淺談水平定向鉆在油氣管道工程中的應用

孫惠（中國石油化工股份有限公司天然氣分公司，北京 10000）

淺談水平定向鉆在油氣管道工程中的應用

孫惠（中國石油化工股份有限公司天然氣分公司，北京 10000）

隨著城市化進程的加快和經濟建設的需求不斷提升，我國的石油、天然氣、水力、電力等工程不斷擴展并且在施工技藝和工程建設等方面都得到了進步和提高。尤其是我國的油氣管道工程，我國的油氣管道總長較長，并且還在逐漸增加，為工業化進程的加快發展和保持經濟高速曾崢提供了原動力和支持，我國的石油儲備較低且分配并不均勻，形成了依靠進口和北油南下、西油東運的格局，這就導致油氣管道施工成為我國工業發展的基礎工程。水平定向鉆石油氣管道工程中使用的不開挖地表、節能環保且成本較小的一種重要的施工機械。本文將對水平定向鉆在油氣管道工程中的作用進行分析探討，為油氣管道施工建設提供參考建議。

水平定向鉆;油氣管道;應用

水平定向鉆多應用在水力、電力、石油、天然氣、煤氣等的管線鋪設施工建設中，它能夠在不開挖地表面的情況下鋪設多種公用設施，比如管道和電纜等。我國的油氣管道工程隨著經濟的高速增長和工業的進步，正在逐步發展，油氣管道工程對施工技藝和工程質量提出了更高的要求，既要保證施工地的環境與資源不被破壞，又要保證施工進步和質量。水平定向鉆不僅適用范圍廣，而且施工精度高、施工速度快，投入成本低，這些優點都成為油氣管道工程的首選。但是，要熟練掌握水平定向鉆的基本工藝方法，提高水平定向鉆的實際使用效果并積極促進我國油氣管道工程的發展，保證我國油氣輸送的安全和穩定。

1 水平定向鉆及其特點

1.1 水平定向鉆

水平定向鉆是一種以不開挖地表，鋪設多種地下公用設施，如管道和電纜等的一種施工機械，廣泛應用于水力、電力、石油、天然氣、煤氣等工程的管線施工中，并且水平定向鉆可以在粘土、沙土、卵石等多種地況條件下施工，適合我國大部分的非硬巖地區來使用，在我國有很好的施工條件。

水平定向鉆技術在-15℃至+45℃的環境中都可以作業，并且是將石油工業中的定向鉆技術與傳統的管線施工技術結合起來的新型施工技藝，在最近十幾年的時間里獲得了快速的發展和進步，尤其是在發達國家的油氣等的工程建設中成為一個新興產業，拉動了石油、天然氣等工業的進步。

1.2 水平定向鉆的特點和發展趨勢

水平定向鉆作為一種新型施工技術，具有施工精度高、施工速度快、投資成本低、節能環保、對資源和周邊地表建筑等的破壞小的特點。具體來說有以下幾個特點：

第一，破壞及影響小。水平定向鉆不開挖地表，而且在地下鋪設管道，對交通、綠地、植被、周邊建筑、環境和居民的正常生活都沒有阻礙和影響，是現代化水平較高且文明施工的有利設備。

第二，穿越精度高。由于水平定向鉆不開挖地表，所以存在穿越的特點，其穿越設備的穿越精度比較高，并且易調整敷設方向及埋深，其管線弧形敷設距離較長的特點可以埋深，又能夠繞過地下的障礙物，保證工程質量。

第三，穿越可靠。很多管道工程的管網埋深都比較深，即使穿越河流時也會達到河床下9-18米，水平定向鉆穿越不會對地表、地貌等造成影響。并且，水平定向鉆沒有水上、水下作業，對通航、河床結構等沒有影響，施工的周期較短且施工效果好，非常可靠。

第四，靈活性好。水平定向鉆的進出管道工程現場的速度比較快，而且調整起來比較方便、靈活，施工占地少、工程造價低，成為當前很多城市管道施工工程的首選。

當前，水平定向鉆朝著微型化、大型化、適應硬巖作業、鉆桿自動堆放和提取、自備式錨固系統、防觸電系統等智能化、自動化、深度高的導向監控、應用范圍廣的方向發展。無論是大型管道施工還是中小型管道施工都有比較好的適用性。

2 我國油氣管道的特點

目前，我國的油氣管道總長已經超過了15萬公里，新建天然氣管道超過了3萬公里，新建原油管道超過了1萬公里，新建成品油管道1-15萬公里，油氣管線施工建設投入已經超過了3000多億元。而且我國經濟保持高速發展態勢，工業化進程逐漸加快，未來對油氣的需求會更高。

我國油氣管道的施工技術正在不斷進步，不僅提高自身的技術能力而且不斷引進國外先進的施工技藝和施工設備。例如，當前，我國的原油管道主要輸油干線都實現了密閉輸送，管道的用管級別已經達到了X65，我國自行設計和制造的長輸管道用高效輸油泵后泵效能達到84%以上，而且管道工程建設和輸送方面的能耗逐年降低，管道實現了自動化控制。但是，我國的油氣管道工程仍然與世界先進水平存在差距，在施工設備和施工工藝上都應該更上一層樓，不斷革新和創新，推動我國油氣工程建設，帶動我國工業進步和發展。

