淺談天然氣管道河流水平定向鉆穿越施工技術

詹澤丞 楊夢穎 馬 坤 張 鵬

中國化學工程第十六建設有限公司 湖北宜昌 443000

伴隨著國民生活水平的不斷提升，天然氣管道成為現代城鎮居民生活一項不可或缺的基礎設施。天然氣管道在實際建設中，會面臨復雜的環境問題，如河流、山川、道路及不可拆遷建筑物等，給工程建設帶來一定的困難。而采取定向穿越施工技術，可以避免對地貌狀態造成破壞，很好地解決環境保護的問題[1]。水平定向鉆技術是管道穿越施工方法中非常重要也是應用較廣泛的一種施工工藝，相比于其他施工工藝，不僅有較高的技術含量，而且對各種環境有良好的適應性[2]。以下以廣東某天然氣工程項目河流段穿越為案例，對河流水平定向鉆穿越施工技術進行簡要闡述。

1 工程概況

廣東某天然氣利用工程項目河流段因地質條件復雜，采用水平定向鉆穿越技術難度較高。該穿越河段屬于河流沖洪積平原河谷地貌，河道較順直，兩岸筑有高3～8m、頂寬3～7m 的防洪堤壩；左岸壩頂能通行中小型機動車，右岸為土路；壩外地形平坦，地勢較開闊。河道為沖洪積砂質河床，由于挖砂造成河床面坑洼不平。圖1 所示為穿越河流現場地形地貌。

圖1 穿越河流現場地形地貌

2 水平定向鉆技術

水平定向鉆技術國內出現在20 世紀70 年代，主要結合公路打孔技術和油田定向鉆井技術[3]，并伴隨管道工程逐漸發展至今。目前，水平定向鉆系統主要由鉆機系統、動力系統、泥漿系統、控向系統、鉆具及輔助機具組成[4]。

2.1 鉆機系統

鉆機系統是定向鉆技術中最主要的組成部分，是穿越設備鉆進作業及回拖作業的主體，主要由轉機主機、轉盤等組成。轉機主機放置在鉆機機架上，用來完成鉆頭鉆進和回拖作業。轉盤安裝在鉆機主機的前端，用于連接鉆桿，主要通過改變轉盤轉向和輸出轉速及扭矩大小，從而達到不同作業的需要。

2.2 動力系統

動力系統是定向鉆技術的動力來源，主要由液壓動力源和發電機組成動力源，為鉆機系統提供高壓液壓油作為鉆機的動力，而發電機為配套的電氣設備及施工現場照明提供電力。

2.3 控向系統

控向系統是定向鉆技術的“眼睛”，是通過計算機監測和控制鉆頭在地下的具體位置和其他參數，引導鉆頭正確鉆進的方向性工具。正是因為有控向系統的控制，鉆頭才得以按照設計曲線鉆進。目前經常采用手提無線式和有線式兩種形式的控制系統。

2.4 泥漿系統

泥漿系統是定向鉆技術的“血液”，主要是膨潤土和水的混合物，并根據不同地質條件針對性添加一定的泥漿添加劑。在水平定向鉆施工作業過程中，泥漿的主要作用是冷卻和潤滑鉆頭、軟化地層、輔助破碎地層、調整鉆進方向、攜帶鉆屑、穩定孔壁、預擴和回拖時對管道的潤滑。

(2) 泥漿配置。該天然氣工程穿越地質條件復雜，為使鉆屑較好地排出地面，在鉆導向孔、預擴孔和回拖各階段均需使泥漿保證良好的成孔、有效的攜砂性能和潤滑性能，這對泥漿的性能提出了很高的要求。為此，在現場及時測量泥漿各項參數，檢查泥漿效果，隨時完善泥漿各項參數使其滿足現場鉆進需求。表4 為現場泥漿的性能參數。

2.5 鉆具及輔助機具

鉆具和輔助機具是定向鉆技術的“手和腳”，主要包括鉆桿、鉆頭、擴孔器、旋轉接頭和卸扣等。在施工作業的過程中，整個鉆具和輔助工具部分分別放置在鉆機場地（即入土點場地）和出土點場地。

3 穿越河流地質條件和主要設備及材料

3.1 穿越河流地質條件

根據穿越段地質勘察報告，以及現場鉆探、原位測試等主要手段查明場地的地層、巖性等情況。結合地基土的成因類型及各土層的物理力學性質，可將地層由上而下分為素填土、粉質黏土、淤泥質粉質黏土、中砂、粉質黏土、礫砂、粉質黏土、粉細砂、卵石、礫質粘性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖和中風化花崗巖。

