油氣長輸管道定向鉆穿越施工技術(shù)分析

葉隆長

(中交第四公路工程局有限公司，北京 100022)

隨著長輸管網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，油氣長輸管道工程的施工工藝需要不斷的更新。若施工對象屬于大型河流或是不可以拆建筑物的時(shí)候，施工過程中不能破壞生態(tài)地貌情況，需要以環(huán)境保護(hù)作為基礎(chǔ)。此時(shí)利用定向鉆穿越施工技術(shù)，屬于最理想的施工方式。利用定向鉆穿越施工工藝，使用的設(shè)備相對來說比較先進(jìn)，整體的穿越精度較高，并且能對敷設(shè)的方向進(jìn)行合理的把控與調(diào)整。

1 油氣長輸管道定向鉆穿越施工的特點(diǎn)

在油氣長輸管道的施工過程中，利用定向鉆穿越施工技術(shù)，具有顯著的優(yōu)勢。不僅不會(huì)對施工地點(diǎn)的植被產(chǎn)生破壞，也不會(huì)影響交通、商店，或是對周邊的環(huán)境、建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生不良影響。由于沒有水下與水上作業(yè)，不會(huì)影響江河正常通航，也不會(huì)對江河兩側(cè)的堤壩穩(wěn)固性，或是對河床結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。整體的施工過程不會(huì)受到季節(jié)與氣候的限制，具有施工人員較少、周期較短、施工安全性較高等多種特點(diǎn)。利用定向鉆穿越施工技術(shù)，容易對管線敷設(shè)的方向與埋深進(jìn)行調(diào)整，管線弧形敷設(shè)的距離相對較長，能繞過地下的障礙物。對于定向鉆埋深來說，一般都會(huì)達(dá)到6 m以上。在穿越河流的時(shí)候，一般都是埋藏于河床下大于10 m深的地層。由于地層內(nèi)部的腐蝕性物質(zhì)與氧氣較少，自然能起到良好的保溫與防腐效果。定向鉆穿越施工技術(shù)，與其他的施工方式相比，施工的場地相對來說比較靈活，進(jìn)場與出場的速度較快。若在復(fù)雜的地點(diǎn)施工，便能夠直觀的凸顯其優(yōu)勢，不會(huì)占據(jù)過大的施工面積，整體工程成本造價(jià)較低，施工完工速度也比較快。

2 定向鉆施工技術(shù)分析

2.1 前期準(zhǔn)備

1)施工道路 在前期施工道路的準(zhǔn)備中，需要做好施工現(xiàn)場兩側(cè)重型施工設(shè)備的配置工作，以此降低施工成本的支出。在此過程中，盡可能利用現(xiàn)有道路，通往兩側(cè)的施工現(xiàn)場，減少新建道路的距離。還可以借助臨時(shí)道路施工的方式，通往施工現(xiàn)場，并對道路進(jìn)行合理的利用。施工企業(yè)需要提供相應(yīng)的道路施工協(xié)議，并在投標(biāo)之前做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。

2)施工設(shè)計(jì) 若在施工的過程中需要穿越河流，就需要對覆蓋層的厚度進(jìn)行充分的考量。不僅要分析河流季節(jié)性洪水沖刷的深度，還需要從流量特征，河道未來加寬、加深情況等進(jìn)行研究。此外，對管道與電纜的位置進(jìn)行考慮，進(jìn)一步確定合適的覆蓋層厚度[1]。在明確了施工地點(diǎn)之后，開展一系列的地質(zhì)調(diào)查工作，確定穿越層厚度。覆蓋層的厚度一般都大于 6 m，在鉆進(jìn)角與曲率半徑方面，穿越施工入土角一般在8°～18°內(nèi)。

2.2 控向磁場布置

對于鉆孔施工工作來說，做好側(cè)向控向工作十分重要。一般都會(huì)利用電子測量設(shè)備與地面接收設(shè)備。利用側(cè)向控向的方式，能得到鉆頭位置的磁方位角，并進(jìn)行左右的控制。與此同時(shí)，利用側(cè)向控向的方式，能直觀地了解鉆頭所在位置的傾斜角，并明確鉆頭的鉆進(jìn)方向。在此過程中，該傾斜角主要用于上下控制[2]。對于穿越施工的精度進(jìn)行分析，磁場的變化能發(fā)揮出決定性的效用。例如，電力線路與鋼結(jié)構(gòu)會(huì)對磁場讀數(shù)產(chǎn)生影響。穿越出圖點(diǎn)的導(dǎo)向孔目標(biāo)偏差范圍應(yīng)當(dāng)處于3～10 m之間，寬度為3 m以內(nèi)。一般情況下，進(jìn)行鉆孔施工，需要做好控制與測量的工作。每一根鉆桿需要相隔9 m進(jìn)行計(jì)算。此外，采用相應(yīng)的替代與方式，做好定位的工作，如陀螺儀、穿地雷達(dá)等。

