长输管道定向钻穿越施工技术

摘要：我国近年来在长输管道施工中，遇到穿越河流、铁路、公路与障碍物时，常规的大开挖方法存在许多问题，“非开挖”方式敷设管道成为长输管道穿越工程中较先进的方法，定向钻穿越技术在国内得到了广泛的应用，结合我在延炼-西安成品道工程西安输油末站管道外输工程上的实践结果，介绍一下定向钻穿越施工技术及验收标准。

关键词：长输管道、定向钻、施工技术、扩孔、回拖

Abstract: in recent years in China in the long distance pipeline construction, meet across rivers, railway, highway and obstacles, conventional large excavation method has many problems, “the excavation” way for laying pipeline become long distance pipeline crossing projects in more advanced methods, direction drill technology in domestic a wide range of applications, combined with my delay in refined products pipeline engineering xian xian-at the end of the oil pipeline engineering on the stand to lose the practical results, introduce direction drill construction technology and acceptance standard.

Keywords: pipelines, directional drilling, construction technology, reaming, back to drag

　　由我项目部承建的延炼-西安成品道工程西安输油末站管道外输工程起点为延炼-西安成品道临潼末站，终点为兰郑长成品道咸阳分输站，设计压力5.0MPa, 管线管径为L415-Φ355.6×6.4/10.3直缝电阻焊钢管，全长约为75km，阀室5座。途径西安市临潼区、高陵县、咸阳市泾阳县和咸阳市管辖区的渭城区及秦都区。管道沿线共穿越等级公路12处，穿越渭河1次，泾河1处，穿越咸铜铁路5处，穿越泾惠干渠5处，穿越西气东输二线4处、兰郑长成品道11处、咸宝复线3处、靖西线2处、其他输线2处、国防光缆3处，共计与其他管道及光缆交叉穿越46处。其中渭河和泾河穿越采用定向钻穿越技术，渭河穿越长度为1620米，泾河穿越长度为1415米。

由于渭河、泾河穿越为该工程的两个咽喉部位，施工要求高，工期紧，任务重，工程刚开工，我项目部根据图纸设计要求和相关规范要求,认真编制了定向钻施工方案及施工计划,组织具有经验的专业队伍进行施工作业,从施工准备到施工完成历时90天，经通球试压验收，结果全部符合设计要求。现结合现场施工情况，以渭河定向钻穿越为例从一下几个方面详细介绍：

一，前期勘察

为了能更好的保证渭河定向钻穿越工程按时，保质保量的完成，以保证整个延炼—西安成品道工程西安输油末站管道外输工程的计划进度，在项目开始之前积极的补充吸收定向钻穿越的各个环节的关键技术原理，并积极的与施工单位技术人员多次开会沟通，根据渭河穿越的地形，及地质勘察报告和穿越的具体要求，找出本工程的技术关键：

1．根据地质勘察报告显示穿越层面有1300米为粗沙，由于粗沙易塌方，吸水性强，打探孔时钻进较困难，且中砂层呈强透水性，承载能力差，液化指数大，易抱钻杆等诸多不利因素，决定了对于粗沙层的处理是整个穿越工程成败的关键。

2．在穿越出土点即渭河南岸地下0.2----7米分布的卵石是工程必须克服的又一重大难题。

3．穿越的距离长，穿越水平距离达到1620米，而且其中1300为粗沙层，给穿越的深度和方向控制带来很大的挑战。

针对以上问题我单位制定施工方案，保证工程进度和质量：

施工单位针对粗沙层硬度大的特点专门定制两个泥浆马达，并专门采购了200根新钻杆和英国Sharewell公司生产的Tru-Trucker system实时跟踪系统,用动力钻进法来解决粗沙层的问题。

二、确定参数

为保证工程方向上的精确度，磁方位角作为定向钻穿越工程最重要的控向数据，是确保穿越曲线圆滑的最重要的保障。因此，在导向孔开钻前，认真的进行了穿越中心线的磁方位角测量，用全站仪通过在穿越中心线上地表多点测量（一般情况下，出、入土侧各取两个点），然后将各组数据进行分析对比，排除那些由于磁干扰而错误的数据，确定正确的磁方位角数值。

