天然氣管道定向鉆穿越公路質量控制

時圣武

大慶油田天然氣分公司

天然氣管道定向鉆穿越公路質量控制

時圣武

大慶油田天然氣分公司

天然氣管道工程建設是油田場站建設系統工程中的重要組成部分，天然氣管道能否長期安全平穩運行不僅取決于正常地段管道施工質量，特殊地段如穿越公路段的管道施工質量更加不容忽視。尤其是近幾年來普通頂管穿越大量被定向鉆穿越代替，質量控制更顯重要。為此，天然氣管道定向鉆穿越公路質量控制需首先從熟悉天然氣管道定向鉆穿越工程的主要施工工藝（包括鉆導向孔、擴孔、回拖）出發，強化施工準備階段、施工階段的過程質量控制。以大化北線閥組間調整改造工程穿越公路現場為實例，從施工材料、施工方法及作業環境等方面，討論控制內容，優化控制過程。

天然氣管道；定向鉆穿越；施工準備；質量控制

近幾年，水平定向鉆穿越技術在大慶油田天然氣管道穿越油田路、水渠等構筑物的實際應用越來越多。尤其是大慶油田自2011年以來先后實施西干線、薩大路、讓林路、西二路、南六路道路改擴建，原路面4車道擴建成雙向6車道或8車道，路面寬度增加至30～50 m，改擴建道路雖預留了相當一部分涵洞，但仍然無法滿足管線穿越油田高等級公路的要求，由于路面寬度的增加，傳統的手掘頂管技術已更多地被定向鉆穿越技術替代。定向鉆穿越技術作為一種成熟的非開挖穿越技術，它與普通頂管作業技術相比具有經濟性可行、技術上成熟、適用面廣的特點。管道工程施工主要工序包括焊接、檢測、防腐、補口、打壓、通球等，天然氣管道定向鉆穿越工程幾乎涵蓋了管道施工全部工序的質量管理。

1 定向鉆工藝及特點

定向鉆主要施工工藝如下：鉆導向孔→擴孔→管道回拖[1]。

1.1 鉆導向孔

根據穿越的地質情況，選擇合適的鉆頭，開動泥漿泵對準入土點進行鉆進，鉆頭在鉆機的推力作用下由鉆機驅動旋轉切削地層，不斷前進，每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實際位置，以便及時調整鉆頭的鉆進方向，保證所完成的導向孔曲線符合設計要求，如此反復，直到鉆頭在預定位置出土，完成整個導向孔的鉆孔作業。鉆機安裝在入土點一側，從入土點開始，沿著設計好的線路，鉆一條從入土點到出土點的曲線，作為預擴孔和回拖管線的引導曲線。

1.2 預擴孔

在鉆導向孔階段，鉆出的孔往往小于回拖管線的直徑，為了使鉆出的孔徑達到回拖管線直徑的1.3～1.5倍，需要用擴孔器從出土點開始將導向孔擴大至要求的直徑。一般情況下，使用小型鉆機時，直徑大于200 mm時，要進行預擴孔。使用大型鉆機時，當產品管線直徑大于DN350 mm時，需進行預擴孔。預擴孔的直徑和預擴次數，視具體的鉆機型號和地質情況而定。經過鉆機多次預擴孔，最終成孔直徑一般比管子直徑大200 mm，所以不會損傷管線的防腐層。

1.3 管線回拖

管線回拖時，先將擴孔工具和管線連接好，然后開始回拖作業，并由鉆機轉盤帶動鉆桿旋轉后退，進行擴孔回拖。管線在回拖過程中是不旋轉的，由于擴好的孔中充滿泥漿，所以管線在擴好的孔中處于懸浮狀態，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑，這樣既減少了回拖阻力，又保護了管線防腐層。經過預擴孔，達到了回拖要求之后，將鉆桿、擴孔器、回拖活節和被安裝管線依次連接好，從出土點開始，一邊擴孔一邊將管線回拖至入土點為止。

2 應用實例

大化北線閥組間調整改造工程中主要工程內容為新建600 m2閥組間1座，管道穿越公路5次。工程由大慶油田公司投資，建設地點為大慶市龍鳳區慶東新城外環東路及萬峰路路口處。主要工程內容為五條天然氣干氣管線穿越公路（管徑規格為529mm× 8 mm、508 mm×8 mm、159 mm×6 mm，設計壓力為1.6MPa），其中529mm×8 mm管道穿越萬峰路2次，159 mm×6 mm管道穿越萬峰路1次（路面39m，路兩側雨排及壓力排各10 m寬），508 mm×8 mm管道穿越外環東路2次（路面寬度48 m，路兩側雨排及壓力排各10 m寬）。天然氣管線頂標高必須低于平行于公路兩側雨排、通訊等管網設施標高方可保證垂直穿越，因現場勘察已建涵洞與已建道路兩側平行管線大多同標高，已經無法實現大管徑管線穿越，因此排除了利用公路已建涵洞方案。

