管道定向鉆穿越彌河技術及施工難點分析

王潔 詹川孟(海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266101)

管道定向鉆穿越彌河技術及施工難點分析

王潔 詹川孟(海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266101)

本文介紹了某輸油管道水平定向鉆穿越彌河技術，在施工過程中，根據管道穿越斷面工程地質特征，選擇合適的定向鉆穿越地層，對鉆導向孔、回拖管線、冒漿的問題提出了建議。希望能為以后類似的定向鉆工作提供參考。

管道；定向鉆技術；施工

目前，水平定向鉆是使用范圍最廣的一種非開挖技術，其穿越施工以其導向準確、施工周期短、綜合成本低等眾多優點，越來越多地被應用于管道穿越工程[1]。本文結合工程實例，論述了某DN400輸油管線和DN100光纜套管同時穿越彌河水平定向鉆技術和施工難點及解決措施。

1 工程地質特征

管道穿越彌河的穿越斷面兩岸有硬化路，可直達穿越斷面，交通運輸條件比較好。該彌河線路地形起伏較大，河床地勢相對于兩岸較低，形成落差為9～12m的陡坎，兩岸為平原、崗地地形，地勢稍有起伏。

管道穿越部分土層從上至下可描述為：①素填土層，主要為吹填粉砂、粉土、含貝殼碎屑。②粉砂層，主要為石英、長石、含貝殼碎屑。③粉質黏土層，含貝殼碎屑，切面光滑。④粉土層，含少量姜石及鐵質氧化物，韌性低。⑤粉砂層，主要成分為石英、長石，含鐵質氧化物，顆粒級配差。

定向鉆穿越的適宜地層有黏土層、亞黏土層、粉砂層、粉土層及中砂層等[2]。該彌河河床、河漫灘、河堤均由粉砂構成，整體抗沖刷能力較弱，且河水流速較快，沖刷能力較強，河床起伏較大。因此，穿越深度應深入下部穩定的粉質黏土層及其下伏土層中，方不對河床產生影響。

2 水平定向鉆穿越施工技術

定向鉆穿越施工主要分為三個步驟，分別為鉆導向孔、擴孔、管線回拖。鉆導向孔是穿越施工的一個關鍵工序，它關系著整個定向鉆穿越施工的成功與否[1]。在設計曲線鉆導向孔時，穿越曲線上每隔10m左右設數據控制點，控制導向孔的鉆進。導向孔曲線與設計曲線的偏移量半徑不應大于2m。出土點沿線設計軸線的縱向偏差應不大于穿越長度的1%，且不大于10m；橫向偏差應不大于穿越長度的0．5%，且不大于2m。

導向孔鉆成后，卸掉鉆頭及控向系統，安裝擴孔器進行預擴孔，擴孔時鉆具組合順序為鉆桿+切割刀+擴孔器+鉆桿，根據管徑、地層資料及鉆進時的地質情況，穿越采用二級擴孔、一級洗孔，每次預擴孔都進行鉆桿和鉆具的倒運及鉆具連接。擴孔第一級用銑齒牙輪22″擴孔器進行預擴孔，第二級用銑齒牙輪30″擴孔器進行預擴孔(1″=25．4mm)。

管線回拖是將管道回拖至鉆機側，以完成施工的過程。管段與鉆具的連接順序為鉆桿、麻花鉆桿、切割刀、擴孔器、旋轉接頭、“U”型環到管道。切割刀直徑宜比擴孔器直徑大150mm，擴孔器直徑宜比管道直徑之和大150mm。管道回拖施工應連續進行，除發生不可抗拒的原因外，嚴禁停拖。

3 施工難點及應對措施

(1)管道回拖時管道入洞的處理 在管道回拖時，管道的剛性很高，入洞階段容易出現管頭部分擠壓孔洞上部，造成回拖阻力加大，鉆桿易斷裂。因此在回拖施工時，可在現場采取墊貓背的措施，輔以挖掘機或吊車進行調整，使管道以合理的角度入洞，避面由于回拖力大而導致鉆桿斷裂事故。

(2)防冒漿技術 冒漿會對周圍環境造成污染和破壞，也是定向鉆施工中較為常見的現象[3]。在導向孔施工前，在安裝控向探頭短節同時安裝一個泥漿壓力傳感器，來監測鉆桿內和環空的壓力，若環空壓力異常增大則可判斷環空的泥漿回流不通暢，及時進行洗孔，避免跑冒漿現象的發生。調整泥漿性能、減少鉆進壓力、添加劑堵漏、合理控制鉆進擴孔及回拖速度等都可避免冒漿。

(3)防止鉆孔時導向孔與設計孔穿越曲線偏移的措施 鉆導向孔在整個定向鉆中起著重要作用。首先，探頭測量精度需在規定范圍內。其次使用方位角平均值法，在穿越中心線上，選擇三個不同位置，每個位置旋轉探頭四次，每次旋轉90°，取其平均值，有助于提高左右偏移的準確度。第三，使用射流鉆進工藝，使造斜短節的工具面與鉆頭射流鉆進的中心線一致，測量的工具面值更接近實際工具面值，有助于控制鉆進方向。第四，在地層變化處增加數據采集次數，及時了解鉆進方向變化情況，有利于控制鉆進方向。

(4)對管道防腐層保護措施 美國管道研究委員會PRCI關于定向鉆穿越防腐層給出結論為：穿越軟土層、砂層或軟性巖土，不需考慮防腐層的磨損；穿越硬巖地層，可以采取適當增加防腐層系統中的一種或多種材料的厚度來消除防腐層磨損的影響[4]。

由于本地層中含有貝殼碎屑及姜石等，為防止管道回拖中防腐層遭到劃傷，采用的是加厚三層PE防腐層，穿越段補口采用1個熱收縮袋進行包覆防腐，另1個熱收縮帶作為犧牲品，與補扣套搭接1/3，與管道三層PE防腐搭接2/3，必要時可采用2個熱收縮帶進行包覆防腐。

4 結語

定向鉆管道穿越的難度很大，不確定因素也很多，施工時需結合復雜多變的地質情況、穿越設計方案及具體的實際情況，選擇合適穿越地層、制定合理的設計、規范施工，才是克服難點、回避風險的最佳手段[3]。本文通過管道定向穿越彌河，簡單介紹了水平定向鉆技術及施工中易遇到的問題，為日后更好的發揮水平定向穿越技術起到一定助益。

參考文件：

[1]宋祎昕,姚安林,蔣宏業，等.天然氣管道水平定向鉆穿越事故及其后果分析[J].中國安全生產科學技術,2011,7(4):118-121.

[2]趙帥.油氣管道定向鉆穿越技術[J].石油工程建設,2009,35(2):37-40.

[3]雷章彬,趙喜建,郭清泉.控制定向鉆施工中泥漿冒漿的討論[J].非開挖技術,2006,23(1):28-29.

[4]左雷彬，馮亮，馬曉成，等.水平定向鉆穿越冰水沉積層技術探索與實踐[J].地質科技情報,2016,35(2):121-125.