油氣長輸管道定向鉆穿越施工技術分析

葉隆長

(中交第四公路工程局有限公司，北京 100022)

隨著長輸管網建設進程的不斷加快，油氣長輸管道工程的施工工藝需要不斷的更新。若施工對象屬于大型河流或是不可以拆建筑物的時候，施工過程中不能破壞生態地貌情況，需要以環境保護作為基礎。此時利用定向鉆穿越施工技術，屬于最理想的施工方式。利用定向鉆穿越施工工藝，使用的設備相對來說比較先進，整體的穿越精度較高，并且能對敷設的方向進行合理的把控與調整。

1 油氣長輸管道定向鉆穿越施工的特點

在油氣長輸管道的施工過程中，利用定向鉆穿越施工技術，具有顯著的優勢。不僅不會對施工地點的植被產生破壞，也不會影響交通、商店，或是對周邊的環境、建筑物基礎產生不良影響。由于沒有水下與水上作業，不會影響江河正常通航，也不會對江河兩側的堤壩穩固性，或是對河床結構產生破壞。整體的施工過程不會受到季節與氣候的限制，具有施工人員較少、周期較短、施工安全性較高等多種特點。利用定向鉆穿越施工技術，容易對管線敷設的方向與埋深進行調整，管線弧形敷設的距離相對較長，能繞過地下的障礙物。對于定向鉆埋深來說，一般都會達到6 m以上。在穿越河流的時候，一般都是埋藏于河床下大于10 m深的地層。由于地層內部的腐蝕性物質與氧氣較少，自然能起到良好的保溫與防腐效果。定向鉆穿越施工技術，與其他的施工方式相比，施工的場地相對來說比較靈活，進場與出場的速度較快。若在復雜的地點施工，便能夠直觀的凸顯其優勢，不會占據過大的施工面積，整體工程成本造價較低，施工完工速度也比較快。

2 定向鉆施工技術分析

2.1 前期準備

1)施工道路 在前期施工道路的準備中，需要做好施工現場兩側重型施工設備的配置工作，以此降低施工成本的支出。在此過程中，盡可能利用現有道路，通往兩側的施工現場，減少新建道路的距離。還可以借助臨時道路施工的方式，通往施工現場，并對道路進行合理的利用。施工企業需要提供相應的道路施工協議，并在投標之前做好相應的準備工作。

2)施工設計 若在施工的過程中需要穿越河流，就需要對覆蓋層的厚度進行充分的考量。不僅要分析河流季節性洪水沖刷的深度，還需要從流量特征，河道未來加寬、加深情況等進行研究。此外，對管道與電纜的位置進行考慮，進一步確定合適的覆蓋層厚度[1]。在明確了施工地點之后，開展一系列的地質調查工作，確定穿越層厚度。覆蓋層的厚度一般都大于 6 m，在鉆進角與曲率半徑方面，穿越施工入土角一般在8°～18°內。

2.2 控向磁場布置

對于鉆孔施工工作來說，做好側向控向工作十分重要。一般都會利用電子測量設備與地面接收設備。利用側向控向的方式，能得到鉆頭位置的磁方位角，并進行左右的控制。與此同時，利用側向控向的方式，能直觀地了解鉆頭所在位置的傾斜角，并明確鉆頭的鉆進方向。在此過程中，該傾斜角主要用于上下控制[2]。對于穿越施工的精度進行分析，磁場的變化能發揮出決定性的效用。例如，電力線路與鋼結構會對磁場讀數產生影響。穿越出圖點的導向孔目標偏差范圍應當處于3～10 m之間，寬度為3 m以內。一般情況下，進行鉆孔施工，需要做好控制與測量的工作。每一根鉆桿需要相隔9 m進行計算。此外，采用相應的替代與方式，做好定位的工作，如陀螺儀、穿地雷達等。

2.3 定向鉆穿越施工流程

首先就是鉆導向孔。根據預定的設計曲線、出入土角，沿預定的界面進行鉆孔。設計曲線一般為3段直斜線和2段大半徑弧線。

其次就是預擴孔。一般使用小型鉆機且主管直徑超過300 mm的時候，就會進行預擴孔。若利用大型鉆機，主管線直徑大于350 mm就需要進行預擴孔處理，預擴孔的直徑與次數，需要根據實際的地質情況，還有具體的鉆機型號確定。

最后就是主管回拖。回拖時應當將擴孔器、鉆桿以及安裝的管線進行穩固的連接，且經檢驗后再進行回拖作業。在此基礎上，使用鉆機轉盤，帶動鉆桿進行旋轉，并逐漸后退，進行擴孔回拖。在此過程中，旋轉接頭能避免產品管道隨著擴孔器進行旋轉，產品管線也不會在回拖的過程中旋轉。在已經擴好的孔里灌滿泥漿，能使孔中的產品管線呈現懸浮的狀態[3]。產品管線的四周與空洞，經過泥漿潤滑處理之后，回拖的阻力能明顯減少，還能為管線防腐層提供相應的保護。在多次進行鉆機預擴孔之后，成孔與管道相比較，直徑超出300 mm左右。回拖過程應防止對防腐層產生損傷。

