浅析天然气管道定向钻穿越公路质量控制要点

浅析天然气管道定向钻穿越公路质量控制要点大庆油田天然气分公司时圣武摘要：天然气管道工程建设是油田场站建设系统工程中的重要组成部分，天然气管道能否长期安全平稳运行不仅决定于正常地段管道施工质量，特殊地段如穿越公路段的管道施工质量更加不容忽视。尤其是近些年原普通顶管穿越大量被定向钻穿越代替，质量控制更显重要。为此天然气管道定向钻穿越公路质量控制需首先从熟悉天然气管道定向钻穿越工程的主要施工工艺（包括钻导向孔、扩孔、回拖）出发，强化施工准备阶段、施工阶段的过程质量控制，以大化北线阀组间调整改造工程穿越公路现场为实例，论述了天然气管道穿越工程施工从施工人员、机具、材料、施工方法及作业环境几方面的重点控制内容。关键词：定向钻穿越施工工艺；穿越工程施工准备及过程质量控制要点；0前言近几年，水平定向钻穿越技术在大庆油田天然气管道穿越油田路、水渠等构筑物的实际应用越来越多。尤其是大庆油田自2011年以来先后实施西干线、萨大路、让林路、西二路、南六路道路改扩建，原路面4车道扩建成双向6车道或8车道，路面宽度增加至30米至50米宽，改扩建道路虽预留了相当一部分涵洞，但仍然无法满足管线穿越油田高等级公路的要求，由于路面宽度的增加，传统采用的手掘顶管技术已更多的被定向钻穿越技术替代。定向钻穿越技术做为一种成熟的非开挖穿越技术，它与普通顶管作业技术相比具有经济性可行、技术上成熟，适用面广的特点。管道工程施工主要工序包括焊接、检测、防腐、补口、打压、通球等，天然气管道定向钻穿越工程几乎涵盖了管道施工全部工序的质量管理。1定向钻施工工艺及特点：定向钻主要施工工艺包括：钻导向孔—扩孔—管道回拖［2］。1.1、钻导向孔:要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。图一：钻导向孔1.2、预扩孔:在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3～1.5倍，需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。一般情况下，使用小型钻机时，直经大于200毫米时，就要进行予扩孔，使用大型钻机时，当产品管线直径大于DN350mm时，就需进行预扩孔，预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200mm，所以不会损伤防腐层。图二：预扩孔1.3、管线回拖：管线回拖时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层。经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。图三：管线回拖2工程应用实例解析大化北线阀组间调整改造工程，主要工程内容新建600m2阀组阀组间1座，管道穿越公路5次。工程由大庆油田公司投资，建设地点为大庆市龙凤区庆东新城外环东路及万峰路路口处。主要工期控制性工程内容为五条天然气干气管线穿越公路（管径×壁厚分别为φ529×8、φ508×8、φ159×6，设计压力为1.6MPa），其中φ529×8穿越万峰路2次，φ159×6穿越万峰路1次（路面39米，路两侧雨排及压力排各10米宽），φ508×8穿越外环东路穿越2次（路面48米宽度，路两侧雨排及压力排各10米宽）。鉴于天然气管线顶标高必须低于平行于公路两侧雨排、通讯等管网设施标高方可保证垂直穿越，因现场勘察已建涵洞与已建道路两侧平行管线大多同标高，已经无法实现大管径管线穿越，因此排除了利用公路已建涵洞方案。⑴人员控制要点。该工程项目总包单位为化建特种设备安装处，穿越工程队伍为大庆化建公司自行选择的劳务分包队伍大庆鑫宏昊建筑工程有限公司，检测作业单位为大庆油田三维无损检测公司，经审查企业资质符合穿越作业要求，一是对焊工、检测工作防腐工、穿越设备司钻工、吊装工特种作业人员资质进行审查。二是通过现场作业考核，对其作业能力进行实际检验。