天然氣長輸管道項目穿越區(qū)工程地質(zhì)適宜性評價

賀旺 解立云 韋子鈺

天然氣長輸管道施工過程中會穿越特殊復(fù)雜地段，如大中型河流、小型湖泊、高速公路、鐵路及建筑物等。水平定向鉆為非開挖地下油氣管道先進(jìn)施工技術(shù)之一。目前對定向鉆在長輸管道施工時穿越地段的合理選取，覆蓋層厚度及不均地層對鉆進(jìn)穩(wěn)定性的影響、對不同地層的適宜性評價等，始終是天然氣長輸管道施工設(shè)計與評價重點(diǎn)。《油氣管道完整性評價技術(shù)》一書系統(tǒng)綜述了國內(nèi)外油氣管道完整性管理及技術(shù)評價研究現(xiàn)狀及進(jìn)展，解析了國內(nèi)外管道檢測與技術(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)了油氣管道穿越地段工程地質(zhì)適宜性評價模型，尤其是深入分析了特殊地段地質(zhì)工程問題，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)例分析了油氣管道及站場完整性評價技術(shù)應(yīng)用，進(jìn)一步展望了物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)在未來油氣管道施工方面的應(yīng)用。本書具很強(qiáng)的實(shí)用性，書中施工案例全部來源于具體生產(chǎn)實(shí)踐，能為油氣管道施工、運(yùn)行及維護(hù)方面的相關(guān)技術(shù)人員及管理者提供一定指導(dǎo)。

定向鉆穿越技術(shù)在不同地層施工中存在較大差異，隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，適用于軟質(zhì)、硬質(zhì)粘土層、高風(fēng)化巖層及致密砂巖中的鉆進(jìn)。同時，在天然氣長輸管道項目中更多的被應(yīng)用于穿越大中型河流地段，如成功應(yīng)用于長江、黃河、鑒江、黃浦江、錢塘江及海底的穿越等。特殊復(fù)雜地質(zhì)主要涉及地層及環(huán)境方面，其中地層方面主要包括巖石、卵礫石及砂土地層。巖石硬質(zhì)特性、強(qiáng)摩擦性會導(dǎo)致定向鉆進(jìn)進(jìn)度慢且鉆頭磨損嚴(yán)重，密度較大時巖屑的鉆排較困難，鉆后會形成穩(wěn)定孔壁;卵礫石地層由于相對較低的地層強(qiáng)度影響孔壁穩(wěn)定，如遇卵石或圓礫影響鉆進(jìn)，其顆粒特性可能使鉆頭偏向，由于較強(qiáng)地層滲透性影響泥漿及鉆屑的及時排除，該地層擴(kuò)孔也較困難;砂土地段穿越時主要面臨孔壁穩(wěn)定性控制，傳統(tǒng)泥漿護(hù)壁方式不能實(shí)現(xiàn)松散砂土地層的穩(wěn)定，在自身重力作用下水平鉆孔中的管道會相對貼敷于底側(cè)，泥漿包角增大，在不平衡壓差作用下下壓管線至“吸附”在孔壁，進(jìn)而摩阻顯著增大，影響施工的繼續(xù)。場地環(huán)境及工程地質(zhì)條件是定向鉆技術(shù)成果的關(guān)鍵。定向鉆穿越技術(shù)一般需較大場地為設(shè)備及施工的支撐環(huán)境，穿越地層的工程地質(zhì)條件，如地層特性、巖層顆粒、強(qiáng)度、均質(zhì)性及透水性等因素影響定向鉆施工。

相比傳統(tǒng)管道開挖施工，水平定向鉆管道施工技術(shù)在保證埋深及敷設(shè)精度情況下，能適用于不同特殊地層且對環(huán)境影響較小，這也是其廣受歡迎的主要原因。，但其也存在不足之處，如硬質(zhì)巖層及碎石區(qū)域施工較難、穿越設(shè)備配套昂貴、鉆出泥漿處理問題。此外，不同地段地質(zhì)條件不同，哪怕是同一個區(qū)域也會有多個特殊地段，水平定向鉆始終不能一次完成這些地段的穿越，必須對不同項目工程設(shè)計不同應(yīng)對方案。目前，水平定向鉆方面依然沒有形成一個統(tǒng)一、規(guī)范的設(shè)計施工標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外始終沒有形成一套完整的長輸管道穿越地段適宜性評價體系。天然氣長輸管道在穿越?jīng)_擊平原地貌、地層土質(zhì)良好、河流穩(wěn)定平坦區(qū)域時，河床沖擊淤泥變化不會對定向鉆進(jìn)工程造成太大威脅，但應(yīng)考慮河床及岸坡穩(wěn)定性;在穿越滑坡、泥石流等不良地質(zhì)場景及濕陷性黃土、鹽漬土等特殊性巖土?xí)r，受到較嚴(yán)重影響，應(yīng)視實(shí)際情況對岸坡地帶采取相應(yīng)護(hù)岸措施，進(jìn)行抗震性設(shè)計，進(jìn)行合適的抗震烈度，實(shí)驗室內(nèi)進(jìn)行特殊巖土的膨脹率等特性測試。

上述內(nèi)容在《油氣管道完整性評價技術(shù)》一書有詳細(xì)敘述。加強(qiáng)定向鉆進(jìn)技術(shù)機(jī)理方面的深入研究及不同地層地質(zhì)條件的適用性評價分析始終是長輸管道施工設(shè)計的核心研究內(nèi)容之一。在隨后長輸管道施工設(shè)計時，首先盡可能對特殊地段進(jìn)行規(guī)避，降低對復(fù)雜地段或不良地質(zhì)條件地層進(jìn)行施工設(shè)計;對復(fù)雜地段不同地層巖性施工時，選取不同鉆進(jìn)鉆頭、泥漿壓力及鉆進(jìn)速度等，及時選擇最好相應(yīng)的地層變化監(jiān)測措施;盡早形成一個相關(guān)方面統(tǒng)一、規(guī)范的設(shè)計施工標(biāo)準(zhǔn)，形成一套適用于不同地層穿越施工的鉆進(jìn)技術(shù)及一套完整的天然氣長輸管道穿越地段工程條件適宜性評價體系。