目前, 水平定向钻是使用范围最广的一种非开挖技术, 其穿越施工以其导向准确、施工周期短、综合成本低等众多优点, 越来越多地被应用于管道穿越工程[1]。本文结合工程实例, 论述了某DN400输油管线和DN100光缆套管同时穿越弥河水平定向钻技术和施工难点及解决措施。
管道穿越弥河的穿越断面两岸有硬化路, 可直达穿越断面, 交通运输条件比较好。该弥河线路地形起伏较大, 河床地势相对于两岸较低, 形成落差为9~12m的陡坎, 两岸为平原、岗地地形, 地势稍有起伏。
管道穿越部分土层从上至下可描述为: (1) 素填土层, 主要为吹填粉砂、粉土、含贝壳碎屑。 (2) 粉砂层, 主要为石英、长石、含贝壳碎屑。 (3) 粉质黏土层, 含贝壳碎屑, 切面光滑。 (4) 粉土层, 含少量姜石及铁质氧化物, 韧性低。 (5) 粉砂层, 主要成分为石英、长石, 含铁质氧化物, 颗粒级配差。
定向钻穿越的适宜地层有黏土层、亚黏土层、粉砂层、粉土层及中砂层等[2]。该弥河河床、河漫滩、河堤均由粉砂构成, 整体抗冲刷能力较弱, 且河水流速较快, 冲刷能力较强, 河床起伏较大。因此, 穿越深度应深入下部稳定的粉质黏土层及其下伏土层中, 方不对河床产生影响。
定向钻穿越施工主要分为三个步骤, 分别为钻导向孔、扩孔、管线回拖。钻导向孔是穿越施工的一个关键工序, 它关系着整个定向钻穿越施工的成功与否[1]。在设计曲线钻导向孔时, 穿越曲线上每隔10m左右设数据控制点, 控制导向孔的钻进。导向孔曲线与设计曲线的偏移量半径不应大于2m。出土点沿线设计轴线的纵向偏差应不大于穿越长度的1%, 且不大于10m;横向偏差应不大于穿越长度的0.5%, 且不大于2m。
导向孔钻成后, 卸掉钻头及控向系统, 安装扩孔器进行预扩孔, 扩孔时钻具组合顺序为钻杆+切割刀+扩孔器+钻杆, 根据管径、地层资料及钻进时的地质情况, 穿越采用二级扩孔、一级洗孔, 每次预扩孔都进行钻杆和钻具的倒运及钻具连接。扩孔第一级用铣齿牙轮22″扩孔器进行预扩孔, 第二级用铣齿牙轮30″扩孔器进行预扩孔 (1″=25.4mm) 。
管线回拖是将管道回拖至钻机侧, 以完成施工的过程。管段与钻具的连接顺序为钻杆、麻花钻杆、切割刀、扩孔器、旋转接头、“U”型环到管道。切割刀直径宜比扩孔器直径大150mm, 扩孔器直径宜比管道直径之和大150mm。管道回拖施工应连续进行, 除发生不可抗拒的原因外, 严禁停拖。
在管道回拖时, 管道的刚性很高, 入洞阶段容易出现管头部分挤压孔洞上部, 造成回拖阻力加大, 钻杆易断裂。因此在回拖施工时, 可在现场采取垫猫背的措施, 辅以挖掘机或吊车进行调整, 使管道以合理的角度入洞, 避面由于回拖力大而导致钻杆断裂事故。
冒浆会对周围环境造成污染和破坏, 也是定向钻施工中较为常见的现象[3]。在导向孔施工前, 在安装控向探头短节同时安装一个泥浆压力传感器, 来监测钻杆内和环空的压力, 若环空压力异常增大则可判断环空的泥浆回流不通畅, 及时进行洗孔, 避免跑冒浆现象的发生。调整泥浆性能、减少钻进压力、添加剂堵漏、合理控制钻进扩孔及回拖速度等都可避免冒浆。
钻导向孔在整个定向钻中起着重要作用。首先, 探头测量精度需在规定范围内。其次使用方位角平均值法, 在穿越中心线上, 选择三个不同位置, 每个位置旋转探头四次, 每次旋转90°, 取其平均值, 有助于提高左右偏移的准确度。第三, 使用射流钻进工艺, 使造斜短节的工具面与钻头射流钻进的中心线一致, 测量的工具面值更接近实际工具面值, 有助于控制钻进方向。第四, 在地层变化处增加数据采集次数, 及时了解钻进方向变化情况, 有利于控制钻进方向。
美国管道研究委员会PRCI关于定向钻穿越防腐层给出结论为:穿越软土层、砂层或软性岩土, 不需考虑防腐层的磨损;穿越硬岩地层, 可以采取适当增加防腐层系统中的一种或多种材料的厚度来消除防腐层磨损的影响[4]。
由于本地层中含有贝壳碎屑及姜石等, 为防止管道回拖中防腐层遭到划伤, 采用的是加厚三层PE防腐层, 穿越段补口采用1个热收缩袋进行包覆防腐, 另1个热收缩带作为牺牲品, 与补扣套搭接1/3, 与管道三层PE防腐搭接2/3, 必要时可采用2个热收缩带进行包覆防腐。
定向钻管道穿越的难度很大, 不确定因素也很多, 施工时需结合复杂多变的地质情况、穿越设计方案及具体的实际情况, 选择合适穿越地层、制定合理的设计、规范施工, 才是克服难点、回避风险的最佳手段[3]。本文通过管道定向穿越弥河, 简单介绍了水平定向钻技术及施工中易遇到的问题, 为日后更好的发挥水平定向穿越技术起到一定助益。
摘要：本文介绍了某输油管道水平定向钻穿越弥河技术, 在施工过程中, 根据管道穿越断面工程地质特征, 选择合适的定向钻穿越地层, 对钻导向孔、回拖管线、冒浆的问题提出了建议。希望能为以后类似的定向钻工作提供参考。
关键词：管道,定向钻技术,施工
[1] 宋祎昕, 姚安林, 蒋宏业, 等.天然气管道水平定向钻穿越事故及其后果分析[J].中国安全生产科学技术, 2011, 7 (4) :118-121.
[2] 赵帅.油气管道定向钻穿越技术[J].石油工程建设, 2009, 35 (2) :37-40.
[3] 雷章彬, 赵喜建, 郭清泉.控制定向钻施工中泥浆冒浆的讨论[J].非开挖技术, 2006, 23 (1) :28-29.
[4] 左雷彬, 冯亮, 马晓成, 等.水平定向钻穿越冰水沉积层技术探索与实践[J].地质科技情报, 2016, 35 (2) :121-125.
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