油气管道短距离定向钻套管穿越公路技术

2 01 0矩 第 2期 管 道 技 术 Pi p e l i n e Te c h n i q ue 5 a n d 2 01 0 No 2 油气管道短距离定 向钻套管穿越公路技术 孙 雁伯 ， 陈华 ( 中油辽河工程有限公司， 辽宁盘锦1 2 4 0 1 0 ) 摘要 ： 油气管道穿越等级公路 时， 存在施工周期长、 工程投资高、 施 工风险大等难题 ， 因此探 索一种 新的施工方式具有较大的实际意义和经济意义。短距离定向钻套管穿越公路技术应用了小型定向钻 机 ， 并在确保油气管线距公路路 面达到安全距 离和公路 两侧路边沟渠不受影响的条件 下， 取 消 了穿越 段 两端弹性敷设曲线段 ， 采用 了只回拖 套管的水平段 的施 工方式。该施 工方式技 术措施安全可行 ， 且 能缩短施工周期 ， 减少穿越长度 ， 节省工程投 资。 关键词 ： 油气管道 ； 短距 离定向钻 ； 穿越等级公路 中图分类号 ： T E 9 7 3 4 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 4 9 6 1 4 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 3 7 0 3 S t u d y o f t h e S h o r t Di s t a n c e Ho r i z o n t a l Di r e c t i o n a l Dr i l l i ng Te c hn o l o g y f o r Pi p e l i n e Cr o s s i n g Hi g h wa y s S UN Ya n b o CHEN Hu a ( C h i n a L i a o h e P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， P a n j i n 1 240 1 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e r e a r e ma n y t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c p r o b l e ms wi t h p i p e l i n e c r o s s i n g h i g h wa y s s u c h a s l o n g t e r m c o n s t r u c t i o n， h u g e i n v e s t me n t an d h i g h ri s k s S o i t i s o f mo r e p r a c t i c a l an d e c o n o mi c s i g n i fi c a n c e t o e x p l o r e a n e w w a y o f c o n s t r u c t i o n T h e t e c h n o l o g y o f h o ri z o n t al d i r e c t i o n a l d r i l l i n g c a n b e u s e d o n p i p e l i n e c r o s s i n g h i g h wa y s By u s i n g a s mall d ril l i n g ma c h i n e， b o t h s i d e s o f e l a s t i c a l l y - l a i d s e g me n t s c a n b e c a n c e l e d i n s t e a d o f s t r a i g h t c a s i n g p i p e I n t h i s wa y ， t h e s a f e d i s t a n c e b e t w e e n t h e p i p e - l i n e s a n d t h e s u r f a c e o f t h e r o a d i s n o t aff e c t e d b y e i t h e r s i d e o f the g u l l i e s T h i s k i n d o f c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o gy i s v e r y s afe a n d f e a s i b l e Al s o ， i t w i l l s h o r t e n t h e c o n s t ruc t i o n t i me a n d r e d u c e the c r o s s i n g l e n g t h and s a v e i n v e s t me n t K e y w o r d s ： o i l a n d g a s p i p e l i n e s ； s h o r t - d i s t a n c e d i r e c t i o n a l d ri l l i n g ； h i ghw a y c r o s s i n g 0 引言 目前 ， 国内大型管道穿越二级及二级 以上公路主 要采取 4种方法 ： 顶管穿越 、 开挖穿越 【 1 J 、 定 向钻穿 越 J 、 预留盖板涵穿越 J 。