2.1 材料控制

核查擬穿越天然氣管線規格為529 mm×8 mm、508 mm×8 mm、159 mm×6 mm，材質為L245NB，防腐形式為3PE防腐。現場經焊接、檢測管線焊口全部合格，在經過防腐補口后，電火花檢測達到或超過3PE防腐要求，并對損傷的防腐層經補傷檢測合格。核查鉆機鉆桿的使用年限，防止出現斷桿；同時，核查所采用的定向鉆切削設備的能力。

2.2 穿越方法控制

（1）穿越管線的彎曲半徑[2]保證管線允許應力。根據穿越管線直徑，需首先計算工藝管線的曲線段最小彎曲半徑（計算公式為R=1 500×公稱直徑），對比路面寬度，取兩者較大者進行導向孔穿越曲線設計，確定入土角度、入土點和出土點。根據彎曲半徑要求，外環東路穿越長度為120 m，萬峰路穿越長度為108 m。

（2）控制護壁泥漿[3]制配及泥漿壓力。考慮到穿越地質條件，選用膨潤土作為潤滑泥漿用料，減少摩擦力并較好地保護管道防腐層。同時一定要按方案確定的擴孔級數進行擴孔。管線管徑為DN500 mm，級數初步確定為三級擴孔。

尾部采用輪式吊車輔助溜尾，減少摩擦力對防腐層的損壞，必要時在入土點輔助降水。由于本工程地下水位相對較高，在施工過程中輔助采用了井點降水的施工方法。

2.3 環境控制

本工程建設地點地面空間開闊，情況明確。地下開挖探查，距擬穿越的外環東路西側路邊3 m處敷設有大慶石化公司供水干線，距20 m位置處敷設有6 kV埋地鎧裝電力電纜，道路東側距路邊10 m處敷設有大慶市東城污水處理廠再生水管線。萬峰路南北側均規劃敷設有城市供排水玻璃鋼材質管線。

因本次穿越深度最深點為5 m，為淺層地質，不需要進行地質鉆孔取樣。通過現場開挖工作坑初步確認所處地質上層存在少部分流砂層，加深開挖至約3 m處為中性亞黏土，該類土質符合穿越管線要求。定向鉆穿越地層難點主要是遇到松散的砂、礫石層，砂卵礫石地層(砂、礫石層穩定性差，堅硬巖石切削難度大)。一般情況下，穿越深度較大的頂管或定向鉆穿越工程需要通過鉆探和物探技術來確定穿越地層的地質結構特點。

因穿越工程從2012年10月底一直持續至2012年12月中旬，管線穿越入土點和出土點土層已部分凍結，管線補口質量受環境溫度影響較大，為防止和最大限度減少回拖過程中產生的質量問題，采取了加熱、緩冷、提高補口防腐等級等冬季施工措施。

2.4 方案的實施

2012年10月底，施工單位編制了詳細的穿越方案，經建設單位審查批準后實施。2012年11月初，定向鉆鉆機進場，總工期歷時約30天，2012年12月15日，成功完成最后一條529 mm×8 mm管線穿越。

3 結語

大慶油田天然氣分公司現已進入主要集、輸氣管網調整完善期，管道施工質量控制是管道施工的重要內容。質量控制是工程管理的永恒主題，定向鉆穿越工程作為管線穿、跨越工程中代表性節點工序，其質量好壞直接影響著管線投產及后期運行。

因定向鉆穿越具有不可逆的特點，穿越一旦失敗，工期及投資損失將無法挽回，因此必須認識到質量管控工作的重要性，采取措施，優化方案編制及施工控制過程，切實保證天然氣管道一次性成功穿越擬穿越公路、水渠、鐵路等既有設施。

[1]楊先亢，遆仲森，馬保松，等．水平定向鉆管道穿越回拖力計算公式的比較分析[J]．石油工程建設，2011，37（1）：1-4.

[2]閆相禎，丁鵬，楊秀娟．水平定向鉆技術在管道穿越工程中的應用研究[J]．石油學報，2008，29（2）：292-295.

[3]聞濤．定向鉆技術在燃氣管線穿越河流中的應用[J]．油氣田地面工程，2014，33（7）：91-92.

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.031

時圣武：工程師，2002年畢業于天津大學電氣工程及其自動化專業，從事油田地面建設項目管理工作。

2015-03-13

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