陳 偉

（漳州安然燃?xì)庥邢薰荆＝?漳州 363000）

1 工程概況

某市燃?xì)夤艿理椖拷ㄔO(shè)長度為3.2 km，管材選用PE100管道，管壁厚度為SDR11，管道直徑為Φ315 mm，設(shè)計壓力為0.7 MPa。該燃?xì)夤艿朗┕ろ毚┰郊扔泻恿?，穿越長度共計350 m，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件、用地狀況及河流水文地質(zhì)情況等，擬定采取定向鉆對接方式進行燃?xì)夤艿来┰绞┕ぁ?/p>

2 現(xiàn)場地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)場勘測結(jié)果及相關(guān)資料顯示，該穿越區(qū)域地質(zhì)條件按巖性、成因時代、分布特征及物理力學(xué)性質(zhì)等主要可分為雜填土層、卵石層、強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層以及中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層4個地質(zhì)層，各地層實際分布情況見表1。

2.1 雜填土層

雜填土層中主要包括碎石、塊石和黏性土，土質(zhì)并不均勻，其中碎石含量為35%～44%，可見粒徑為30mm～100mm，最大粒徑超過了100mm，并且現(xiàn)場均有分布。

2.2 卵石層

卵石層中有60%左右的顆粒粒徑超過了200 mm，粒徑2 mm～90 mm的礫石含量約為20%，剩下的20%主要是砂和黏性土。卵石層的顆粒磨圓度比較好，且大多都呈亞圓形，母巖成分是凝灰?guī)r，強度高，但級配、分選性、膠結(jié)程度都比較差。

2.3 強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層

強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層的原巖結(jié)構(gòu)已有大部分被風(fēng)化破壞，風(fēng)化程度并一致，且原巖碎塊中夾雜有土、少量云母碎片和高嶺土土斑團。

2.4 中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層

中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層中的主要構(gòu)成成分為粉砂質(zhì)及泥質(zhì)，并含有少量的云母碎片和高嶺土土斑團。巖層稍有裂隙發(fā)育，且?guī)r芯比較完整，巖層的單軸飽和抗炎強度為12.4MPa，說明該巖層為軟巖，巖體的質(zhì)量等級為IV級，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD是70%～80%，該巖層最大厚度為9.60m。

2.5 地下水

經(jīng)現(xiàn)場勘測得知，勘測深度范圍內(nèi)的地下水主要是第四系松散巖類孔隙潛水，基本都富藏于雜填土層和卵石層內(nèi)，同時，雜填土層透水性為中等透水性，并和地表水系有密切聯(lián)系；卵石層為強透水性。

3 穿越方案選擇

根據(jù)《油氣輸送管道工程水平定向鉆穿越設(shè)計規(guī)范》（SY/T 6968—2021）中的相關(guān)內(nèi)容[1-2]，擬定了3種穿越方案，即快挖換填、套管隔離、改良地層，下面就3種方案進行對比，見表2。

表2 3種燃?xì)夤艿来┰椒桨笇Ρ?/p>

根據(jù)表1所述，根據(jù)這次燃?xì)夤艿来┰胶恿鳜F(xiàn)場地質(zhì)條件及相關(guān)要求，現(xiàn)場開挖換填施工條件不充分，并且為保證定向鉆進一次成功率，最終未選用開挖換填方案和改良地層方案，而是采用技術(shù)比較成熟的套管隔離方案進行穿越。

表1 各地層分布情況

4 套管隔離穿越方案設(shè)計

科學(xué)可行的方案設(shè)計是保證套管隔離穿越順利進行的前提條件[3]。因此，在正式進行穿越施工前，根據(jù)現(xiàn)場施工條件及實際施工需要對套管隔離穿越方案進行細(xì)化設(shè)計，主要內(nèi)容包括入土角、出土角設(shè)計、套管確定、定向鉆設(shè)備和夯管機確定以及對接穿越施工工藝。

4.1 入土角及出土角設(shè)計

入土角及出土角是影響穿越施工精度的2個重要因素。因此，該項目在綜合考慮穿越施工的長度、深度及管道彈性敷設(shè)條件等因素的基礎(chǔ)上，確定入土角及出土角均為10°，滿足入土角8°～18°、出土角4°～12°的相關(guān)規(guī)范要求[4]。