在定向鉆穿越施工的過程中，需要對孔內泥漿的情況進行觀察，并且每一個小時進行取樣。對于泥漿工程師來說，需要做好分析與試驗的工作，并進行地質勘探報告與分離物的對比，確定是否進行泥漿性能的調整工作，還要進行詳細的記錄，對鉆進過程的地質情況進行更加準確地判斷，為后續的決策鉆進工作，鉆導向孔成果提供保障。

3 導向孔鉆進偏離原因與對策

3.1 導向孔在鉆進過程中偏離設計穿越曲線的原因

首先，管線設計穿越方位與鉆機就位的方位存在一定的偏差。其次，受到外部磁場的影響，計算機采集的數據并不是鉆頭的實際位置。最后，鉆機的操作人員出現操作失誤的情況，導致設計曲線與實際的曲線出現偏移的現象。

3.2 偏鉆預防措施

1)確保鉆機就位方位與設計管線中心線重合

在鉆機就位之前，就可以利用經緯儀等儀器，放出管線，并穿過中心線，結合穿越入土角、鉆機自身尺寸等參數，做好鉆機精確位置的計算工作，并使用線繩或是白灰進行標記，以此作為鉆機就位的核心依據[4]。在就位之后，還可以借助測量儀器進行偏差的測量。若鉆機方位與管線中心線角度相對，偏差超過0.1°，就需要根據偏左或是偏右進行鉆機的調整。經過多次就位調整之后，將偏差控制在 0.1°內。鉆機就位之后，需要進行偏差數值的精確計算工作。在開始鉆導向孔的時候，將偏差調整為零，確保設計的穿越曲線與導向軌跡相重合。

2)采用人工磁場

鉆機控向系統，主要就是根據磁場，做好方位的控制工作。通過鉆頭后的探頭，將導向孔參數傳輸到計算機。地磁場容易受到地下電纜、地面高壓線、地下管線等金屬構件的干擾，進而導致控向參數不準確[5]。人工磁場主要就是在穿越中心線兩側，進行閉合線圈的布設，并準確的將鉆孔數據展現出來。在探頭達到閉合線圈區域之后，將電源與磁場進行融合，并測得創業軸線是否存在偏移的現象。利用地磁場與人工磁場的比較，進一步確定鉆頭的方位，并且確定下一根鉆桿的方位。由于人工磁場不受到地磁場的干擾，能提供更加準確的管線穿越方位角。在不受到地磁場干擾的情況下，對方位角進行校正，以此對導向孔與設計穿越曲線進行控制，以此保證穿越曲線的平滑性。

3)控制人為因素

在開工之前，需要做好對司鉆人員的培訓工作，不斷提升其綜合素養。在促進司鉆人員與把控方向人員之間溝通與配合的同時，對人為因素進行控制。司鉆人員應當以控制方向人員的指令為基礎，并根據指令進行操作，避免出現鉆孔偏離設計曲線的問題。對于控制方向的人員來說，需要針對設計曲線，做好傾角度數的調整工作，還需要更加的注意穿越過程中產生的軌跡變化情況，以此對設計穿越曲線進行控制。

4)加強質量控制

首先，擴孔器直徑大于穿越管道二倍直徑，其目的就是減少拖拉力，并對防腐層進行保護。在全部連接之后，需要進行泥漿沖洗，并檢查泥漿的噴嘴，合格之后才能進行施工。其次，保證管道回拖施工連續進行[6]。除了產生不可抗拒的原因，不能出現無故停工的現象。在進行回拖施工的過程中，開展連續作業，能避免因為停工導致的阻力增加，對施工效率產生影響。最后，在回拖施工的過程中，需要對泥漿的運行情況進行觀察。借助泥漿制漿系統、循環處理系統以及泥漿回收坑等，盡可能做好分離與回收處理的工作，避免產生環境污染。

4 結 論

綜上所述，當前我國的油氣長輸管道建設處于重要的發展階段，能源結構也從石油逐漸向著天然氣發生變化，這在一定程度上推進了油氣長輸管道工程的持續發展，為后續的管道建設奠定了良好的基礎。此外，這也對長輸管道工程的施工與設計提出更高的要求。基于此，只有不斷發展和利用定向鉆穿越施工技術，才能實現高效施工的目標，減少對施工環境產生的影響，才能貫徹保護環境的和諧發展目標，推動油氣長輸管道的建設。