天然氣長輸管道水平定向穿越設(shè)計(jì)要點(diǎn)概述

丁章克　方亞芬

[摘要]水平定向穿越技術(shù)是將石油工業(yè)的定向鉆進(jìn)技術(shù)和傳統(tǒng)的管線施工方法結(jié)合在一起的一項(xiàng)施工新技術(shù)，廣泛用于天然氣、石油等管線鋪設(shè)施工工程中，本文詳細(xì)闡述了在天然氣長輸管道定向穿越設(shè)計(jì)過程中，穿越斷面、地質(zhì)環(huán)境、出土角、入土角及穿越曲率半徑等相關(guān)參數(shù)選擇以及管道在回拖過程中如何采取降浮措施，為天然氣長輸管道水平定向穿越設(shè)計(jì)提供參考。

[關(guān)鍵詞]天然氣長輸管道；水平定向穿越：設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1水平定向穿越技術(shù)概述

水平定向穿越技術(shù)是將石油工業(yè)的定向鉆進(jìn)技術(shù)和傳統(tǒng)的管線施工方法結(jié)合在一起的一項(xiàng)施工新技術(shù)，它具有施工速度快、施工精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于天然氣、石油等管線鋪設(shè)施工工程中。

定向鉆穿越施工解決了傳統(tǒng)開挖施工對居民生活的干擾，對交通，環(huán)境同邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響；施工時，不損壞江河兩側(cè)堤壩及河床結(jié)構(gòu)，不受季節(jié)限制，施工周期短、人員少、成功率高、施工安全可靠等；進(jìn)出場地速度快，施工場地可以靈活調(diào)整，尤其在城市施工時可以充分顯示出其優(yōu)越性，并且施工占地少，工程造價低，施工速度快；大型河流穿越時，由于管線埋地深，地層內(nèi)部的氧及其他腐蝕性物質(zhì)很少，所以起到自然防腐作用，可以保證管線運(yùn)行時間更長。但在管線穿越設(shè)計(jì)過程中由于設(shè)計(jì)人員不掌握穿越設(shè)計(jì)要點(diǎn)導(dǎo)致穿越失敗甚至出現(xiàn)事故，耽誤工期，本文將對穿越設(shè)計(jì)過程中要點(diǎn)進(jìn)行闡述，以應(yīng)對穿越工程事故風(fēng)險：

2水平定向穿越敷設(shè)要求分析

2.1穿越斷面應(yīng)選擇在水域形態(tài)穩(wěn)定的地段，兩側(cè)場地應(yīng)滿足布設(shè)鉆機(jī)、泥漿池、材料堆放和管道組焊的要求。

解釋：定向鉆的穿越斷面選擇和其他穿越方法的斷面選擇有相同之處，管段布置（出入土點(diǎn)和穿越曲線）要在水域形態(tài)穩(wěn)定的場地上。還要求考慮穿越施工條件，場地大小滿足鉆機(jī)系統(tǒng)設(shè)備布置和管段組裝、試壓等工序需要，但場地的情況可以按照具體的工程作出調(diào)整。

2.2采用彈性敷設(shè)時，穿越管段曲率半徑不宜小于1500倍鋼管外徑：且不應(yīng)小于1200倍鋼管外徑。有條件時盡量選取較大的曲率半徑。

2.3水平定向鉆敷設(shè)穿越管段的入土角宜為6°-20°，出土角宜為4°～12°，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、穿越管徑、穿越長度、管段埋深和彈性敷設(shè)條件確定。

《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50423-2013規(guī)定中入土角度進(jìn)一步放寬，原來入土角為8°-18°，出土角沒變，穿越技術(shù)在不斷發(fā)展。比如定向鉆穿越較深的沖溝、海溝，就要求大角度出入土。比如要求河堤下方埋深要深時可加大出入土角：在短距離穿越公路或其他障礙物時可以采用更小的出入土角度。

2.4定向穿越深度應(yīng)符合下列規(guī)定：

2.4.1水域穿越管段管頂埋深不宜小于設(shè)計(jì)洪水沖刷線或疏浚深度線以下6m；

2.4.2穿越鐵路、公路、堤防建（構(gòu)）筑物時，穿越深度應(yīng)符合鐵路、公路、堤防的規(guī)定：

2.4.3穿越管段埋設(shè)深度應(yīng)避開挖砂、采石、拋錨作業(yè)的影響。

對于是否需要沖刷線以下6m爭議很大，設(shè)計(jì)考慮了地層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗壓裂的穩(wěn)定性，保證成孔穩(wěn)定性要求：且考慮定向鉆穿越存在深度的偏差等因素。尤其是近幾年我國油氣輸送管道口徑不斷增大，如西氣東輸二線管道直徑達(dá)1219mm，隨著管徑的增大，復(fù)雜地層中的穿越難度大為增加。為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件，結(jié)合穿越河段水利部門的要求，并且要考慮挖砂、清淤、船舶拋錨、冒漿等不利影響，做出合理的穿越曲線設(shè)計(jì)。

