定向鉆施工中示蹤線技術(shù)改進(jìn)

朱凱敏

【摘 要】論文分析了電磁法探測(cè)聚乙烯燃?xì)夤艿赖脑怼⒎椒疤綔y(cè)精度的影響因素，介紹了定向鉆工藝中示蹤線敷設(shè)的技術(shù)改進(jìn)。

【Abstract】This paper analyzes the principle and method of electromagnetic detection of polyethylene gas pipeline and the influencing factors of detection accuracy， and introduces the technical improvement of tracer line laying in directional drilling technique.

【關(guān)鍵詞】聚乙烯燃?xì)夤艿?示蹤線;定向鉆

【Keywords】 polyethylene gas pipeline; tracer line; directional drilling

【中圖分類號(hào)】U415;U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）06-0184-03

1 引言

聚乙烯（PE）燃?xì)夤艿谰哂袚闲约?、耐腐蝕、質(zhì)輕、施工簡(jiǎn)便、流體流動(dòng)阻力小、抗拉強(qiáng)度高、適宜輸送天然氣等一系列優(yōu)點(diǎn)，并經(jīng)實(shí)踐證明，PE管較鋼管具有工程造價(jià)低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)：一般而言，管徑De315及以下的PE管比鋼管有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，其成本可比鋼管便宜10%～30%;在國(guó)外，PE管最早在20世紀(jì)50年代服役于城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)，我國(guó)使用PE管的歷史也可追溯至20世紀(jì)80年代初[1]。

天然氣的發(fā)展和PE管的諸多優(yōu)勢(shì)使其逐漸取代鑄鐵管和鋼管，成為中壓燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的主流。然而，PE管由于不導(dǎo)電、不導(dǎo)磁而無(wú)法直接用電磁法探測(cè)其空間位置[2]。因此，

GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》、CJJ 51—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)施運(yùn)行、維護(hù)和搶修安全技術(shù)規(guī)程》、CJJ 63—2018《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等技術(shù)規(guī)范都要求燃?xì)釶E管道敷設(shè)時(shí)，須隨管道走向埋設(shè)金屬示蹤線，以準(zhǔn)確探測(cè)PE管的位置和埋深。

在直埋燃?xì)夤艿拦こ虒?shí)踐中，深圳地區(qū)采用2.5mm2的聚乙烯薄膜包裹不銹鋼金屬線示蹤線，有效解決了PE管的探測(cè)問(wèn)題。在定向鉆施工中，示蹤線與PE管一同回拉，存在示蹤線被拉斷或因示蹤線埋設(shè)過(guò)深而導(dǎo)致不能有效探測(cè)PE管的空間位置等問(wèn)題，因此，定向鉆施工中如何有效敷設(shè)示蹤線的問(wèn)題亟待解決。

2 電磁法探測(cè)PE管示蹤線的原理與方法

目前，探測(cè)地下PE管最常用的方法是電磁法。它是以地下管線或?qū)Ь€與周圍介質(zhì)的導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性差異為主要物性基礎(chǔ)，根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論和電磁感應(yīng)原理觀測(cè)和研究電磁場(chǎng)空間分布規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)地下管線的目的。

電磁法分被動(dòng)源法和主動(dòng)源法。被動(dòng)源法通過(guò)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)（一次場(chǎng)），以電磁感應(yīng)的方式在金屬管線或示蹤線上產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流再以金屬管線或示蹤線為中心形成另一個(gè)電磁場(chǎng)（二次場(chǎng)），通過(guò)接收機(jī)探測(cè)二次場(chǎng)的中心位置，即可對(duì)金屬管線或示蹤線進(jìn)行定位。該方法操作簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是感應(yīng)信號(hào)弱，易受鄰近地下管線干擾而影響探測(cè)結(jié)果。主動(dòng)源法是發(fā)射機(jī)直接將交變電流加載到金屬管線或示蹤線上產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，接收機(jī)通過(guò)探測(cè)一次場(chǎng)的中心位置來(lái)確定金屬管線或示蹤線的位置和埋深。該方法因具有信號(hào)強(qiáng)、探測(cè)精度高、不受鄰近管線干擾等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用廣泛，但要求示蹤線無(wú)斷點(diǎn)，并有接地良好的出露點(diǎn)。

由以上的闡述可知，無(wú)論是被動(dòng)源法還是主動(dòng)源法，接收機(jī)都是通過(guò)探測(cè)示蹤線發(fā)出的交變電磁場(chǎng)（二次場(chǎng)或一次場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)對(duì)PE管的定位定深的，故以應(yīng)用廣泛的主動(dòng)源法為例分析示蹤線的探測(cè)方法及影響示蹤線探測(cè)精度的因素。

2.1 示蹤線交變電磁場(chǎng)的產(chǎn)生

當(dāng)示蹤線直徑遠(yuǎn)小于埋深并忽略大地和空氣的介質(zhì)變化時(shí)，示蹤線可視為均勻介質(zhì)中的一條無(wú)限長(zhǎng)的長(zhǎng)直導(dǎo)線，將幅值為I0的交變電流I0sinωt加載到示蹤線上時(shí)，在地面上P點(diǎn)產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)如圖1所示[3]。