各种穿越方法均有利弊， 需要根据管道和公路 实际条件 以及施 工 队伍水平 等 因素综合考虑确定。 随着城市化进程的加 速及 国内公路建设 的发展 ， 管道开挖穿越 和预 留盖板 涵穿越在 二级 以上公路很 难实施 ， 大多采用 顶管穿越和定 向钻穿越 ， 而顶管穿 越公路存在施工周期 长 ， 公路路面易下沉 ， 路基易损 坏等缺点 ， 对于地下水位较高地 区更难实施。管道定 向钻穿越的施工方式具有施工周期短、 成功率高、 对 公路影响小等优势 ， 但同时一般公路穿越长度在 2 O 8 0 m之间， 定 向钻穿越长度根据管径不同 ， 大多在 3 0 0 5 0 0 m之间 J 。定 向钻穿越施工技术 难度大、 工程 投资高， 一般项目不愿意采用此穿越方式。而短距离 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 41 3 收修 改稿 日期 ： 2 0 0 91 02 2 定向钻套管穿越公路的设计方法降低了工程造价， 并 提高了大型管道穿越公路的成功率。 1 管道定向钻穿越公路技术要点 在穿越公路管段上， 不应设置水平或竖向曲线及 弯管； 穿越二级及二级以上公路时， 应采用套管穿越； 当套管对管道阴极保护形成屏蔽作用时， 可采用带状 或镯式牺牲 阳极保护 ； 套 管顶部最小覆盖层 厚度 1 2 m； 钢质套管外径应 比工作管径大 1 0 0 3 0 0 m m； 钻孔 直径不应超过工作管道或套管外直径 5 0 m m； 穿越管 段曲率半径不宜小 于1 5 0 0 倍外径 ， 不应小 于1 2 0 0 倍 外径； 定向钻宜采用环保泥浆或对泥浆进行处理。 以上这些技术要求 中， 影响定向钻施工长度， 从 而影响投资的关键技术参数是： “ 穿越管段曲率半径 不宜小于1 5 0 0 倍外径” 。可以采取以下方法降低穿越 段长度： 减小穿越套管的曲率半径， 套管的主要作用 是保护管道和公路， 不输送介质， 可适当降低其曲率 半径， 推荐降低到1 0 0 0 倍管外径 ； 降低出入土点高程， 在满足钻机工作条件下， 开挖定向钻作业带， 降低钻 3 8 Pi p e l i n e Te c h n i q u e a n d Eq u i pme n t Ma L 2 01 0 机高度， 从而减小套管曲率； 套管回拖时， 不必出土， 减少定 向钻长度。 2 短距离定 向钻穿越公路设计方法 以“ 中兵华锦集 团盘锦至营 口输油管道” 为例 ， 该 工程包括直径 D 5 0 8 X 7 9原油管道和直径 D 3 5 5 6 X 7 1 柴油管道各一根， 线路全长约 1 5 5 k m， 共穿越二级 及二级以上公路4 O多次， 共有 1 0余处公路穿越采用 了“ 短距离定 向钻套管穿越” 的施工方式 ， 取消了穿越 段两端弹性敷设曲线段 ， 采用只 回拖水平套管 的施工 方法 ， 减少 了穿越长度 ， 节省 了工程投资。营 口段短 距离定向钻穿越公路情况如表 1 所示。 表 1 营口段短距离定向钻穿越公路统计表 m 公路名称穿越长度 穿越深度 公路名称 穿越长度 穿越深度 滨海路 5 7 7 新富大街 5 2 6 望大线 7 5 4 5 佳孚一号 门 6 O 5 新联大街 7 4 5 5 佳孚三号 门 2 2 4 7 新建大街 5 3 4 7 宏宇机场路 2 7 6 新湖大街 4 3 5 7 金牛山大街 6 0 6 新海大街 6 6 6 5 金牛山北 大街 3 8 5 5 新城大街4 9 6 5 金牛山南 大街 2 4 5 穿越施工步骤与常规水平定 向钻施工 步骤 5 相 近， 具体步骤分为： 测量放线一修垫场地一设备就位 一开挖接收井_ 开挖 回拖管沟一组装调试_ 钻导 向 孔一分级扩孔一管道回拖一设备离场一地貌恢复。 ( 1 ) 测量放线。根据设计交桩与施工 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 与人土点 、 出土点成一条直线。 ( 2 ) 修垫场地 。将放置钻机 的场地推平压实 ， 修 垫面积为 1 8 m 3 0 m， 放置钻机、 钻杆、 泥浆罐等设 施。并在出土侧预留一块 2 0 m x 2 0 m的场地作为预 扩孔、 回拖时接钻杆和安装其他设备时使用。 ( 3 ) 开挖接收井。此工序与水平定向钻不同， 为 了减少 回拖长度 ， 在入土端开挖接收井 ， 用于观察导 向孔的钻进方向和深度 ， 取回扩孔器， 管线焊接碰头。 开挖前必须根据现场实际情况确定接收井位置， 并探 清地下障碍物， 预留安全距离， 确保已建设施安全； 开 挖后如果塌方 ， 可采用钢桩进行竖井护壁。 ( 4 ) 开挖回拖管沟。在出土点一侧开挖一条与穿 越长度相 等的管线焊接 、 布管作业坑 ， 并在出 口端设 置洞口密封止水装置 ； 土质条件不好地段须采用钢桩 支护， 地下水位较浅地段应 在钢桩支护 的外 围采用井 点降水的方式进行降排水。 ( 5 ) 组装调试。