3 水平定向鉆在石油管道中基本施工技術

水平定向鉆是從國外引進的先進技術，逐漸在很多工業建設中進行廣泛應用，對我國的的城市化發展和工業化進步做出了貢獻。其施工工藝主要包括三個階段：

第一，導向孔鉆進。導向孔鉆進的具體施工是根據要穿越的地質、地貌和地況實際情況進行綜合分析，并最終確定合適的鉆頭以及導向板、地下泥漿馬達，在入土點鉆進，整個鉆進施工過程都要監測和控制鉆進工具，保持鉆孔的延伸軌跡是根據設計行進的，在從另一端鉆出時就完成了整個導向孔施工。

第二，擴孔。擴孔是定向鉆施工技藝當中的重點和關鍵，對鋪設管道起到關鍵作用。因為之前使用了小口徑的鉆頭來鉆進，現在應使用擴孔鉆頭以擴大導向孔。擴孔鉆頭要根據擴孔的直徑、長度以及設備能力來進行選擇，保證擴孔施工的有效性和成功率。

第三，管道回拖。管道回拖是水平定向鉆施工中最后一個步驟，并且在條件允許的情況下，管道鋪設可以和最后一級擴孔同時進行，這樣做的目的是防止鉆孔暴露時間過長而導致孔壁坍塌。而如果在清孔不夠徹底、鉆孔坍塌、鉆孔彎曲嚴重、泥漿潤滑不夠理想的情況下，是不可以進行管道回拖施工的，這樣會導致管材變形或者拉斷，致使拉管失敗甚至人身危險。可見管道回拖技術也是需要謹慎操作和較高的工藝水平的。

4 水平定向鉆在油氣管道工程中的應用

前文提到水平定向鉆多用于管道鋪設工程中的地下公用設施的施工建設，尤其是電纜和管道。我國是當前世界上的五大油氣生產國之一，伴隨全球經濟的快速發展和國際合作的進步，以及對能源節約和環境保護的重視，我國對清潔能源更加重視。石油和天然氣是不可再生清潔能源，使用量逐年上升。我國的油氣長輸管線已經達到了2萬多公里的總長，通信光纜是油氣長輸管道工程建設中的重要工程，為油氣管道的數據傳輸、通信、故障檢測和排除提供保障。下面介紹一下在油氣管道的通信光纜敷設中如何正確操作和使用水平定向鉆。

水平定向鉆在油氣管道的通信光纜施工建設中主要涉及的是穿越部位，如，湖泊、河流、公路、鐵路、學校等不能用普通頂管通過或者常規開挖的障礙部位，在這些穿越位置要十分注意水平定向鉆施工技術。需要注意以下幾點：

首先，敷設技術的方式選擇。通常面對以上情況，可以選擇兩種方式，一種是同孔敷設，一種是分別敷設。同孔敷設，即油氣主管與光纜套管同時在同一個空洞內回拖鋪設。這種方式成本投入小且工期較短，但是，容易受限于擴孔直徑和穿越距離。并且，油氣主管和光纜套管容易在長距離之后出現纏繞問題，增大回拖的阻力致使光纜套管可能出現回拖斷裂的現象。因此，在具體的選擇上，要根據穿越的實際情況和設計要求進行選擇。另外一種分別敷設，是指油氣主管與光纜套管分別進行打孔敷設，這樣施工能夠減小主管回拖的阻力，安全性更高。但是，同樣的，這種方式也要根據施工的實際情況和地質條件等進行施工。

其次，管材注意事項。管材的選擇就是要采用何種類型的光纜保護套管，通常情況下，小型穿越施工（＜400m）可以選用回拖普通的硅芯管或者是加強型的硅芯管，而如果是大型的穿越施工（＞400m）的可以選擇114mm*6mm型鋼管作為保護套，將硅芯管放置于鋼管內部。

再次，光纜敷設技術。我國通常采用硅管內壓縮空氣吹纜敷設方法。但是隨著我國油氣管道工程的穿越距離逐漸變長，甚至達到了幾千米的長度，使用水平定向鉆施工需要將管道一次性的預制完備，而且需要將光纜和硅芯管都要放置好后才能回拖，避免出現拖完管之后而光纜穿不進去的現象。因此，普通的吹纜敷設方法對長距離的光纜敷設施工不適用。改進之后的光纜敷設技術是在光纜鋼管焊接時將套管中預先放置一條鋼絲繩，并將硅芯管放置在地面上，同時分段把光纜吹好之后使用預設的鋼絲繩將光纜拉進套管內，這樣操作就既方便又適用于長距離油氣管道了。

最后，回拖阻力的處理。在直接回拖硅芯管以及回拖鋼套管時，因為管徑小的限制，其承受的會拉力也是有限的，尤其是在越來越多的長距離油氣管道工程中，穿越時的回拖阻力是個施工難題，有效降低回拖阻力是保證施工成功的前提。目前，我國通常通過保證成孔的方法來減小回拖阻力，因為成功和效果佳的成孔能夠對管道敷設和回拖提供良好的條件和環境。在成孔時，要依據周圍地質條件和地況情況以及工程條件，確定科學合理的成孔方法與鉆進泥漿，并且注意鉆進的速度要和施工要求和實際情況相匹配，可以擠壓或者懸浮，選擇能夠保證孔洞有效形成的方式。

5 結語

我國油氣生產總量不斷增加，且在能源結構調整和環保意識的推動下，石油和天然氣的使用量會逐漸增加。油氣管道工程的質量和可靠性是保證我國油氣安全輸送的前提，通過水平定向鉆這個新興的地下公用設施鋪設施工機械，在油氣管道和通信光纜等的敷設中起到重要作用。經過多年的使用和革新，水平定向鉆技術在施工工藝和施工中，都取得了一定的進步，但是還需要不斷的進行研究和改進，以發揮水平定向鉆在油氣工程中的作用。

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