2.3 定向鉆穿越施工流程

首先就是鉆導(dǎo)向孔。根據(jù)預(yù)定的設(shè)計(jì)曲線、出入土角，沿預(yù)定的界面進(jìn)行鉆孔。設(shè)計(jì)曲線一般為3段直斜線和2段大半徑弧線。

其次就是預(yù)擴(kuò)孔。一般使用小型鉆機(jī)且主管直徑超過300 mm的時(shí)候，就會(huì)進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔。若利用大型鉆機(jī)，主管線直徑大于350 mm就需要進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔處理，預(yù)擴(kuò)孔的直徑與次數(shù)，需要根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)情況，還有具體的鉆機(jī)型號(hào)確定。

最后就是主管回拖?；赝蠒r(shí)應(yīng)當(dāng)將擴(kuò)孔器、鉆桿以及安裝的管線進(jìn)行穩(wěn)固的連接，且經(jīng)檢驗(yàn)后再進(jìn)行回拖作業(yè)。在此基礎(chǔ)上，使用鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤，帶動(dòng)鉆桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并逐漸后退，進(jìn)行擴(kuò)孔回拖。在此過程中，旋轉(zhuǎn)接頭能避免產(chǎn)品管道隨著擴(kuò)孔器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)品管線也不會(huì)在回拖的過程中旋轉(zhuǎn)。在已經(jīng)擴(kuò)好的孔里灌滿泥漿，能使孔中的產(chǎn)品管線呈現(xiàn)懸浮的狀態(tài)[3]。產(chǎn)品管線的四周與空洞，經(jīng)過泥漿潤滑處理之后，回拖的阻力能明顯減少，還能為管線防腐層提供相應(yīng)的保護(hù)。在多次進(jìn)行鉆機(jī)預(yù)擴(kuò)孔之后，成孔與管道相比較，直徑超出300 mm左右?；赝线^程應(yīng)防止對防腐層產(chǎn)生損傷。

在定向鉆穿越施工的過程中，需要對孔內(nèi)泥漿的情況進(jìn)行觀察，并且每一個(gè)小時(shí)進(jìn)行取樣。對于泥漿工程師來說，需要做好分析與試驗(yàn)的工作，并進(jìn)行地質(zhì)勘探報(bào)告與分離物的對比，確定是否進(jìn)行泥漿性能的調(diào)整工作，還要進(jìn)行詳細(xì)的記錄，對鉆進(jìn)過程的地質(zhì)情況進(jìn)行更加準(zhǔn)確地判斷，為后續(xù)的決策鉆進(jìn)工作，鉆導(dǎo)向孔成果提供保障。

3 導(dǎo)向孔鉆進(jìn)偏離原因與對策

3.1 導(dǎo)向孔在鉆進(jìn)過程中偏離設(shè)計(jì)穿越曲線的原因

首先，管線設(shè)計(jì)穿越方位與鉆機(jī)就位的方位存在一定的偏差。其次，受到外部磁場的影響，計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)并不是鉆頭的實(shí)際位置。最后，鉆機(jī)的操作人員出現(xiàn)操作失誤的情況，導(dǎo)致設(shè)計(jì)曲線與實(shí)際的曲線出現(xiàn)偏移的現(xiàn)象。

3.2 偏鉆預(yù)防措施

1)確保鉆機(jī)就位方位與設(shè)計(jì)管線中心線重合

在鉆機(jī)就位之前，就可以利用經(jīng)緯儀等儀器，放出管線，并穿過中心線，結(jié)合穿越入土角、鉆機(jī)自身尺寸等參數(shù)，做好鉆機(jī)精確位置的計(jì)算工作，并使用線繩或是白灰進(jìn)行標(biāo)記，以此作為鉆機(jī)就位的核心依據(jù)[4]。在就位之后，還可以借助測量儀器進(jìn)行偏差的測量。若鉆機(jī)方位與管線中心線角度相對，偏差超過0.1°，就需要根據(jù)偏左或是偏右進(jìn)行鉆機(jī)的調(diào)整。經(jīng)過多次就位調(diào)整之后，將偏差控制在 0.1°內(nèi)。鉆機(jī)就位之后，需要進(jìn)行偏差數(shù)值的精確計(jì)算工作。在開始鉆導(dǎo)向孔的時(shí)候，將偏差調(diào)整為零，確保設(shè)計(jì)的穿越曲線與導(dǎo)向軌跡相重合。

