定向钻技术在长输管道施工中的应用

张大伟

(承德石油高等专科学校 建筑工程系，河北 承德 067000)



定向钻技术在长输管道施工中的应用

张大伟

(承德石油高等专科学校 建筑工程系，河北 承德 067000)

为保障长输管道在穿越河流时可以快速施工，缩短施工工期，采用定向钻穿越技术穿越河流。依据实际工程过程介绍定向钻技术的应用过程，阐述实际施工过程中定向钻的施工工艺，对长输管线施工中该工艺的应用提供了参考。

长输管线；定向钻；穿越

为保障国内的能源供应，到2020年，主干管道里程要达到16万km以上。在十三五期间长输管道的建设将超过4万km以上。长输管道在建设过程中会穿越河流、公路等区域。为减少施工对环境带来的影响，降低对生产生活的干扰，在穿越河流和公路时，采用一种施工周期短、不影响生产生活、保护环境的施工方法-定向钻施工技术。笔者依据实际工程来介绍定向钻技术在长输管道中的应用。

1 工程概况

本工程处于山东省东南部鲁苏交界处沭河，沭河穿越入土角为9°，出土角为6°。管段以弧形的方式穿越河流，其曲率半径为所用钢管外径的1 500倍，穿越管道规格为Ф611 mm×11.1 mm。定向钻穿越段水平长度1 272.8 m，实长1 275 m。穿越管线将通过含30%左右圆砾的砾砂层和含少量砾石的粗砂层。河床下管顶最小覆土厚度约为15.6 m。

2 定向钻施工流程

定向钻是从石油钻井的定向井技术发展起来的一种管道非开挖施工技术。本定向钻施工主要分为三个阶段：前期准备阶段、定向钻作业阶段和后期收尾阶段。

3 前期准备阶段

前期准备阶段主要是为钻机就位准备必要的场地，为后续的施工准备必要的材料。

3.1 测量放线

根据设计交底(桩)与施工图纸放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。

3.2 场地平整

1)泥浆池的开挖和钻机地锚的准备。现场需要挖、砌泥浆池(穿越两岸各1个)及地锚坑，泥浆池尺寸如图1所示。泥浆池内铺土工布，池内四周用挖掘机压实，必要时四周用砖堆砌、钉桩，防止泥浆池塌方。

地锚坑中心线在穿越管线中心线上，地锚坑尺寸为7 m×4 m×1.8 m。挖泥浆池及地锚坑时要留出足够边坡。

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地锚坑完成后，将地锚箱放入，地锚箱与地锚坑之间用混凝土进行浇筑处理，待混凝土固化后，即可在地锚上进行钻机的锚固。钻机地锚的结构如图2所示。

2)入土点钻机场地和出土点平面布置。入土点钻机场地布置图如图3所示。

出土点场地布置图如图4所示。

3.3 设备进场、组装钻机

将钻机等设备运抵施工现场，并将钻机就位光缆套管穿越的入土点位置，其他相关设备如泥浆泵、发电机等也就位完毕后，进行系统连接、试运转，确保设备能够正常工作。

3.4 测量控向参数、铺设线圈

按操作规程标定控向参数，为保证数据准确，在穿越中心线的不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好记录。

泥浆是定向穿越中的关键因素，施工期间，现场工作人员将按照事先准备好的泥浆配制方案进行配浆，并根据实际需要配制出符合要求的泥浆。

3.6 钻机试钻

开钻前做好钻机的安装和调试等一切准备工作，确定系统运转正常、钻杆和钻头清扫完毕，严格按照设计图纸和施工验收规范进行试钻，钻进1～2根钻杆后检查各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。

4 定向钻作业阶段

4.1 钻导向孔

导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，涉及到穿越管道的埋设位置是否符合设计要求，如图5所示。在开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，泥浆与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，互相配合钻出符合要求的导向孔，钻导向孔时，随时对照实际穿越曲线与设计曲线，确保控向精确，达到出土准确。

4.2 扩孔和洗孔

本次原油管道穿越的定向钻穿越管道中采用Φ610 mm规格的钢管，且穿越地质有普通地层穿越和岩石地层穿越。因此在进行扩孔时，须采用不同的扩孔级数和钻具进行施工，如图6所示。

Φ610 mm外径的普通地层穿越将采用三次扩孔和一次洗孔，扩孔和洗孔工艺安排如下：第一次扩孔：24″桶式扩孔；第二次扩孔：30″桶式扩孔；第三次扩孔：36″桶式扩孔；洗孔：36″桶式洗孔。

4.3 管道回拖

针对光缆套管的回拖，采用的钻具组合为：100T回拖万向节+5-1/2″钻杆+硅芯管钢套管。Φ610 mm 外径的主管回拖，采用的钻具组合为：36″桶式扩孔器+250T回拖万向节+5-1/2″钻杆+穿越主管。

4.4 清管、测径

回拖完成后，对回拖完毕的主管进行测径和清管。

5 后期收尾阶段

施工结束后，及时进行钻机场地剩余泥浆的处理，将现场的废泥浆运至当地环保部门制定的地点进行掩埋。将钻机、发电机、泥浆泵等设备进行拆卸后，撤离出施工现场。使用工程机械，将现场的地形地貌按照施工前原样进行恢复。

[1] 庄向仕，徐树立，张大伟，等.大型原油储罐基础防渗膜施工[J].承德石油高等专科学校学报，2015(4):9-12,17.

[2] 韩彦龙，孙晨曦，王二利．基于ANSYS的空分轴系及其零部件有限元模型研究[J]．承德石油高等专科学校学报，2014(3)：16-18，27．

[3] 姚宁平,张杰,李乔乔. 煤矿井下近水平定向钻技术研究与应用[J]. 煤炭科学技术,2011(10):53-57.

[4] 赵帅. 油气管道定向钻穿越技术[J]. 石油工程建设,2009,35(2):37-40.

Application of Directional Drilling Technology in Long Distance Pipeline Construction

ZHANG Da-wei

(Department of Construction Engineering， Chengde Petroleum College, Chengde 067000， Hebei， China)

Long distance pipeline construction line is long, and needs to cross the river along the way. Directional drilling technology is a reliable construction technology through the river. So excavation of the directional drilling can reduce the disturbance to the ground, protect the environment, and guarantee rapid construction of long distance pipelines.

long-distance pipelines; directional drilling; passing through

2016-09-05

张大伟(1986-)，男，山东威海人，助教，硕士，主要从事程造价、绿色建筑研究，E-mail:zhangdawei@cdpc.edu.cn。

TE973.4

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1008-9446(2017)02-0045-03