进行设备试运行 、 控 向系统调试、 泥浆配置等。 ( 6 ) 钻导 向孔。导 向孔 的钻进 是整个施 工的关 键 ， 应仔细分析地质资料 ， 按照设计 方向及深度进行 钻进， 保证穿越套管距公路路面不小于 5 m的距离。 ( 7 ) 分级扩孔。当导 向孔在 出土点一侧 出土后 ， 可连接扩孔器， 检查泥浆喷嘴是否正常后， 开始分级 扩孔， 每次扩孔都进行钻杆和钻具的倒运及钻具连 接。 ( 8 ) 管道 回拖。这是定 向穿越 的最后一步 ， 在施 工时应进行连续作业， 避免因停工使阻力增大。在回 拖前仔细检查各连接部位是否满足最大拉力 的要求。 为保证回拖的顺利和防腐层不受破坏， 在回拖作业时 采用高润滑环保泥浆 ， 并在套管 回拖到接收井处就停 止回拖 ， 保证套管穿越段水平无曲线 。 ( 9 ) 工作管就位。在接收井处使工作管焊接碰 头。 ( 1 O ) 地貌恢 复。泥浆通过泥浆 回收系统可重复 利用 ； 地貌原样恢复。 图 1 为该管道套管穿越普通二级公路施工示意 图， 公路及公路两侧地下管线、 路边沟总宽度 5 0 m， 套 管直径 D 8 1 3 ， 套管定向钻长度5 0 m， 套管回拖过程最 大曲率半径 8 1 3 m， 接收井深 5 m， 发送管沟长 7 1 m 对于总穿越长度 5 0 m的公路而言 ， 单根管道穿越公路 节省投资 2 0万元 ， 缩短工期 1 5天。 一一 x , - 5 0 0m 导 钻杆 回拖套管方向 3 0 m 5m 咪 发送管沟 襞 D 回 8 拖 1 8套 管 皴 x 1 4 扩 孔 器 品 摹 车 霍 l 3 3 6 m 3 5m 切线长 = 3 5 5 i n 卜 _ 曲线长 = 7 0 9 m 图1 管道短距离定向钻套管穿越公路示意图 3 短距离定向钻套管穿越公路适应性分析 ( 1 ) 施工工艺较成熟， 能够安全地穿越等级公路， 通过 以上 内容 ， 得 出“ 短距离定 向钻套管穿越公 对交通的干扰小 ， 无需隔断交通。 路法” 具有以下优势 ： ( 2 ) 套管只 回拖 到接 收井处 ， 公路下方套管无 曲 第 2期 孙雁伯等 ： 油气管道短距 离定向钻套管穿越公路技术 3 9 线， 保证了工作管安全穿越公路。 ( 3 ) 对公路两侧其他地下管线和地下通信、 电力 光缆无影响， 降低施工风险。 ( 4 ) 明显地缩短 了施 工周 期 ， 对 紧急性 项 目工程 具有实用性。 ( 5 ) 在回拖过程中， 套管的外防腐层得到了有效 保护， 受到破坏的程度较轻， 在土壤腐蚀性较强的公 路穿越段可最大程度保护输油管道在设计寿命期内 安全稳定运行 。 ( 6 ) 更适用于复杂地层 穿越 ， 受地下水位影 响 明 显减小。 ( 7 ) 对套管本身规格、 材质要求一般， 采购容易。 ( 8 ) 穿越套管与扩孔之间充满了专用泥浆， 且套 管距公路路面的距离较大 ， 不会 留下安全隐患 。 ( 9 ) 穿越长度适应性强， 结合该工程实例， 可进行 2 01 0 0 m左右的穿越 ， 随着穿越长度的增加 ， 施工难 度并没有明显增大。 ( 1 0 ) 与水平定 向钻相比极大地减小了穿越 长度 ， 显著地节省了工程投资。 但同时， “ 短距离定向钻套管穿越公路” 也具有以 下缺点 ， 需 要在今后 的技术发展 中加 以改进 ： 开挖 的 发送管沟长度较长、 深度较深， 须采取钢桩支护、 井点 降水等有效保护措施； 出土端设置的洞 口密封止水装 置在实际操作中较困难， 可根据现场实际情况， 采取 将发送管沟开挖成具有一定 坡度的方法来解决 ； 钢质 套管对阴极保护产生一定影响。 4 结束语 通过对常规穿越方式和“ 短距离定向钻套管穿越 公路法” 的分析， 后者的施工技术更为灵活实用， 优点 明显 。随着此种工艺的不断应用 ， 穿越技术会 日趋完 善， 将充分体现出它的优越性。 参考文献 ： 1 G B 5 0 4 2 3 -2 0 0 7 油气输送管道穿越工程设计规范 2 陈小明庆哈原油管道穿越松花江技术管道技术与设 备， 2 0 0 0 ( 5 ) ： 8 1 0 3 孙海军 ， 李浩 管道穿越宁杭高速公路设计 公路， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 1 7 7 4 刘明超， 郑晓春， 刘颖， 等 MA T L A B在定向钻穿越优化设 计中的应用 天然气与石油， 2 0 0 6 ， 2 4 ( 4 ) ： 4 0 4 1 5 李西军 管道定向钻孔法穿越天津海河 石油工程建设， 1 9 9 7 ( 3 ) ： 2 6 作者简介： 孙雁伯( 1 9 7 5 一 ) ， 高级工程师， 从事油气储运工程设 计工作。 ( 上接第2 7页) 情况看， 所有防腐系统失效处的管体 都存在一定程度的腐蚀， 只是不同的腐蚀环境中腐蚀 情况严重程度不同。腐蚀最严重的是管道人土端的 防腐失效处( 一处 8 m m的壁厚腐蚀坑深 5 6 m m) ， 其 次是山坡经常发生干湿交替的位置 ， 平时环境变化不 大位置管道腐蚀情况一般。 一0 0 暑 一 。 书 一 0 盖 一 。 一1 一l 距 离 m 图2 牺牲阳极附近管地电位分布图 2 2 3维护 措施 针对检测的情况， 为减小腐蚀潜在危害， 计划实 施