本研究的所有數據調入統計學軟件當中采用統計學軟件檢驗,統計學軟件為IBM SPSS26.0,本研究所有涉及到的計量資料選擇t值檢驗,兩組數據之間的差異采用,P<0.05表示差異明顯,為具有統計學意義。

3.2 穿越河流設計參數

根據項目穿越處的地質條件、回拖預制情況等，定向鉆穿越的入土角、出土角、曲率半徑等因素綜合考慮，定向鉆穿越入土點位于河流西側，出土點位于河流東側。定向鉆曲率半徑為1500D，根據穿越地形、地質條件和穿越管徑的大小確定入土角度為10.33°，出土角度為9.75°。表1 為穿越河流出入點坐標，表2 為穿越里程及水平長度。

表1 河流定向鉆穿越出、入點坐標表（國家2000 大地坐標系）

表2 河流定向鉆穿越里程、水平長度 m

3.3 主要設備及材料

4.1.3 場地布置

周六晚上才沒加班，歇息喘口氣。窩在宿舍里看電視，阿花的電話就來了。我沒想到她會主動來電話，有些吃驚，人家是美女老板，能一路同行，我就知足了，哪敢有別的奢望？阿花說，出來吃個夜宵吧。口氣不容拒絕。我遲疑了一下，心里倍覺榮幸，嘴上卻說孤男寡女，不太好吧？拒絕得有點勉強。阿花說美女請吃飯，還不賞臉呀？我說榮幸還來不及呢。老實人就是直腸子，說話不繞彎兒。快點過來吧你，阿花說，吃頓飯還能吃出緋聞來呀？你們男人，就是會裝，裝清高，裝清白，裝清純。我不好意思再裝了，問在哪？我馬上到！

本工程水平定向鉆河流穿越段主要使用設備見表3。

表3 主要使用設備

4 施工工序

(2) 主錨箱就位。主錨箱采用吊車吊裝就位，就位后應確保前方用于澆筑混凝土的空隙間距不低于1m，左右及后端不得低于0.5m。使用C30 混凝土對主錨箱和錨坑之間的孔隙進行澆筑，直至與錨箱上面板向平（不能覆蓋錨箱，因要留出同鉆機相連的連接板焊接位置）。

圖2 河流穿越施工工序

4.1 穿越施工準備

初步擬先進行出土點的單方向套管夯進，入土點一側采用其他（如泥漿封固）措施對砂卵石層進行成孔有效處理。通過出土點一側夯套管掏土對地層進行重新評估或擴孔過程中出現不能安全拖管的因素，繼續更改入土點夯套管作業。

依據工程設計圖紙、控制樁、水準標樁進行測量放線，采用GPS 定位，全站儀進行測量，測量放線中對測量控制樁全過程保護。

從國內經濟社會發展和國際全球化視角分析，標準化發展呈現兩個發展內容。一是，在國內用高標準推動高質量發展。突出標準化的質量基礎作用，加快形成推動高質量發展的標準體系，推動我國經濟由高速增長向高質量發展的轉變。二是，在國際上用高標準共建人類命運共同體。以國際標準體系為技術基礎構建全球治理體系和促進全球經貿合作發展，突出標準對促進世界互聯互通、完善全球治理、構建人類命運共同體的作用。[8]

4.1.2 場地平整、便道修筑

入土點位于河流西側JD021 號樁處，距離可依托鄉間小路80m，修筑施工便道便可保證鉆機、動力站、泥漿泵等設備的進場就位。

本工程水平定向鉆河流穿越段主要使用材料包括直縫高頻電阻焊鋼管（Φ406.4×9.5）1005.85 m、膨潤土200t、工業純堿5t、CMC3t、聚丙烯酰胺1t、非開挖用泥漿潤滑劑HLRH- 12t、柴油120t、絲扣油2t 和4″水龍帶300m。

入土端設置40m×40m 操作場地，場地周圍挖0.5m×0.5m 排水溝（以防雨天場地積水）以及10m×4m×1m 的泥漿池1 個。出土端場地根據現場實際情況布置。

4.1.4 設備安裝

Analysis of Laterally Loaded Piles in Sand Considering Scour Hole Dimensions LIN Cheng,HAN Jie,Caroline BENNETT,Robert PARSONS(24)