2.4.4避開挖沙、采卵石的影響，要穿越到可采地層之下，并保持一定深度。管道敷設(shè)之后雖不允許挖沙、拋錨，設(shè)計(jì)也要考慮。

2.5穿越管段應(yīng)根據(jù)地基土層的穩(wěn)定性和密實(shí)性，采取防止地表塌陷的措施。

2.6在水平定向鉆穿越的管段上，除管端封頭外不應(yīng)有任何附件焊接或附加于管體上。若需在水域兩側(cè)設(shè)止水環(huán)，可在回拖完成后在穿越管段兩端設(shè)置，并應(yīng)保持防腐涂層的完整。

2.7定向鉆不宜在卵石層、松散狀砂土或粗砂層、礫石層與破碎巖石層中穿越。當(dāng)出人土管段穿過一定厚度的卵石、礫石層時，宜選擇采取套管隔離、注漿固結(jié)、開挖換填措施處理。

解釋：地層中鉆孔的成孔性是水平定向鉆能否敷設(shè)穿越管段的關(guān)鍵，在淤泥、流沙、卵石層中，成孔都很困難；在高強(qiáng)度且變化復(fù)雜的巖層中，由于巖性軟硬變化也影響成孔順直，易發(fā)生錯臺現(xiàn)象，不利于管段回拖。當(dāng)兩側(cè)地質(zhì)條件復(fù)雜時，可通過加套管隔離、開挖換填、地質(zhì)改良硬化等措施，為定向鉆擴(kuò)孔、回拖創(chuàng)造條件。

2.8管道回拖經(jīng)計(jì)算需要采取降浮措施時，宜內(nèi)設(shè)充水管配重。定向鉆的克服回拖阻力的主要方法之一就是降低浮力，因?yàn)榇┰绞乔€，大管徑穿越不能直接灌水，一般采用“PE充水管”配重，讓單位長度內(nèi)管道的重量與泥漿的浮力接近，形成均勻配重。

2.9一次穿越距離過長或穿越出入土點(diǎn)兩側(cè)均有套管時，宜采用導(dǎo)向孔對穿工藝施工。

本條針對定向鉆對穿的兩個條件提出了要求。主要基于一次穿越過長（超過1500m-2000m，不同管徑和地質(zhì)）鉆桿扭矩難以滿足要求，兩端夯套管時一側(cè)鉆進(jìn)施工可能存在定位偏差。鉆具難以進(jìn)入套管的情況，這些情況處理不好都會給工程帶來一定風(fēng)險。近年來對穿應(yīng)用越來越普遍，成為應(yīng)對長距離、復(fù)雜地層穿越的有力措施。

2.10巖石層、卵礫石層等對管道存在劃傷可能地段的定向鉆穿越管道回拖時，應(yīng)采取有效的措施保護(hù)管道不受損傷，其防腐層或外層保護(hù)層應(yīng)耐劃傷。

在巖石區(qū)段。由于巖性、風(fēng)化程度的變化，巖石中裂隙、破碎帶的存在，定向鉆穿越鉆孔會存在成孔不規(guī)則問題，另外洗孔時效果不理想，鉆孔內(nèi)可能存在堅(jiān)硬的碎石塊；長距離的沙層、礫石層穿越對穿越管體形成較強(qiáng)的摩擦：在加設(shè)套段地段，套管端部可能存在凹陷或棱角；這些現(xiàn)象都可能造成管段回拖時卡管、擦管，刮傷防腐層或劃傷鋼管。故強(qiáng)調(diào)定向鉆穿越回拖時應(yīng)做好管段的外側(cè)防護(hù)措施，如直接采用耐劃傷的防腐涂層，或在防腐層外部連續(xù)涂覆耐磨保護(hù)層。目前玻璃鋼防護(hù)層應(yīng)用較好，帕羅特耐磨涂層國內(nèi)也有一些應(yīng)用。

3結(jié)論

在天然氣長輸管道定向穿越設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)慎重選擇穿越斷面，全面綜合考慮穿越點(diǎn)的地質(zhì)環(huán)境即及出土角、入土角及穿越曲率半徑等相關(guān)參數(shù)，確保施工過程中鉆孔及擴(kuò)孔平穩(wěn)進(jìn)行：管道在回拖過程中應(yīng)采取降浮措施，避免因回拖力過大而造成鉆桿扭斷事故。

[責(zé)任編輯：張濤]