時(shí)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(zhì)量控制

時(shí)圣武

大慶油田天然氣分公司

天然氣管道工程建設(shè)是油田場站建設(shè)系統(tǒng)工程中的重要組成部分，天然氣管道能否長期安全平穩(wěn)運(yùn)行不僅取決于正常地段管道施工質(zhì)量，特殊地段如穿越公路段的管道施工質(zhì)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(zhì)量控制更顯重要。為此，天然氣管道定向鉆穿越公路質(zhì)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(dǎo)向孔、擴(kuò)孔、回拖）出發(fā)，強(qiáng)化施工準(zhǔn)備階段、施工階段的過程質(zhì)量控制。以大化北線閥組間調(diào)整改造工程穿越公路現(xiàn)場為實(shí)例，從施工材料、施工方法及作業(yè)環(huán)境等方面，討論控制內(nèi)容，優(yōu)化控制過程。

天然氣管道；定向鉆穿越；施工準(zhǔn)備；質(zhì)量控制

近幾年，水平定向鉆穿越技術(shù)在大慶油田天然氣管道穿越油田路、水渠等構(gòu)筑物的實(shí)際應(yīng)用越來越多。尤其是大慶油田自2011年以來先后實(shí)施西干線、薩大路、讓林路、西二路、南六路道路改擴(kuò)建，原路面4車道擴(kuò)建成雙向6車道或8車道，路面寬度增加至30～50 m，改擴(kuò)建道路雖預(yù)留了相當(dāng)一部分涵洞，但仍然無法滿足管線穿越油田高等級(jí)公路的要求，由于路面寬度的增加，傳統(tǒng)的手掘頂管技術(shù)已更多地被定向鉆穿越技術(shù)替代。定向鉆穿越技術(shù)作為一種成熟的非開挖穿越技術(shù)，它與普通頂管作業(yè)技術(shù)相比具有經(jīng)濟(jì)性可行、技術(shù)上成熟、適用面廣的特點(diǎn)。管道工程施工主要工序包括焊接、檢測、防腐、補(bǔ)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(zhì)量管理。

1 定向鉆工藝及特點(diǎn)

定向鉆主要施工工藝如下：鉆導(dǎo)向孔→擴(kuò)孔→管道回拖[1]。

1.1 鉆導(dǎo)向孔

根據(jù)穿越的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭，開動(dòng)泥漿泵對準(zhǔn)入土點(diǎn)進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆頭在鉆機(jī)的推力作用下由鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)切削地層，不斷前進(jìn)，每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實(shí)際位置，以便及時(shí)調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向，保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計(jì)要求，如此反復(fù)，直到鉆頭在預(yù)定位置出土，完成整個(gè)導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。鉆機(jī)安裝在入土點(diǎn)一側(cè)，從入土點(diǎn)開始，沿著設(shè)計(jì)好的線路，鉆一條從入土點(diǎn)到出土點(diǎn)的曲線，作為預(yù)擴(kuò)孔和回拖管線的引導(dǎo)曲線。

1.2 預(yù)擴(kuò)孔

在鉆導(dǎo)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(dá)到回拖管線直徑的1.3～1.5倍，需要用擴(kuò)孔器從出土點(diǎn)開始將導(dǎo)向孔擴(kuò)大至要求的直徑。一般情況下，使用小型鉆機(jī)時(shí)，直徑大于200 mm時(shí)，要進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔。使用大型鉆機(jī)時(shí)，當(dāng)產(chǎn)品管線直徑大于DN350 mm時(shí)，需進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔。預(yù)擴(kuò)孔的直徑和預(yù)擴(kuò)次數(shù)，視具體的鉆機(jī)型號(hào)和地質(zhì)情況而定。經(jīng)過鉆機(jī)多次預(yù)擴(kuò)孔，最終成孔直徑一般比管子直徑大200 mm，所以不會(huì)損傷管線的防腐層。

1.3 管線回拖

管線回拖時(shí)，先將擴(kuò)孔工具和管線連接好，然后開始回拖作業(yè)，并由鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)后退，進(jìn)行擴(kuò)孔回拖。管線在回拖過程中是不旋轉(zhuǎn)的，由于擴(kuò)好的孔中充滿泥漿，所以管線在擴(kuò)好的孔中處于懸浮狀態(tài)，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(hù)了管線防腐層。經(jīng)過預(yù)擴(kuò)孔，達(dá)到了回拖要求之后，將鉆桿、擴(kuò)孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好，從出土點(diǎn)開始，一邊擴(kuò)孔一邊將管線回拖至入土點(diǎn)為止。

