输气管道工程定向钻施工工艺应用

摘要：水平定向钻施工工艺最早出现在20世纪70年代，其是由传统公路横孔钻与油田定向钻井技术相互结合而产生，是现阶段线路最好、安全稳定的管道穿越技术，目前已在全球得到广泛应用。本文主要以某工程为例，对输气管道采用了水平定向钻技术的实际情况展开分析，同时，对定向钻施工艺的特点与优势展开分析，最后，对定向钻施工工艺在输气管道工程当中的实践应用进行阐述。

关键词：输气管道；定向钻工艺；应用

1定向钻施工工艺原理与工序

定向钻施工技术是时展背景下所诞生的一种非开挖式施工技术，这一技术主要被应用于穿越河流、公路、铁路、建筑物等障碍物的管道铺设，其具有技术含量高、时间短、对地表环境破坏小等特点。水平定向钻的工艺原理为：根据设计曲线预先钻进一条小直径的导向孔；在尾端装上扩孔器对导向孔逐级扩大。在扩出的孔洞尺寸达到相关要求后，展开扩孔器后端所链接旋转街头、拉管头、管道的回拉，随后进行底下管道铺设。

2定向钻施工工艺特点与优势

2.1特点

定向钻施工是现阶段穿越障碍物的一种施工方法，对于施工条件没有较高要求，同时，对地面环境所造成的影响较小，施工速度较快，因此，在各类施工中得到了极为广泛的应用，但是相较于其他施工技术，其对于设备、钻具等皆有着较强依赖性，同时，在穿越施工扩孔与管道回拖等方面也存有一定的不可预见性，因此，为施工增加了一定风险。

2.2优点

定向钻施工工艺具有三大优势，具体如下：（1）在采用此工艺进行施工时，能够正常使用地面功能，譬如在对公路与铁路穿越时，其能够不妨碍地面交通正常运转，在对河流进行穿越过程中，这一工艺能够为河流畅通提供有力保障，不会对正常通航与排洪加以阻断。（2）因此，工艺采用的方式属于非开挖施工这一范畴，其能够令大量工程土在开挖、运输、堆放方面数量大幅度较少，对于生态环境的保护有着诸多裨益。此外，这一技术也相应对基础埋设、地面恢复等成本减少。（3）此技术施工与其他工艺相比较周期更短、迅速、安全、综合成本低廉，除此之外，这一施工工艺也具备极为显著的社会效益，其能够在某些无法施工开挖或不允许开挖的场合中在地面下方实施穿越。

3定向钻施工工艺在输气管道工程中的应用实践

3.1工程概况

本文所为例的海南省环岛管网文昌-琼海-三亚输气管道万泉河定向钻穿越，属于河流大型穿越。经勘查，穿越场地位于海南省琼海市嘉积镇、中原镇交界处，大甲坡村附近，地区等级为四级。穿越处管道设计压力为7MPa，管径为D610mm，穿越段壁厚为12.5mm，一般段壁厚为12.5mm，材质L450M。穿越处管道走向近东西，管道与万泉河交角约为69°。定向钻穿越段管道水平长度1598.00m，实长1602.00m。定向钻管底设计标高约为-27.30m，管顶距离万泉河底部最深处约为20.1m，采用定向钻的方式穿越。穿越场地地貌为河谷及河流冲洪积平原，穿越河段较顺直,水面宽度约为365m，水深约8m。河流东北岸为河漫滩，地形较为平坦，西南岸为河流侵蚀岸，设有人工护坡，地形略有起伏，地表主要为农田、房屋。

3.2应用实践

经过复测后，得出入土点场地较为平整，随后，使用推土机将约30厘米的表层耕植土进行剥离堆积。尔后，将施工所需各类设备安置于场地中，在确认所需设备全部放置于现场后，便开始展开系统安装工作，依照不在空中布置线路这一原则，将全部电缆线埋设至底下，全部所需水管线路应不在行车路线内布置。在安装系统工作完成并确认准确无误后，开始调式系统运作，同时，在进行开钻施工工作开始前对钻杆、无磁钻铤、扩孔器、牙轮、卸扣、万向节等现场所需设备质量谨慎检查，对丝扣展开清洗工作与无损伤检查工作，为保障其内部无损伤打下基础，除此之外，还需对扩孔器与牙轮之间是否稳定连接进行检查与钻头水眼是否需要更换直径等。在进行扩孔工作与回拖工作前，还需对扩孔器水眼是否通畅进行检查，以及卸扣是否发生变形、锁销是否完好、万向节丝扣是否足够润滑等工作，最后，对钻杆严谨选择。