4.2 套管確定

穿越施工所用套管選用的是直縫高頻電阻焊鋼管，鋼管材質(zhì)為Q235B，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)參考《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》GB/T9711—2017。這是因為套管須穿過深度6m～8m的卵石層到達強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，使用直縫管相比螺旋縫管在相同受力的情況下可以防止管道出現(xiàn)變形，且比無縫管的造價成本低。具體來說，該項目中入土端的套管為外直徑813mm、壁厚25mm的DN800直縫高頻電阻焊鋼管，長度為48m；出土端為了增加導(dǎo)向控向的成功率，適當(dāng)擴大了出土端鋼管的規(guī)格，選用的是外直徑1016mm、壁厚25mm的DN1000直縫高頻電阻焊鋼管，長度為48m。

4.3 定向鉆設(shè)備及夯管機確定

為防止穿越巖層施工中出現(xiàn)鉆桿斷裂的問題，選擇120 mm鉆桿進行擴孔，并對鉆桿進行無損檢測，以確保鉆桿質(zhì)量。鉆機選用1臺德國海瑞克250 t 水平定向鉆機（作為主鉆機，用于導(dǎo)向、擴孔及管道回拖）及1臺北京土行孫120 t鉆機（作為輔助鉆機，用于輔助進行下套管及導(dǎo)向?qū)樱?，最大扭矩?1000 N·m，最大回擴直徑為Φ1000 mm。夯管系統(tǒng)選用TT2000 型氣動夯管錘+VHP700空壓機。同時，為了確保套管的入土角能夠滿足10°要求，提前在工作坑中布置了10°的操作平臺及相應(yīng)的導(dǎo)軌，且導(dǎo)軌中心軸線和套管夯進的中心軸線保持一致，來保證套管夯進的精度。在夯進套管的過程中須邊夯進邊焊接，并使用鉆進驅(qū)動攪龍清理鋼套管內(nèi)的渣土[5]。

4.4 定向鉆對接穿越工藝

為解決導(dǎo)向孔鉆進施工中鉆頭方向控制難的問題，在兩端夯管的基礎(chǔ)上，采取定向鉆對接穿越工藝，即在入土端和出土端各布置1臺鉆機，其中入土端的鉆機為主鉆機，出土端的鉆機做輔助。正式施工時，使用先進的ParatrackⅡ控向系統(tǒng)控制2臺鉆機到達距離出土點150m～200m的區(qū)域進行對接，且穿越軸線上方全程鋪有交流磁信號電纜。定向鉆對接穿越工藝流程如圖1所示。

圖1 定向鉆對接穿越工藝流程示意圖

5 對接穿越施工技術(shù)要點

對接穿越施工主要分為夯管施工及定向鉆對接施工2個部分，具體施工要點如下。

5.1 夯管施工

在夯管操作前，須提前挖好操作坑及接收坑，操作坑坑底長度以單根套管長度加3 m為準(zhǔn)、寬度為4 m、深度為2 m，接收坑坑底長度及寬度均為4 m、深度為2 m。同時，夯管前也需要全面檢查夯管錘的方位及水平角度，確保夯管錘中心軸線與設(shè)計中心線保持移植。如果夯管錘角度偏差大于0.5°，則需及時調(diào)整就位[6]。然后在沿著燃?xì)夤艿乐行木€兩側(cè)分別安裝一道長度12m的導(dǎo)軌，并用長度2 m的30號工字鋼做枕木鋪于導(dǎo)軌下面，并復(fù)驗導(dǎo)軌中線，為后續(xù)夯管施工做好準(zhǔn)備。

夯管設(shè)備檢查合格后，用50t吊車把第一節(jié)套管吊到導(dǎo)軌上，并開啟操作閥試運行夯管錘，無異常后按采用“輕錘慢進”方法開始夯管施工，且邊夯管邊檢測鋼套管的入土角度，以保證鋼套管按設(shè)計要求的角度（10°）順利夯入卵石層。同時，因為第一根鋼套管夯進方向的準(zhǔn)確性是影響整個夯管施工進度的關(guān)鍵要素，所以當(dāng)夯進第一根鋼套管500 mm之后，須對其方位及水平角度進行全面檢查，如果角度偏差≤0.5°、軸線偏差≤1%夯進長度，就可以繼續(xù)夯進操作；如果角度偏差或軸線偏差超出上述限值，就需要糾偏后再進行夯進。第一根夯進時，也需要在操作坑外留4 m的管尾，與第二根鋼套管焊接。另外，在夯管過程中每夯進8 m就要復(fù)測一次，保證鋼套管夯進的精度始終滿足入土角10°的要求。重復(fù)上述工作依次完成其他套管夯進施工。