圖3 鉆機錨固系統

4.1.5 定向鉆機基礎修筑

(1) 錨固坑定位、放線。根據入鉆點的位置，結合鉆機自身實際的規格尺寸，使用GPS 測放出主錨及副錨錨固坑的位置及尺寸。主錨坑長8m、寬3.5m、高2.5m，副錨坑長6m、寬1.5m、高2m。地錨安裝前，需進行坑內降水（水位高于2m 時）。

水平定向鉆河流穿越施工工序如圖2 所示。

(3) 鋪設土工防滲布。主錨坑里的混凝土初凝后，通過錨固箱的注水孔注水配重；然后在表面鋪設土工防滲布，防止地表水或侵入，影響混凝土強度。

不論是優等生還是學困生，每個學生身上都有閃光的一面，老師對于學生的點滴進步，都要進行表揚和鼓勵，運用激勵的語言來贊美學生，讓學生在獲得被人欣賞的滿足感時產生強大的學習動力。

(4) 副錨就位。首先將兩根鋼絲繩預穿過擋土板，在擋土板后部將鋼絲繩繞過厚壁鋼管，并使用鋼絲繩卡扣，對捆綁完成的厚壁鋼管進行打結固定。同時，在副錨坑的最前端打入鋼管作為后背墻支撐（此措施是建立在下伏地層有良好的承載力地層的。否則改打樁施工，間隔1～1.5m 打入鋼管樁，打入深度不低于5m），且應進入良好的持力層不少于1.5m。使用吊車依次吊裝擋土板及鋼管入副錨坑，使擋土板緊貼鋼管樁。完成后，對副錨進行回填并壓實，確保兩股鋼絲繩自由端露于地面。

(5) 鋼絲繩施加預應力。當鉆機行駛至距離預定位置后端小段位置，將兩根鋼絲繩自由端與鉆機基座兩側的連接環通過U 型環連接，然后繼續向前移動至預定位置。此時鋼絲繩處于拉張狀態，預應力施加完成。

(6) 焊接主錨箱與鉆機本體的連接件。使用焊接的方式，在鉆機前基座同錨固箱頂部，使用5—8 個直角形鋼板進行焊接。

(7) 主錨固坑覆土回填。使用填土對錨固箱頂部約30cm 進行回填，壓實。

4.1.6 錨固系統受力核算

白酒感官品評方法參考GB/T 33404—2016《白酒感官品評導則》、GB/T 33405—2016《白酒感官品評術語》。

對錨固系統受力進行核算后，該錨固系統可滿足施工要求。

昌馬灌區分布的32眼地下水監測井中，以數據一致性、連續性和完整性為原則，選擇均勻分布于垂直于洪積扇的斷面Ⅰ和斷面Ⅱ上，且平行洪積扇軸部的8眼監測井。這8眼監測井在昌馬灌區呈“井”字形分布，其中，斷面Ⅰ和斷面Ⅱ分別距沖洪積扇頂部距離為32.2km和41.8km。由此可見，這8眼監測井主要分布在細土平原區。

4.1.7 泥漿配制

(1) 泥漿設備安裝。在入土點與出土點各配置一套泥漿回收系統和泥漿泵，施工時可以將返回的泥漿處理后回收利用。沉淀部分用罐車送至當地環保部門指定的位置排放，達到節約、環保的目的。泥漿系統簡圖以及泥漿處理設備（一體機）如圖4 所示。

教學改革是一個在實踐中不斷探索的過程。在非生態學專業的生態學教學中，必須充分結合學生的專業特點，以學生原有知識體系為基礎。必須重視實踐的重要性，將理論與與實踐相結合。在教學中增加趣味性，幫助學生認識到生態學的廣泛應用前景。促進學生深入理解生態學的相關原理，引導學生將生態學知識理論運用到現實生活和工作實踐中。運用先進的教育理念進行生態學教學改革，在傳統教學模式中融入新的理念和教學手段，充實、完善教學內容，改進教學思路和方法。

圖4 泥漿系統簡圖及泥漿處理設備（一體機）

國企在推行會計年報審計制度，但是企業報表的真實性仍值得懷疑，進行社會會計監督的會計師事務所為了穩定客戶，出具虛假的證明，進一步滋生了國企會計人員的職業道德問題。況且目前會計、財政、審計、稅務等監督標準又不統一，不能從整體上有效地發揮監督作用。另外，雖然內部審計作為國家監督體系的組成部分，但是這種內審機構，往往不能被企業真正接納，基本上起不到監督的作用。