3.3成果分析

万泉河穿越是整个海南管网中管径最大、穿越距离最长的定向钻穿越，有几个“海南管网之最”。通过定向钻施工工艺，此工程于2019年4月28日开钻，8月27日一次回拖成功，比原定计划提前了整整1个月时间。（1）针对复杂地层的技术方案：①软岩地层解决方案：这一类型地层破碎程度通常较为严重，其具备较高风华程度与角度间隙，同时，其岩石当中含有较多粘与粉，部分地层甚至自身也不具备较强承载能力。在此类岩层当中实施钻进，便会因钻具自身重量导致曲线在钻进过程中开始逐渐朝向下方开始弯曲，最后脱离原定设计曲线，而针对这一情况具体解决方法如下：使用较小直径钻头，将马达工具面角朝向上方，向上方快速顶进；采用弯度较大的泥浆马达，快速向上顶进；若上述两种方案对此问题皆无法解决时，便应在此地层中快速钻进，令曲线能够最大限度接近设计曲线，在完全穿越地层后，开始对角度进行调整。除此之外，也可在钻入此地层时，调高钻进曲线，从而减少对冲在此地层当中下降角度。②软硬交互地层解决方案：根据软硬地层的交互情况，与岩层自身具备岩性，在最大程度接近原设定曲线这一原则之下，可通过一下方法，在此地层达到10MPa这一范围抗压强度之上时，可考虑在此地层当中进行钻进工作，而若此地层不具备较强抗压能力，则应最大限度在硬岩层中开展钻进工作。（2）采用精准的导向技术：①采取实际测量和理论计算两种方法准确确定穿越中心线的磁方位角；②钻机精确就位；③采用人工磁场、磁靶；④加强操作人员培训。导向孔根据设计曲线钻进，曲线半径由公式计算，并与之相比较，选取较大值。施工过程中，谨慎处理控向数据。并适当控制钻进速度，保证导向孔光滑。防止定向钻孔时导向孔与设计穿越曲线偏移的措施：（1）保证钻机就位方位与设计管线中心线重合的措施；（2）外部磁场对方位角的影响及控制措施；（3）采用人工磁场与地磁场相互结合进行钻孔控向消除偏移；（4）在穿越不同地层时预防偏移的措施。在开展穿越工作过程中，不同地层中的岩性也存在一定差异，即便是同一处地层也会存有软硬差异化，而这一情况则必定会对钻孔倾角极其方向角度造成影响。针对这一情况，每次调整过程中，调整角度不应过大，并将其范围控制在0.1°前后，同时，对不同钻杆进行多次调整，从而最快获得所需倾角以及角度方位，这一方式也能够有效防治导向孔轨迹与穿越曲线发生偏离轨迹这一情况发生。（5）控制人为因素造成导向孔轨迹与设计穿越曲线偏差的措施。（6）确保出土点误差在规范允许范围内的措施。（7）针对不同地层的泥浆方案。钻井液是水平定向钻进的“血液”，其具有较高地位，而钻井液能否与地层情况相匹配，对于钻进是否成功有着最为直接的影响。根据先前施工经验与相关材料来看，在长距离岩石中实施钻进施工工作可通过下述几方面中进行实施，具体内容如下：①在粒径通常小于2毫米的砂岩层钻进过程当中，对于钻经验携带能力高低已经不再是主要思考问题，在这一时期，核心问题在于钻具降温方面，此时便需根据实际情况令钻井液粘度适宜降低，从而令其流动性能够得到强化，是钻井液拥有更佳循环质量。②钻进速度快慢在一定程度上会受到钻井液中固相含量的影响，在通常情况下，钻进速度会因固相含量的提高而逐渐下降，因此，需对固相加以清楚。在通常短距离水平定向钻施工过程当中，针对钻井黏液往往只是使用回收系统进行回收，但是，在较长距离岩石钻进过程当中，钻井黏液因需要经过较多地层，所以其用量相对来讲较大，因此，考虑到成本这一问题，可通过增加离心机除固相这一设备，这一设备能够令钻井液中含有固相成分最大限度去除，从而令钻速能够有效提升，同时，提高钻井液自身携带能力。

4结语

万泉河定向钻穿越工程施工难度较大，长度较长，本次工程通过定向钻施工工艺使工期提前30天完成，为穿越工程提供了全新思路。然而，每处定向钻技术却有着费用成本较高这一缺陷，通常用于无法使用正常施工技术进行开挖的地段，万泉河工程拓宽了这一工艺的应用范围。现阶段，管网穿越虽在人力物力资源上消耗较大，但对各项施工费用进行综合比对，以万泉河为例的部分地段通过定向钻工艺对管道网络进行深埋则将具备一定的优势，为解决今后类似问题提供一定的参考依据。

参考文献：

[1]杨磊.水平定向钻技术在供水管道穿越工程中的应用[J].水科学与工程技术,2019(3):58-60.

[2]陈士凯.浅析管道水平定向钻进施工工艺的控制[J].建设监理,2017(5):60-62.

[3]刘树利,李凯,王书宁.定向钻工艺管道穿沁施工关键技术参数选控[J].人民黄河,2018,40(7):124-128.

作者：李刚 刘国柱 单位：中海石油管道输气有限公司