2 應(yīng)用實(shí)例

大化北線閥組間調(diào)整改造工程中主要工程內(nèi)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(shè)地點(diǎn)為大慶市龍鳳區(qū)慶東新城外環(huán)東路及萬峰路路口處。主要工程內(nèi)容為五條天然氣干氣管線穿越公路（管徑規(guī)格為529mm× 8 mm、508 mm×8 mm、159 mm×6 mm，設(shè)計(jì)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(cè)雨排及壓力排各10 m寬），508 mm×8 mm管道穿越外環(huán)東路2次（路面寬度48 m，路兩側(cè)雨排及壓力排各10 m寬）。天然氣管線頂標(biāo)高必須低于平行于公路兩側(cè)雨排、通訊等管網(wǎng)設(shè)施標(biāo)高方可保證垂直穿越，因現(xiàn)場勘察已建涵洞與已建道路兩側(cè)平行管線大多同標(biāo)高，已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)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(guī)格為529 mm×8 mm、508 mm×8 mm、159 mm×6 mm，材質(zhì)為L245NB，防腐形式為3PE防腐?，F(xiàn)場經(jīng)焊接、檢測管線焊口全部合格，在經(jīng)過防腐補(bǔ)口后，電火花檢測達(dá)到或超過3PE防腐要求，并對損傷的防腐層經(jīng)補(bǔ)傷檢測合格。核查鉆機(jī)鉆桿的使用年限，防止出現(xiàn)斷桿；同時(shí)，核查所采用的定向鉆切削設(shè)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(yīng)力。根據(jù)穿越管線直徑，需首先計(jì)算工藝管線的曲線段最小彎曲半徑（計(jì)算公式為R=1 500×公稱直徑），對比路面寬度，取兩者較大者進(jìn)行導(dǎo)向孔穿越曲線設(shè)計(jì)，確定入土角度、入土點(diǎn)和出土點(diǎn)。根據(jù)彎曲半徑要求，外環(huán)東路穿越長度為120 m，萬峰路穿越長度為108 m。

（2）控制護(hù)壁泥漿[3]制配及泥漿壓力?？紤]到穿越地質(zhì)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(hù)管道防腐層。同時(shí)一定要按方案確定的擴(kuò)孔級(jí)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)孔。管線管徑為DN500 mm，級(jí)數(shù)初步確定為三級(jí)擴(kuò)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(shí)在入土點(diǎn)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(diǎn)降水的施工方法。

2.3 環(huán)境控制

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

因本次穿越深度最深點(diǎn)為5 m，為淺層地質(zhì)，不需要進(jìn)行地質(zhì)鉆孔取樣。通過現(xiàn)場開挖工作坑初步確認(rèn)所處地質(zhì)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(zhì)符合穿越管線要求。定向鉆穿越地層難點(diǎn)主要是遇到松散的砂、礫石層，砂卵礫石地層(砂、礫石層穩(wěn)定性差，堅(jiān)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(shù)來確定穿越地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

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

2.4 方案的實(shí)施

2012年10月底，施工單位編制了詳細(xì)的穿越方案，經(jīng)建設(shè)單位審查批準(zhǔn)后實(shí)施。2012年11月初，定向鉆鉆機(jī)進(jìn)場，總工期歷時(shí)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(jié)語

大慶油田天然氣分公司現(xiàn)已進(jìn)入主要集、輸氣管網(wǎng)調(diào)整完善期，管道施工質(zhì)量控制是管道施工的重要內(nèi)容。質(zhì)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(jié)點(diǎn)工序，其質(zhì)量好壞直接影響著管線投產(chǎn)及后期運(yùn)行。

因定向鉆穿越具有不可逆的特點(diǎn)，穿越一旦失敗，工期及投資損失將無法挽回，因此必須認(rèn)識(shí)到質(zhì)量管控工作的重要性，采取措施，優(yōu)化方案編制及施工控制過程，切實(shí)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(shè)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(jì)算公式的比較分析[J]．石油工程建設(shè)，2011，37（1）：1-4.

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

[3]聞濤．定向鉆技術(shù)在燃?xì)夤芫€穿越河流中的應(yīng)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(shí)圣武：工程師，2002年畢業(yè)于天津大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，從事油田地面建設(shè)項(xiàng)目管理工作。

2015-03-13

（0459）5299781、shisw@petrochina.com.cn