水平定向鉆在油氣管道光纜敷設中的應用與實踐

韓憲明

摘要：本文介紹了水平定向鉆施工的基本原理方法，特別結合我國近幾年的油氣長輸管線建設中的通信光纜敷設，提出采用水平定向鉆敷設油氣管道通信光纜的關鍵技術問題及應對措施。

關鍵詞：水平定向鉆 油氣長輸管道 通信光纜敷設 應用與實踐

1 水平定向鉆技術的基本工藝方法

水平定向鉆技術上世紀八十年代由國外通過技術引進進入國內，其應用領域主要包括通信管道、油氣管道、市政供排水、電力管道等穿越工程。其施工工藝主要分為三個階段：先導孔的鉆進、擴孔和管道回拖。導向孔的鉆進應根據穿越的地質情況，選擇合適的鉆頭和導向板或地下泥漿馬達，由入土點進行鉆進，鉆進過程中通過監測并控制鉆進工具，使鉆孔按照預先設計的軌跡進行延伸，并從另一端鉆出地表，完成整個導向孔的施工。擴孔施工是定向鉆施工技術中的關鍵技術環節之一，它直接關系到鋪設管道的成敗。在利用小口徑的導向鉆頭完成了先導孔的施工后，應立即換上擴孔鉆頭，對導向孔進行擴大施工，根據鉆孔的長度、直徑和設備能力選擇適應于地層擴孔鉆頭進行擴孔。管道回拖是定向鉆進鋪設管道施工技術中的最后一個環節，如果條件合適最后一級擴孔和管道鋪設可以同步進行，這樣就避免了因鉆孔暴露時間過長而引起孔壁坍塌的危險。需要注意的是在鉆孔坍塌、清孔不徹底、鉆孔嚴重彎曲、泥漿潤滑不理想的情況下，管道回拖是不能進行的，否則會造成管材拉斷或變形，甚至造成人身危險和拉管失敗。

2 油氣長輸管道通信光纜敷設的特點及作用

當今我國已躍升為世界五大油氣生產國之一，隨著國家能源結構調整，清潔能源的推廣，石油天然氣的使用量仍在增加。目前我國油氣長輸管線總長將近2萬公里。在油氣長輸管道建設體系當中，通信光纜系統起著重要的保障功能，其主要功用是為油氣管道SCADA系統提供可靠地數據傳輸通道；為油氣長輸管道生產調度提供可靠地通信通道；為油氣長輸管道例行巡檢、故障排除、搶險救災提供通信保障；為生產現場的自動操作及工業電視監控系統提供傳輸通道；同時也為油氣長輸管道行政管理實現沿線各個輸配站、調壓站、門站及各管理服務部門之間的信息溝通。一般情況采用與油氣管道同溝敷設一條多芯光纜的方法建設，光纜一般采用硅芯管保護，即同溝埋設硅芯管，每兩公里左右建接頭井一座，光纜一般采用壓縮空氣吹纜敷設。

3 水平定向鉆應用與油氣管道通信光纜敷設的關鍵技術問題及應對措施

由于水平定向鉆應用與油氣管道通信光纜施工中主要是在穿越部位，例如穿越河流、湖泊、鐵路、公路及其他障礙等無法用常規開挖或普通頂管通過的部位，這就需要有針對地解決一些技術問題：首先是敷設方式問題。一般來說有兩種方式，即同孔敷設和分別敷設。同孔敷設就是指光纜套管和油氣主管在同一空洞內同時回拖鋪設。此種方式敷設施工工期短，施工成本低，但是受到擴孔直徑及穿越距離的限制以及套管與主管可能有長距離后纏繞現象，這樣會增大回拖阻力甚至導致光纜套管在回拖中斷裂，所以要視穿越情況及相關設計施工規范要求具體選用。我公司曾在昆侖天然氣利用工程中成功采用同孔敷設的方法完成了多次穿越工程（見圖一）。分別敷設是指光纜套管和油氣主管分別打孔敷設，這樣可以減小主管回拖阻力，更加安全。要根據施工場地、施工成本以及綜合地質條件來確定。其次是管材問題。也就是說用什么樣的光纜保護套管，一般來說小型穿越（小于400米）可以直接采用回拖普通硅芯管或加強型硅芯管；大型穿越（大于400米）要用114mm×6mm鋼管做保護套管，鋼管內再放置硅芯管。再次是光纜的敷設問題。一般來說都是在硅管內采用壓縮空氣吹纜的方式敷設。但是近幾年在油氣管道穿越施工中，穿越距離越來越長，有的已經達到兩三千米，而水平定向鉆施工工藝一般都要求將管道一次性預制好，并且要把硅芯管和光纜都穿放好才可以回拖，以防止拖完管后光纜穿不進去。普通吹纜無法滿足太長距離的光纜敷設，一般做法是在光纜鋼套管焊接過程中在套管內預放一條鋼絲繩，硅芯管也放開在地面上可分段把光纜吹好后用鋼絲繩將其拉入鋼套管內。最后，回拖阻力問題。不論是直接拖硅芯管還是拖鋼套管，由于管徑較小，其所能承受的會拉力都是有限的，特別是長距離穿越，能否有限降低回拖阻力將成為工程能否成功的關鍵所在。減小回拖阻力最有效的措施是保證成孔，應根據穿越層的工程地質條件選擇合理的成孔方法和鉆進泥漿，匹配合適的鉆進速度，或擠壓或懸浮保證孔洞形成。

4 結語

總之，隨著我國清潔能源的推廣，油氣長輸管道的不斷建設，水平定向鉆進技術在長輸油氣管道通信光纜敷設施工中具有不可替代的作用。經過二十多年的工程實踐總結，在一般地質條件下我們不論是從施工工藝、敷設方式、材料選擇還是設備利用方面都取得了一定的經驗，但是針對特殊地質條件下的施工問題還需要我們不斷地探索和總結，我們相信水平定向鉆進技術在長輸油氣管道通信光纜敷設施工中會發揮越來越大的作用。

參考文獻：

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