400輸油管線和DN100光纜套管同時(shí)穿越彌河水平定向鉆技術(shù)和施工難點(diǎn)及解決措施。

1 工程地質(zhì)特征

管道穿越彌河的穿越斷面兩岸有硬化路，可直達(dá)穿越斷面，交通運(yùn)輸條件比較好。該彌河線路地形起伏較大，河床地勢(shì)相對(duì)于兩岸較低，形成落差為9～12m的陡坎，兩岸為平原、崗地地形，地勢(shì)稍有起伏。

管道穿越部分土層從上至下可描述為：①素填土層，主要為吹填粉砂、粉土、含貝殼碎屑。②粉砂層，主要為石英、長石、含貝殼碎屑。③粉質(zhì)黏土層，含貝殼碎屑，切面光滑。④粉土層，含少量姜石及鐵質(zhì)氧化物，韌性低。⑤粉砂層，主要成分為石英、長石，含鐵質(zhì)氧化物，顆粒級(jí)配差。

定向鉆穿越的適宜地層有黏土層、亞黏土層、粉砂層、粉土層及中砂層等[2]。該彌河河床、河漫灘、河堤均由粉砂構(gòu)成，整體抗沖刷能力較弱，且河水流速較快，沖刷能力較強(qiáng)，河床起伏較大。因此，穿越深度應(yīng)深入下部穩(wěn)定的粉質(zhì)黏土層及其下伏土層中，方不對(duì)河床產(chǎn)生影響。

2 水平定向鉆穿越施工技術(shù)

定向鉆穿越施工主要分為三個(gè)步驟，分別為鉆導(dǎo)向孔、擴(kuò)孔、管線回拖。鉆導(dǎo)向孔是穿越施工的一個(gè)關(guān)鍵工序，它關(guān)系著整個(gè)定向鉆穿越施工的成功與否[1]。在設(shè)計(jì)曲線鉆導(dǎo)向孔時(shí)，穿越曲線上每隔10m左右設(shè)數(shù)據(jù)控制點(diǎn)，控制導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)。導(dǎo)向孔曲線與設(shè)計(jì)曲線的偏移量半徑不應(yīng)大于2m。出土點(diǎn)沿線設(shè)計(jì)軸線的縱向偏差應(yīng)不大于穿越長度的1%，且不大于10m；橫向偏差應(yīng)不大于穿越長度的0．5%，且不大于2m。

導(dǎo)向孔鉆成后，卸掉鉆頭及控向系統(tǒng)，安裝擴(kuò)孔器進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，擴(kuò)孔時(shí)鉆具組合順序?yàn)殂@桿+切割刀+擴(kuò)孔器+鉆桿，根據(jù)管徑、地層資料及鉆進(jìn)時(shí)的地質(zhì)情況，穿越采用二級(jí)擴(kuò)孔、一級(jí)洗孔，每次預(yù)擴(kuò)孔都進(jìn)行鉆桿和鉆具的倒運(yùn)及鉆具連接。擴(kuò)孔第一級(jí)用銑齒牙輪22″擴(kuò)孔器進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，第二級(jí)用銑齒牙輪30″擴(kuò)孔器進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔(1″=25．4mm)。

管線回拖是將管道回拖至鉆機(jī)側(cè)，以完成施工的過程。管段與鉆具的連接順序?yàn)殂@桿、麻花鉆桿、切割刀、擴(kuò)孔器、旋轉(zhuǎn)接頭、“U”型環(huán)到管道。切割刀直徑宜比擴(kuò)孔器直徑大150mm，擴(kuò)孔器直徑宜比管道直徑之和大150mm。管道回拖施工應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，除發(fā)生不可抗拒的原因外，嚴(yán)禁停拖。

3 施工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

(1)管道回拖時(shí)管道入洞的處理 在管道回拖時(shí)，管道的剛性很高，入洞階段容易出現(xiàn)管頭部分?jǐn)D壓孔洞上部，造成回拖阻力加大，鉆桿易斷裂。因此在回拖施工時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)采取墊貓背的措施，輔以挖掘機(jī)或吊車進(jìn)行調(diào)整，使管道以合理的角度入洞，避面由于回拖力大而導(dǎo)致鉆桿斷裂事故。