钻导向孔采用的钻具主要有：钻杆采用127mm钻杆、钻头采用9 -1/2＂三牙轮钻头；无磁钻铤1根；控向设备采用英国Sharewell公司生产的Tru-Trucker system实时跟踪系统,在整个穿越过程中采用地面信标系统(Tru-Trucker system)进行准确跟踪定位,确保出土位置准确无误。         

在导向孔钻进过程中，要认真观察孔内泥浆返出情况，每一小时取样一次，泥浆工程师做好试验分析，将分离物与地质勘探报告相比较，确定是否进行泥浆性能调整，并做好记录，以便准确判断钻进过程中的地质情况，来决策钻进运行，确保钻导向孔一次成功。定向钻钻进曲线应严格按照穿越施工规范和设计图纸曲线要求。

导向孔在钻进过程中偏离设计穿越曲线的原因：

第一：钻机就位方位与管线设计穿越方位有偏差。

第二：受外部磁场的影响，计算机采集的数据非钻头的真实位置。

第三：钻机操作人员人为操作有误，实际曲线与设计曲线发生偏移。

三、预防措施

针对以上造成曲线偏移的原因，特制定了如下预防措施：

1）保证钻机就位方位与设计管线中心线重合的措施

钻机就位前，用测量仪器（如经纬仪）放出管线穿越中心线，根据穿越入土角、钻机自身尺寸（车长、车宽、轮距等）等参数计算出钻机就位的精确位置，并用白灰或用线绳予以标记，并以此标记作为钻机就位的依据。在钻机就位过程中，除了利用白灰或线绳标记作为就位的标准外，就位后还要用测量仪器测量钻机就位偏差，经计算钻机就位方位相对于管线中心线的角度偏差如超过0.1°时，需根据偏左偏右情况重新调整钻机，经多次就位-测量-调整-再测量，直到偏差控制在0.1°范围内。钻机就位后，计算出精确的偏差数值，在开始钻导向孔时及时调整此偏差为零，保证导向孔轨迹与设计穿越曲线重合。

2）采用人工磁场

钻机控向系统是依靠地磁场进行方位控制，通过钻头后面的探头将导向孔参数传输到计算机。地磁场容易受到地下管线、地下电缆、地面高压线等金属构件的干扰，从而造成控向参数不准确。人工磁场是在穿越中心线两侧布设的闭合线圈，可以准确无误的将钻孔数据反映出来，当探头到达此闭合的线圈区域内,接通直流电源产生磁场,通过人工磁场可以测得穿越轴线的左右偏移和穿越标高。通过人工磁场与地磁场左右偏差的比较,可以确定目前钻头方位角,从而确定下一根钻杆的行进方位。由于人工磁场在地磁场受干扰的情况下可以提供准确的管线穿越方位角，在地磁场不受干扰的情况下可以校正控向方位角的正确性，从而能够很好的控制导向孔与设计穿越曲线偏移，并能保证穿越曲线的平滑性。

3）控制人为因素造成导向孔轨迹与设计穿越曲线偏差的措施

开工前，加强对控向人员与司钻操作人员的培训，提高工作人员的素质，加强控向人员与司钻人员相互间的配合，司钻人员以控向人员的指令为准，按照指令进行操作，防止人为操作导致钻孔出现偏移设计曲线。控向人员应严格按照设计曲线计算每次倾角的调整度数，认真掌握并注意穿越过程中的轨迹变化，通过轨迹变化确定控向方向的变化。从而控制导向孔轨迹与设计穿越曲线的偏移。

四、工艺流程图

五、质量检查

1）扩孔器直径比穿越管道直径大，目的是减小拖拉力，保护防腐层；全部连接完后应送泥浆冲洗，检查各泥浆喷嘴是否正常，合格后进行回拖施工。

2）管道回拖施工应连续进行,除发生不可抗拒的原因外，严禁在施工中无故停拖。在回拖时进行连续作业，避免因停工造成阻力增大，影响回拖。

3）回拖过程中，要认真观察浆泥运行情况，动用泥浆制浆系统、泥浆循环处理系统和利用泥浆回收坑和泥浆处理坑尽力分离、除砂泥浆、回收泥浆残物，尽量减少环境污染。

渭河穿越的成功，标志着延炼—西安成品道工程卡脖子障碍已彻底清除，为延炼—西安成品道工程西安输油末站管道外输工程顺利完成奠定了坚实的基础。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。