表4 泥漿性能表

4.1.8 拖管頭制作

河流段的拖管頭使用施工現場管道短節作為制作本體，在0 和6 點方向割出40mm 的長方形槽，并使用40mm 鋼板作為內部支撐，插入方形槽內，將鋼板支撐和管道短節收緊口與鋼板進行焊接。鋼板前端設置20mm的圓孔，使得回拖U 型環從中穿過，用于連接分動器。圖5 為托管頭尺寸示意圖，圖6 為現場實物圖片。

圖5 托管頭尺寸示意圖

圖6 托管頭現場實物圖片

4.1.9 測量控向參數

按操作規程標定控向參數并做好記錄，在管線中心線上至少選定3 個點測定磁方位角。

4.2 夯套管施工

4.2.1 主要施工內容

該天然氣利用工程項目JD021- JD022 號樁河流定向鉆入、出土點存在卵石層，卵石粒徑2～8cm，最大15cm，含量50%～60%，砂卵石層標高- 4m～- 22m，厚度最大18m，深度27m。由此，需要下套管進行隔離。通過計算后套管長度為158m。按照規范需要下D914×25 管道158m，但D914 管道最大夯進距離僅為100m 左右，因此需要兩級夯套管：一級套管采用D1016×26mm，長度70m；二級采用D914×25mm，長度158m（實際夯進距離88m）。具體夯套管工程量如表5 所示。

各個單位要支持、鼓勵會計人員的到訪調查以及研究，并且各個單位要自覺接受會計監督，與其他單位交流意見。這樣做既能夠處理好核算、監管與管理這三者的關系，并且也可以加深核算、監管與管理這三者的交流，充分發揮會計職能的作用。同時還要構建有效的約束機制，定期深入到單位來分析經濟活動等，不斷規范管理。

當然，事實上，周小羽到了我們嶺北周村之后，麻糍基本上是天天有得吃的。也就是說麻糍不管有沒有被賣光，周麻糍總會留個一小塊麻糍回來。

表5 夯套管工程量

4.2.2 夯套管作業特別措施

4.1.1 測量放線

4.3 導向孔鉆進

（1）鉆機就位。根據設計圖紙放出鉆機場地控制線和設備擺放位置，確保鉆機中心線與入土點、出土點成一條直線。為保證放線準確性，所用儀器應用GPS 定位。

（2）鉆機安裝。在存放鉆機、發電機、泥漿泵和泥漿罐等設備場地鋪墊雙層塑料布，將鉆機各部件進行組裝，試運行。

（3）布置地面磁場、測量控向參數。在管線中心線上分三段布置人工磁場。磁場以管道中心線為軸線，總寬度50m，長度200m，采用RTK 精準定位后敷設標準矩形磁場。磁場校驗完畢后，按操作規程標定控向參數，并做好記錄。

（4）導向孔鉆進。控向對穿越精度及工程成功至關重要，開鉆前要仔細分析地質資料，確定控向方案，注重每一個環節，認真分析各項參數。鉆導向孔時要隨時對照地質資料及儀表參數分析成孔情況，達到出土準確，成孔良好。

她一一向我介紹她的家具：懶人沙發，逍遙椅，水晶吊燈和銀臺燈。并說，老同學喜歡什么就搬走什么，沒有問題。

另外，在導向孔穿越過程中，為保證鉆頭在穿越地層中順利的鉆進，避免巖屑造成的粘卡或者卡鉆現象，需在泥漿中加入適量的添加劑，分散地層顆粒，減小鉆進阻力，防止粘卡現象的發生。

4.4 擴孔

鉆頭準確出土后，拆卸鉆具和保護套管，并連接洗孔器進行洗孔，目的主要為抽出鉆桿內控向線并清除孔內鉆屑，降低扭矩。洗孔完畢后，連接擴孔器進行擴孔施工。擴孔器入洞前要噴射泥漿，以檢查水嘴是否暢通，一切無誤后開始擴孔作業。圖7 為現場擴孔器連接圖及示意圖。