(2)防冒漿技術(shù) 冒漿會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染和破壞，也是定向鉆施工中較為常見的現(xiàn)象[3]。在導(dǎo)向孔施工前，在安裝控向探頭短節(jié)同時(shí)安裝一個(gè)泥漿壓力傳感器，來監(jiān)測(cè)鉆桿內(nèi)和環(huán)空的壓力，若環(huán)空壓力異常增大則可判斷環(huán)空的泥漿回流不通暢，及時(shí)進(jìn)行洗孔，避免跑冒漿現(xiàn)象的發(fā)生。調(diào)整泥漿性能、減少鉆進(jìn)壓力、添加劑堵漏、合理控制鉆進(jìn)擴(kuò)孔及回拖速度等都可避免冒漿。

(3)防止鉆孔時(shí)導(dǎo)向孔與設(shè)計(jì)孔穿越曲線偏移的措施 鉆導(dǎo)向孔在整個(gè)定向鉆中起著重要作用。首先，探頭測(cè)量精度需在規(guī)定范圍內(nèi)。其次使用方位角平均值法，在穿越中心線上，選擇三個(gè)不同位置，每個(gè)位置旋轉(zhuǎn)探頭四次，每次旋轉(zhuǎn)90°，取其平均值，有助于提高左右偏移的準(zhǔn)確度。第三，使用射流鉆進(jìn)工藝，使造斜短節(jié)的工具面與鉆頭射流鉆進(jìn)的中心線一致，測(cè)量的工具面值更接近實(shí)際工具面值，有助于控制鉆進(jìn)方向。第四，在地層變化處增加數(shù)據(jù)采集次數(shù)，及時(shí)了解鉆進(jìn)方向變化情況，有利于控制鉆進(jìn)方向。

(4)對(duì)管道防腐層保護(hù)措施 美國管道研究委員會(huì)PRCI關(guān)于定向鉆穿越防腐層給出結(jié)論為：穿越軟土層、砂層或軟性巖土，不需考慮防腐層的磨損；穿越硬巖地層，可以采取適當(dāng)增加防腐層系統(tǒng)中的一種或多種材料的厚度來消除防腐層磨損的影響[4]。

由于本地層中含有貝殼碎屑及姜石等，為防止管道回拖中防腐層遭到劃傷，采用的是加厚三層PE防腐層，穿越段補(bǔ)口采用1個(gè)熱收縮袋進(jìn)行包覆防腐，另1個(gè)熱收縮帶作為犧牲品，與補(bǔ)扣套搭接1/3，與管道三層PE防腐搭接2/3，必要時(shí)可采用2個(gè)熱收縮帶進(jìn)行包覆防腐。

4 結(jié)語

定向鉆管道穿越的難度很大，不確定因素也很多，施工時(shí)需結(jié)合復(fù)雜多變的地質(zhì)情況、穿越設(shè)計(jì)方案及具體的實(shí)際情況，選擇合適穿越地層、制定合理的設(shè)計(jì)、規(guī)范施工，才是克服難點(diǎn)、回避風(fēng)險(xiǎn)的最佳手段[3]。本文通過管道定向穿越彌河，簡單介紹了水平定向鉆技術(shù)及施工中易遇到的問題，為日后更好的發(fā)揮水平定向穿越技術(shù)起到一定助益。

參考文件：

[1]宋祎昕,姚安林,蔣宏業(yè)，等.天然氣管道水平定向鉆穿越事故及其后果分析[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2011,7(4):118-121.

[2]趙帥.油氣管道定向鉆穿越技術(shù)[J].石油工程建設(shè),2009,35(2):37-40.

[3]雷章彬,趙喜建,郭清泉.控制定向鉆施工中泥漿冒漿的討論[J].非開挖技術(shù),2006,23(1):28-29.

[4]左雷彬，馮亮，馬曉成，等.水平定向鉆穿越冰水沉積層技術(shù)探索與實(shí)踐[J].地質(zhì)科技情報(bào),2016,35(2):121-125.