天然氣長輸管道水平定向穿越設計要點概述

丁章克　方亞芬

[摘要]水平定向穿越技術是將石油工業的定向鉆進技術和傳統的管線施工方法結合在一起的一項施工新技術，廣泛用于天然氣、石油等管線鋪設施工工程中，本文詳細闡述了在天然氣長輸管道定向穿越設計過程中，穿越斷面、地質環境、出土角、入土角及穿越曲率半徑等相關參數選擇以及管道在回拖過程中如何采取降浮措施，為天然氣長輸管道水平定向穿越設計提供參考。

[關鍵詞]天然氣長輸管道；水平定向穿越：設計要點

1水平定向穿越技術概述

水平定向穿越技術是將石油工業的定向鉆進技術和傳統的管線施工方法結合在一起的一項施工新技術，它具有施工速度快、施工精度高、成本低等優點，廣泛用于天然氣、石油等管線鋪設施工工程中。

定向鉆穿越施工解決了傳統開挖施工對居民生活的干擾，對交通，環境同邊建筑物基礎的破壞和不良影響；施工時，不損壞江河兩側堤壩及河床結構，不受季節限制，施工周期短、人員少、成功率高、施工安全可靠等；進出場地速度快，施工場地可以靈活調整，尤其在城市施工時可以充分顯示出其優越性，并且施工占地少，工程造價低，施工速度快；大型河流穿越時，由于管線埋地深，地層內部的氧及其他腐蝕性物質很少，所以起到自然防腐作用，可以保證管線運行時間更長。但在管線穿越設計過程中由于設計人員不掌握穿越設計要點導致穿越失敗甚至出現事故，耽誤工期，本文將對穿越設計過程中要點進行闡述，以應對穿越工程事故風險：

2水平定向穿越敷設要求分析

2.1穿越斷面應選擇在水域形態穩定的地段，兩側場地應滿足布設鉆機、泥漿池、材料堆放和管道組焊的要求。

解釋：定向鉆的穿越斷面選擇和其他穿越方法的斷面選擇有相同之處，管段布置（出入土點和穿越曲線）要在水域形態穩定的場地上。還要求考慮穿越施工條件，場地大小滿足鉆機系統設備布置和管段組裝、試壓等工序需要，但場地的情況可以按照具體的工程作出調整。

2.2采用彈性敷設時，穿越管段曲率半徑不宜小于1500倍鋼管外徑：且不應小于1200倍鋼管外徑。有條件時盡量選取較大的曲率半徑。

2.3水平定向鉆敷設穿越管段的入土角宜為6°-20°，出土角宜為4°～12°，應根據地質條件、穿越管徑、穿越長度、管段埋深和彈性敷設條件確定。

《油氣輸送管道穿越工程設計規范》GB50423-2013規定中入土角度進一步放寬，原來入土角為8°-18°，出土角沒變，穿越技術在不斷發展。比如定向鉆穿越較深的沖溝、海溝，就要求大角度出入土。比如要求河堤下方埋深要深時可加大出入土角：在短距離穿越公路或其他障礙物時可以采用更小的出入土角度。

2.4定向穿越深度應符合下列規定：

2.4.1水域穿越管段管頂埋深不宜小于設計洪水沖刷線或疏浚深度線以下6m；

2.4.2穿越鐵路、公路、堤防建（構）筑物時，穿越深度應符合鐵路、公路、堤防的規定：

2.4.3穿越管段埋設深度應避開挖砂、采石、拋錨作業的影響。

對于是否需要沖刷線以下6m爭議很大，設計考慮了地層結構的穩定性和抗壓裂的穩定性，保證成孔穩定性要求：且考慮定向鉆穿越存在深度的偏差等因素。尤其是近幾年我國油氣輸送管道口徑不斷增大，如西氣東輸二線管道直徑達1219mm，隨著管徑的增大，復雜地層中的穿越難度大為增加。為此，設計人員應根據地質條件，結合穿越河段水利部門的要求，并且要考慮挖砂、清淤、船舶拋錨、冒漿等不利影響，做出合理的穿越曲線設計。

2.4.4避開挖沙、采卵石的影響，要穿越到可采地層之下，并保持一定深度。管道敷設之后雖不允許挖沙、拋錨，設計也要考慮。

2.5穿越管段應根據地基土層的穩定性和密實性，采取防止地表塌陷的措施。

2.6在水平定向鉆穿越的管段上，除管端封頭外不應有任何附件焊接或附加于管體上。若需在水域兩側設止水環，可在回拖完成后在穿越管段兩端設置，并應保持防腐涂層的完整。

2.7定向鉆不宜在卵石層、松散狀砂土或粗砂層、礫石層與破碎巖石層中穿越。當出人土管段穿過一定厚度的卵石、礫石層時，宜選擇采取套管隔離、注漿固結、開挖換填措施處理。

解釋：地層中鉆孔的成孔性是水平定向鉆能否敷設穿越管段的關鍵，在淤泥、流沙、卵石層中，成孔都很困難；在高強度且變化復雜的巖層中，由于巖性軟硬變化也影響成孔順直，易發生錯臺現象，不利于管段回拖。當兩側地質條件復雜時，可通過加套管隔離、開挖換填、地質改良硬化等措施，為定向鉆擴孔、回拖創造條件。

2.8管道回拖經計算需要采取降浮措施時，宜內設充水管配重。定向鉆的克服回拖阻力的主要方法之一就是降低浮力，因為穿越是曲線，大管徑穿越不能直接灌水，一般采用“PE充水管”配重，讓單位長度內管道的重量與泥漿的浮力接近，形成均勻配重。

2.9一次穿越距離過長或穿越出入土點兩側均有套管時，宜采用導向孔對穿工藝施工。

本條針對定向鉆對穿的兩個條件提出了要求。主要基于一次穿越過長（超過1500m-2000m，不同管徑和地質）鉆桿扭矩難以滿足要求，兩端夯套管時一側鉆進施工可能存在定位偏差。鉆具難以進入套管的情況，這些情況處理不好都會給工程帶來一定風險。近年來對穿應用越來越普遍，成為應對長距離、復雜地層穿越的有力措施。

2.10巖石層、卵礫石層等對管道存在劃傷可能地段的定向鉆穿越管道回拖時，應采取有效的措施保護管道不受損傷，其防腐層或外層保護層應耐劃傷。

在巖石區段。由于巖性、風化程度的變化，巖石中裂隙、破碎帶的存在，定向鉆穿越鉆孔會存在成孔不規則問題，另外洗孔時效果不理想，鉆孔內可能存在堅硬的碎石塊；長距離的沙層、礫石層穿越對穿越管體形成較強的摩擦：在加設套段地段，套管端部可能存在凹陷或棱角；這些現象都可能造成管段回拖時卡管、擦管，刮傷防腐層或劃傷鋼管。故強調定向鉆穿越回拖時應做好管段的外側防護措施，如直接采用耐劃傷的防腐涂層，或在防腐層外部連續涂覆耐磨保護層。目前玻璃鋼防護層應用較好，帕羅特耐磨涂層國內也有一些應用。

3結論

在天然氣長輸管道定向穿越設計過程中，設計人員應慎重選擇穿越斷面，全面綜合考慮穿越點的地質環境即及出土角、入土角及穿越曲率半徑等相關參數，確保施工過程中鉆孔及擴孔平穩進行：管道在回拖過程中應采取降浮措施，避免因回拖力過大而造成鉆桿扭斷事故。

[責任編輯：張濤]