圖7 現場擴孔器連接圖及示意圖

河流段管道穿越土層時，采用2 級擴孔+1 級洗孔（根據實際情況可增加擴孔次數及洗孔次數），φ406.4mm 管道擴孔至φ650mm。

4.5 管道回拖

（1）導向孔鉆進完成后，進行擴孔工作，同時完成回拖管道發送溝的開挖、擺管、墊管及沿線的防護工作。

（2）管道回拖前，應使用電火花檢漏儀全面檢查防腐層，如有損傷應及時修補。

（3）拖管前檢查并確認拖管頭焊接牢固，無缺陷。

鉆機安裝時，為保證鉆機的穩定，需要對鉆機基礎采取特殊的加固處理措施，使用主錨箱+ 副地錨（鋼板+ 鋼管樁）+ 預應力鋼絲繩的形式連接作為錨固系統，具體如圖3 所示。

（4）回拖前管道已完成焊接、無損檢測、防腐補口、電火花檢漏、防腐補口、管道清管、測徑、強度及嚴密性試壓施工，并符合設計及規范要求。

（5）管道回拖鉆具組合：5″S- 135 鉆桿+Ф500mm桶式擴孔器+200t 分動器+“U”形卸扣+Ф406.4mm 穿越管道。

（6）回拖前在首根管道前方焊接一根φ406 犧牲管，以更好地保護好管道防腐層。

（7）管道檢查合格后，用吊車將回拖管道角度與出土點角度順直（管道與出土點不應出現夾角，如存在夾角，需根據夾角大小調整管道角度，至少保證前150m 順直）。然后在鉆機旋轉牽引下，拖入已成形的軌跡孔洞。

（8）管線回拖采用發送溝發送方式。在回拖作業時，要增加高潤滑泥漿和潤滑劑，以減小回拖阻力，保護防腐層。

（9）在回拖過程中要派專人巡視，確保管道防腐層不被損壞，如有損傷及時修補。

（10）回拖時按以下順序進行鉆具連接：動力頭→動力頭保護短節→鉆桿→擴孔器→分動器→U 型環→拖拉頭→管道。

（11）管道回拖應連續作業，保持勻速回拖。

4.6 剩余泥漿處理及地貌恢復

4.6.1 剩余泥漿現場處理

利用泥漿固相控制工藝實現泥漿回收處理再利用，減少泥漿的使用量。其應用方法主要有三種：稀釋、沉淀和機械清除。本工程采用三級處理的方式，即振動篩、除砂器、離心機。

圍生期死亡率是衡量一個國家和地區的衛生水平、產科和新生兒科質量的重要指標，也是評價婦幼衛生工作的一項重要指標［9］。切實做好圍生期新生兒的保健工作，降低圍生期死亡率尤為重要。一方面要關注健康新生兒，另一方面，也要給予高危兒足夠的重視，以便早期準確發現患兒是否有臟器損害，并及時給予治療。幾十年的應用讓人們對Cys－C有了一定的認識。近年來，在國內也不乏這樣的研究［10－11］，但是關于這項指標的研究仍需大樣本，多國家多地區的聯合進行。

（1）稀釋：將穿越返回的泥漿回收到泥漿罐，然后加入水、鈉土和添加劑，調配到穿越所需的泥漿性能，達到降低泥漿固相含量的目的。

（2）沉淀：在穿越出、入土點各挖一個泥漿池，使從地下返出的廢泥漿流入泥漿池內；經過一段時間的自然沉降后，抽取上層的液相重新進入泥漿循環，去除底層的固相。

（3）機械清除：采用三級凈化系統，通過一系列的設備如振動篩、除砂器、除泥器等，將泥漿進行回收處理。本工程現場采用三級處理一體機。

本工程采用機械清除的辦法實現泥漿的回收再利用，泥漿池開挖后鋪墊防滲透材料，避免泥漿滲透污染環境。

4.6.2 采取泥漿外運處理剩余泥漿

對無法回收利用的剩余泥漿采用外運進行處理。按照當地政府環保部門要求，使用全封閉車將剩余泥漿運到環保部門指定的場所填埋。運輸過程中，注意車輛平穩駕駛，并做好上部封閉，以防止運輸過程中泥漿灑落。

5 結語

綜上所述，水平定向鉆穿越施工技術在現代天然氣管道施工中的科學應用，能夠最大程度提升天然氣管道的施工水平和質量，建設安全高效的天然氣管道工程，滿足社會大眾對于優質天然氣產品的體驗使用需求。該天然氣工程中河流段對于水平定向鉆穿越施工技術的成功運用，滿足了工程管道安裝的需要，產生了較好的社會經濟效益。