⑵机具控制要点。一是核查工序所包括的焊接、吊装机具。二是定向钻机设备的选择。经穿越回拖力计算［2］确定并充分考虑穿越队伍自有装备现况，选用回拖转矩220牛米，回拖力［2］200T级定向钻机。⑶所选材料的控制要点。一是核查拟穿越天然气管线规格为φ529×8，φ508×8、φ159×6，材质为L245NB，防腐形式为3PE防腐。现场经焊接、检测管线焊口全部合格，在经过防腐补口后，电火花检测达到或超过3PE防腐要求，并对损伤的防腐层经补伤检测合格。二是核查钻机钻杆的使用年限，防止出现断杆。三是核查所采用的定向钻切削设备的能力。⑷施工穿越方法控制要点。一是穿越管线的弯曲半径［1］保证管线允许应力。根据穿越管线直径，需首先计算工艺管线的曲线段最小弯曲半径（计算公式为R=1500×DN公称直径），对比路面宽度，取两者较大者进行导向孔穿越曲线设计，确定入土角度、入土点和出土点。根据弯曲半径要求，外环东路穿越长度为120米，万峰路穿越长度为108米。二是控制护壁泥浆［3］制配及泥浆压力［1］。考虑到穿越地质条件，选用膨润土作为润滑泥浆用料，实际减少摩擦力并较好地保护管道防腐层。同时一定要按方案确定的扩孔级数进行扩孔。根据管线管径为DN500，级数初步确定为三级扩孔。四是尾部采用轮式吊车辅助溜尾，减少摩擦力对防腐层的损坏，必要时在入土点辅助降水。由于本工程地下水位相对较高，在施工过程中辅助采用了井点降水的施工方法。⑸穿越施工环境控制要点。一是地面空间情况。本工程建设地点地面空间开阔，情况明确。二是地下空间情况。地下开挖探查，距拟穿越的外环东路西侧路边3米处敷设有大庆石化公司供水干线，距20米位置处敷设有6KV埋地铠装电力电缆，道路东侧距路边10米处敷设有大庆市东城污水处理厂再生水管线。万峰路南北侧均规划敷设有城市供排水玻璃钢材质管线。三是地质条件确认。因本次穿越深度最深点为5米，为浅层地质，不需要进行地质钻孔取样。通过现场开挖工作坑初步确认所处地质上层存在少部分流砂层，加深开挖至约3米处为中性亚粘土，该类土质符合穿越管线要求。定向钻穿越地层难点主要是遇到松散的砂、砾石层，砂卵砾石地层(砂、砾石层稳定性差，坚硬岩石切削难度大)。一般情况下，穿越深度较大的顶管或定向钻穿越工程需要通过钻探和物探技术来确定穿越地层的地质结构特点。四是环境温度控制。因穿越工程从2012年10月底一直持续至2012年12月中旬，管线穿越入土点和出土点土层已部分冻结，管线补口质量受环境温度影响较大，为防止和最大限度减少回拖过程中产生的质量问题，采取了加热、缓冷、提高补口防腐等级等冬季施工措施。2012年10月底，施工单位编制了详细的穿越方案，经建设单位审查批准后实施了该方案。2012年11月初，定向钻钻机进场，总工期历时约30天，2012年12月15日，成功完成最后一条φ529×8管线穿越。3、结束语大庆油田天然气分公司现已进入主要集、输气管网调整完善期，管道施工质量控制是管道施工的重要内容。质量控制是工程管理的永恒主题，定向钻穿越工程作为管线穿、跨越工程中代表性节点工序，其质量好坏直接影响着管线投产及后期运行，因定向钻穿越具有不可逆的特点，穿越一旦失败，工期及投资损失将无法挽回，因此必须清醒认识到质量管控工作的重要性，采取措施，优化方案编制，优化施工控制过程，切实保证天然气管道一次性成功穿越拟穿越公路、水渠、铁路等既有设施。参考文献：［1］闫相祯丁鹏杨秀娟.水平定向钻技术在管道穿越工程中的应用研究[J].石油学报.2008,29(2):292-295［2］杨先亢遆仲森马保松韦立勇兰海涛.水平定向钻管道穿越回拖力计算公式的比较分析[J].石油工程建设.2011,37(1):1-4［3］闻涛.定向钻技术在燃气管线穿越河流中的应用[J].油气田地面工程,2014,(7):91-92【作者简介】时圣武：工程师，2002年9月毕业于天津大学电气工程及其自动化专业，现任大庆油田天然气基建管理中心基建工程部主任，从事油田地面建设项目管理。[phone]、13069671853、[e-mail]