1、水平定向钻技术在燃气管道施工中的应用摘要:水平定向钻技术作为一种非开挖技术，在管道施工中优势十分明显。近年来，该技术被广泛应用在自来水、燃气、电信等管道施工中。本文就水平定向钻技术在燃气管道施工中的应用进行了探讨，简要介绍了水平定向钻进施工工艺，阐述了管道穿越设计参数分析与确定，并对风险控制措施和关键工序的施工控制进行了说明。 关键词:水平定向钻；燃气管道；施工工艺；穿越曲线；风险控制 中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 水平定向钻进技术作为一项新型的燃气管道非开挖施工技术，具有不破坏环境、不影响交通、施工周期短、综合效益高等优点。而传统的燃气管道施工技术是采用开挖沟槽
2、铺管，该方法有开挖作业面大、道路交通影响大、施工周期长等不足。因此，水平定向钻进技术的出现，无疑让燃气管道施工企业带来了更大的效益。下面，就水平定向钻技术在燃气管道施工中的应用进行相关探讨。 2 水平定向钻技术主要施工工艺 2.1 场地选择、布管 施工场地包括钻机场地和布管场地。钻机场地较宽，根据钻机设备进行工艺布置，必须因地制宜，综合考虑入土点、钻机、场地周边环境等因素，一般控制在 30m40m 范围内。布管场地较狭长的，除出土点处需要 20m20m 范围的出土场地外，还需比穿越管道长度长 100m 左右的布管场地(宽度约 5m，能满足布管施工即可)，布管曲率半径可适当减小，控制在 800
3、外 D 以上，出土点后 100150m 内布管线路应为直线。 2.2 施工前检验 主要包括焊接检验、防腐检验、试压、清管等，此步骤对穿越管道施工和今后的安全运行至关重要，具体实施要求按相关技术规范执行。 2.3 钻导向孔 钻导向孔是检验穿越曲线能否成功的主要环节，若出现异常，可以及时分析调整穿越曲线，降低工程风险，因此必须保证导向曲线的合理可靠。 2.4 扩孔 扩孔能使钻屑(土壤)和钻进液(泥浆等)充分混合，并形成合适的空间，降低阻力，便于管道回拖，因此须根据穿越管径、穿越地质、回拖阻力等情况，合理确定扩孔孔径和扩孔次数。扩孔孔径按穿越管径逐步增大，每次扩孔增加 100150mm 为宜，并选择
4、合适的扩孔器。 2.5 管道回拖 管道回拖是穿越工程的最后和最关键的一步，施工时必须连续作业，根据回拖阻力和导向曲线，合理控制泥浆，精确控向。 2.6 施工后复验 为了检验回拖后管道的强度和密封性，并为穿越单项工程的竣工验收提供依据，复验是目前保证管道安全的最后一道检验措施。主要包括强度试验、严密性试验、清管、干燥等。 3 管道穿越设计参数分析与确定 某定向钻穿越工程沿线须穿越高速公路和主要街道，经综合考虑决定采用组合定向钻穿越的设计方案，穿越长度为 987m。本工程管道设计压力 6.0MPa，材料选用 X60(L415)管线钢，管道选用外径 813mm、壁厚15.9mm 的直缝双面埋弧焊钢管
5、，强度设计系数取 0.4。下面仅对穿越设计曲线的确定和回拖阻力的算法进行分析。 3.1 穿越曲线的确定 (1) 影响穿越曲线的因素 影响定向钻穿越曲线的因素有很多，各因素之间的相互关系也非常复杂，综合大量定向钻穿越工程实践经验，主要有 10 大要素：管道与障碍物的安全间距、穿越长度、穿越曲线经过的土质分布情况、管道特性、管道曲率半径、穿越深度、入土角、出土角、钻杆允许折角、出入土点场地及地面标高。 (2)计算程序 为了更精确的计算设计曲线，根据几何原理及相关技术规范特别编制了“定向钻穿越曲线计算程序” ，经多次工程实践验证，计算误差很小。(3)计算结果分析 根据计算结果分析，穿越实长为 987
6、m，入土角 9o，出土角 6o，入土直线段 20以上，管道曲率半径为 1500D 外，即 1219m，穿越曲线水平段管中与入土点管中距离为 18.37m，管道距沪宁高速路面10m，距曹安路路面6m。经综合分析，满足相关技术要求，设计曲线可行。 3.2 管道回拖阻力分析和计算 (1)管道回拖阻力的组成 管道的回拖阻力大致由以下几项组成，但是回拖时这些阻力是不确定的，甚至是随机的。因有些阻力不是同时存在，只能作为在回拖过程中阻力异常时分析用，以便有针对性地处理回拖过程中的问题。 1)管道在洞外部分因自重引起的摩擦力 主要取决于管道入洞前的支撑方式，如果采用水浮法可忽略不计，只考虑支撑段的摩擦阻力，
7、摩擦系数 1 根据经验取值。 2)管道入洞角度、深度误差产生的阻力 主要是偏离设计孔洞造成的，由于管子的刚度大，相当于重新扩孔，使扭矩和拉力增大。 3)管道曲率变化引起的阻力 穿越精度偏差过大在短距离内产生了很大的折转角，或地层突变使曲率半径变小产生的阻力。 4)洞内泥浆及岩土混合物引起的摩擦阻力 伴随回拖全过程，非随机的，与泥浆和地质的情况有关，泥浆量增大可使阻力(泥浆和岩土的混合物产生的摩擦阻力)减小。 5)洞内泥柱引起的摩擦阻力 是随机的，粘土多时，泥浆量偏小其值会很大，增加泥浆量可减小阻力。 6)在管道抬头阶段泥柱重力产生的阻力 与管道抬头角度和深度相关，但穿越深度较浅时，管道抬头阶段因泥柱重力产生的阻力不明显。 7)泥柱变形产生的阻力 主要产生在粉质粘土和淤泥质粘土中，与回拖的速度有关，回拖速度快时阻力大，慢时阻力小。 (2)管道回拖阻力的计算 管道回拖阻力的分析，在处理回拖阻力异常时是必要的，但是在定量计算实际回拖阻力时将很困难，因为有些参数是随机的，所以一般按经验只计算回拖时的最大阻力 Fmax(即钻机的最小拉力)。计算条件假定为孔内充满泥浆、孔壁没有大面积坍塌、回拖前管道完全置于发送道上、管道入土时保持顺畅。经过英国 Land 向启贵;刘坤.水平定向钻穿越施工及其风险控制措施探讨J.石油与天然气化工.2008 年 04 期