為防止夯進過程中鋼套管前端出現(xiàn)卷邊或變形，提前制作了鑄鋼切削環(huán)焊接在第一根鋼套管前端，以便切削地層。同時，鉆桿前端安裝了攪龍，邊夯進邊清理套管中的積土，以防在鋼套管夯進過程中因積土而增大前進阻力使前進速度減緩或停滯不前。攪龍輸送能力為3m3/h～5m3/h。攪龍取土示意圖如圖2所示。

圖2 攪龍取土示意圖

5.2 定向鉆施工

5.2.1 鉆機及配套設(shè)備就位

根據(jù)設(shè)計的穿越中心線布置主鉆機及輔助鉆機，待2臺鉆機均按要求就位后，再連接鉆機的各分系統(tǒng)，并試運轉(zhuǎn)進行鉆機性能檢測。同時，在2臺鉆機場地之間建立暢通的無線電通信系統(tǒng)，以便兩端進行及時溝通。

5.2.2 建立人工磁場

順著燃?xì)夤艿来┰绞┕で€的中心線在地表采取人工方式敷設(shè)好電纜，然后連通交流電，使電纜成為定向鉆對接施工控向系統(tǒng)的電磁信號源。同時，沿穿越軸線按間距50 m設(shè)置3個交流基準(zhǔn)磁塊，以便于更好地控制對接精度。

5.2.3 導(dǎo)向孔施工

待鉆機設(shè)備及測量儀器等均準(zhǔn)備就緒后，打開控向儀、連通信號電纜、同時開啟兩臺鉆機，開始進行鉆進施工。導(dǎo)向孔鉆進施工速度以3 m/h為準(zhǔn)，當(dāng)鉆進1～2根鉆桿后，對各部位進行檢驗，以確保鉆進施工的各項參數(shù)均滿足施工要求。當(dāng)輔助鉆機的鉆頭鉆進到指定對接區(qū)域后，開啟鉆頭短節(jié)中的目標(biāo)磁鐵，使主鉆機鉆頭可根據(jù)目標(biāo)磁鐵發(fā)出的電磁信號按設(shè)計的穿越路線向前繼續(xù)鉆進。導(dǎo)向孔鉆進的同時，須配制泥漿并添加適量的潤滑劑，使導(dǎo)向孔邊鉆進邊潤滑，降低鉆進施工中的阻力，既能避免出現(xiàn)黏鉆、卡鉆等現(xiàn)象[7]，也可以確保導(dǎo)向孔孔壁的完整性。導(dǎo)向孔鉆進施工示意圖如圖3所示。

圖3 導(dǎo)向孔鉆進示意圖

5.2.4 對接

待主鉆機鉆頭和輔助鉆進目標(biāo)磁鐵之間的距離小于5 m后，便可實施導(dǎo)向孔對接[8]。對接成功后，便操作輔助鉆進退回鉆桿，而主鉆機則跟隨電磁信號的引導(dǎo)控制鉆頭方向，順著輔助鉆進鉆好的導(dǎo)向孔繼續(xù)向前頂進，直至鉆頭出土，最終完成導(dǎo)向孔施工。導(dǎo)向孔交會對接示意圖如圖4所示。

圖4 導(dǎo)向孔交會對接示意圖

5.2.5 管道擴孔及回拖

完成導(dǎo)向孔對接施工后，在主鉆機上連接擴孔器進行2級擴孔，最終擴孔直接為580 mm。接著進行洗孔作業(yè)。然后利用主鉆機按照400 kN～500 kN的拉力對管道進行回拖作業(yè)，最終經(jīng)過5.5 h順利完成所有管道的回拖工作。

6 結(jié)語

綜上所述，通過實例證明，定向鉆對接穿越技術(shù)在燃?xì)夤艿来┰胶拥理椖恐杏辛己玫膽?yīng)用價值及推廣價值。由此也可得出結(jié)論，燃?xì)夤艿理椖渴┕ぶ袝龅礁鞣N各樣的環(huán)境條件，施工單位及相關(guān)技術(shù)人員要根據(jù)實際施工需要及現(xiàn)場環(huán)境條件等設(shè)計合理的管道施工方案，選擇合適的管道施工工藝，并嚴(yán)格控制各施工環(huán)節(jié)，才能保證燃?xì)夤艿理椖渴┕み_到預(yù)期的質(zhì)量目標(biāo)及效益目標(biāo)。