2.2 交變電磁場(chǎng)的測(cè)量

Bx與Bz的曲線如圖2所示，在實(shí)際應(yīng)用中，通常借助接收機(jī)測(cè)量Bx（峰值法）或Bz（極小值法）的方式對(duì)示蹤線進(jìn)行定位定深。采用極小值法定位時(shí)，當(dāng)探頭位于示蹤線正上方時(shí)，電磁場(chǎng)垂直分量Bz為零;用45°定深，確定示蹤線位置后，將探頭與地面成45°進(jìn)行垂直示蹤線移動(dòng)測(cè)量，當(dāng)測(cè)得電磁場(chǎng)垂直分量Bz為零時(shí)，零值點(diǎn)與定位點(diǎn)的水平距離即為示蹤線的埋深（見(jiàn)圖3）。

由上式可知，當(dāng)接收器選定之后，示蹤線埋深越小，示蹤線的電阻越?。娮杪试叫。瑱M截面積越大），示蹤線與大地的接觸電阻越小，則電信號(hào)越強(qiáng)，示蹤線越容易探測(cè)。

3 定向鉆施工中示蹤線技術(shù)改進(jìn)

一般來(lái)說(shuō)，示蹤線要求具有高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、良好耐腐蝕及耐久性等特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中，一般采用聚乙烯薄膜包裹1.5～2.5mm2的金屬絲，也有選用塑料膜包裹窄條的鋁箔。深圳地區(qū)的聚乙烯燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中，選用2.5mm2的不銹鋼金屬絲示蹤線，但在定向鉆施工中，由于上述示蹤線太細(xì)，故存在因拉斷或埋設(shè)太深而不能有效探測(cè)PE管的位置和埋深的問(wèn)題。

深圳燃?xì)夤咀?010年起將2根截面為4mm2的銅芯線應(yīng)用于PE管定向鉆工藝中，施工時(shí)用膠帶將銅芯平行綁于PE管的頂面，隨管道一同回拖，并在兩端出鉆點(diǎn)設(shè)置拉線井，用于將銅芯兩端與直埋敷設(shè)的不銹鋼金屬絲示蹤線可靠地接駁。

采用極小值法測(cè)量電磁場(chǎng)時(shí)，對(duì)式（8）的討論可知，選用電阻率小、橫截面積大的導(dǎo)線，可獲得較強(qiáng)的電磁信號(hào)，而且更高的強(qiáng)度也能有效抵御PE管回拖時(shí)對(duì)示蹤線的破壞。深圳目前采用的2.5mm2的不銹鋼金屬絲示蹤線的電阻率為0.73Ω·mm2/m，抗拉強(qiáng)度為860MPa，銅芯的電阻率為0.0175Ω·mm2/m，抗拉強(qiáng)度為250MPa。故經(jīng)計(jì)算可知，單位長(zhǎng)度示蹤線的電阻：不銹鋼金屬絲為0.292Ω，銅芯線為0.002Ω;回拖時(shí)能承受的最大拉力：不銹鋼金屬絲為2150N，銅芯線為2400N。

在近期市政燃?xì)夤艿拦こ淌┕ぶ?，深圳燃?xì)夤镜?5處定向鉆施工均采用了銅芯線示蹤線，共計(jì)敷設(shè)各種管徑的燃?xì)夤艿?200余米。對(duì)在定向鉆工藝中采用銅芯示蹤線的燃?xì)夤艿拦こ踢M(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，采用英國(guó)雷迪公司的RD4000產(chǎn)品進(jìn)行探測(cè)，結(jié)果顯示能有效地探測(cè)到電磁場(chǎng)信號(hào)。

4 結(jié)論

①電磁法探測(cè)示蹤線的首選方法為主動(dòng)源法，它具有信號(hào)強(qiáng)、探測(cè)精度高、不受鄰近管線干擾等優(yōu)點(diǎn)。②定向鉆工藝中，示蹤線宜選用2根截面積不小于2.5mm2的銅芯。敷設(shè)時(shí)，示蹤線平行管道固定于管頂，不宜纏繞于管道上或兩根示蹤線分散于管道截面圓周敷設(shè)。③定向鉆兩端應(yīng)設(shè)置拉線井，銅芯示蹤線應(yīng)與不銹鋼金屬絲示蹤線可靠連接，并做好絕緣防腐處理。④以定向鉆工藝敷設(shè)的PE管道示蹤線的埋深較大時(shí)，除減小示蹤線電阻、接地電阻、系統(tǒng)電阻外，還應(yīng)提高發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，以提高信號(hào)強(qiáng)度，獲得更好的探測(cè)結(jié)果[4]。

【參考文獻(xiàn)】

【1】黃瑞，王玲玲.聚乙烯（PE）管道在城鎮(zhèn)燃?xì)庀到y(tǒng)的應(yīng)用[J].天津燃?xì)猓?008（1）：19-20.

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【3】曹震峰.燃?xì)釶E管道示蹤線方法及其探測(cè)技術(shù)[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2010（4）：61-64.

【4】鐘立.PE管示蹤線施工的探討[J].煤氣與熱力，2004，24（11）：638-640.