2)采用人工磁場

鉆機(jī)控向系統(tǒng)，主要就是根據(jù)磁場，做好方位的控制工作。通過鉆頭后的探頭，將導(dǎo)向孔參數(shù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。地磁場容易受到地下電纜、地面高壓線、地下管線等金屬構(gòu)件的干擾，進(jìn)而導(dǎo)致控向參數(shù)不準(zhǔn)確[5]。人工磁場主要就是在穿越中心線兩側(cè)，進(jìn)行閉合線圈的布設(shè)，并準(zhǔn)確的將鉆孔數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來。在探頭達(dá)到閉合線圈區(qū)域之后，將電源與磁場進(jìn)行融合，并測得創(chuàng)業(yè)軸線是否存在偏移的現(xiàn)象。利用地磁場與人工磁場的比較，進(jìn)一步確定鉆頭的方位，并且確定下一根鉆桿的方位。由于人工磁場不受到地磁場的干擾，能提供更加準(zhǔn)確的管線穿越方位角。在不受到地磁場干擾的情況下，對方位角進(jìn)行校正，以此對導(dǎo)向孔與設(shè)計(jì)穿越曲線進(jìn)行控制，以此保證穿越曲線的平滑性。

3)控制人為因素

在開工之前，需要做好對司鉆人員的培訓(xùn)工作，不斷提升其綜合素養(yǎng)。在促進(jìn)司鉆人員與把控方向人員之間溝通與配合的同時(shí)，對人為因素進(jìn)行控制。司鉆人員應(yīng)當(dāng)以控制方向人員的指令為基礎(chǔ)，并根據(jù)指令進(jìn)行操作，避免出現(xiàn)鉆孔偏離設(shè)計(jì)曲線的問題。對于控制方向的人員來說，需要針對設(shè)計(jì)曲線，做好傾角度數(shù)的調(diào)整工作，還需要更加的注意穿越過程中產(chǎn)生的軌跡變化情況，以此對設(shè)計(jì)穿越曲線進(jìn)行控制。

4)加強(qiáng)質(zhì)量控制

首先，擴(kuò)孔器直徑大于穿越管道二倍直徑，其目的就是減少拖拉力，并對防腐層進(jìn)行保護(hù)。在全部連接之后，需要進(jìn)行泥漿沖洗，并檢查泥漿的噴嘴，合格之后才能進(jìn)行施工。其次，保證管道回拖施工連續(xù)進(jìn)行[6]。除了產(chǎn)生不可抗拒的原因，不能出現(xiàn)無故停工的現(xiàn)象。在進(jìn)行回拖施工的過程中，開展連續(xù)作業(yè)，能避免因?yàn)橥９?dǎo)致的阻力增加，對施工效率產(chǎn)生影響。最后，在回拖施工的過程中，需要對泥漿的運(yùn)行情況進(jìn)行觀察。借助泥漿制漿系統(tǒng)、循環(huán)處理系統(tǒng)以及泥漿回收坑等，盡可能做好分離與回收處理的工作，避免產(chǎn)生環(huán)境污染。

4 結(jié) 論

綜上所述，當(dāng)前我國的油氣長輸管道建設(shè)處于重要的發(fā)展階段，能源結(jié)構(gòu)也從石油逐漸向著天然氣發(fā)生變化，這在一定程度上推進(jìn)了油氣長輸管道工程的持續(xù)發(fā)展，為后續(xù)的管道建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。此外，這也對長輸管道工程的施工與設(shè)計(jì)提出更高的要求?；诖耍挥胁粩喟l(fā)展和利用定向鉆穿越施工技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)高效施工的目標(biāo)，減少對施工環(huán)境產(chǎn)生的影響，才能貫徹保護(hù)環(huán)境的和諧發(fā)展目標(biāo)，推動(dòng)油氣長輸管道的建設(shè)。