定向钻施工工艺在输气管道工程中的应用-

1、第20卷 第2期 石 油 规 划 设 计 2009年3月 39 * 徐继军,男,工程师。1991年7月毕业于胜利石油学校储运专业,现在胜利油田临盘采油厂综合大队工作。通信地址:山东省临邑县临盘采油厂综合大队,251507徐继军*(胜利油田有限公司临盘采油厂徐继军. 定向钻施工工艺在输气管道工程中的应用. 石油规划设计,2009,20(2:3940摘要 介绍了胜利油田临盘采油厂为了防止盗气,对临盘输气管道采用了水平定向钻进铺管技术,实施深埋处理的施工情况,以及水平定向钻进铺管的施工顺序、各道工序的作用及要求。定向钻施工工艺的现场应用彻底杜绝了盗气现象,为管道防盗提供了新的思路。关键词 天然气 输

2、气管道 定向钻工艺 施工 应用临盘采油厂二首站至一首站输气管道为1974年建设的埋地钢管道,二首站至配气站输气管道是2001年建设的埋地非金属管道。这两条管道沿途经过后仓、十二里、刘玉环、张大庄等村庄并穿越104国道,地方人口稠密,私营企业较多,盗气现象十分严重。2007年,经过周密的调研和论证,对临盘二首站至临盘生活区供气管网的输气管道利用定向钻技术实施了深埋处理,采用了3PE 外防腐工艺,彻底杜绝了天然气管道的盗气现象。1 水平定向钻施工工艺水平定向钻进铺管技术是一种现代非开挖施工技术,主要用于穿越河流、公路、铁路、建筑物等障碍物铺设各种管道。其特点是技术含量高、时间短、造价高。1.1 工

3、艺原理及工程施工工序定向钻进的基本原理:按预先设定的地下铺管轨迹钻一个小口径先导孔,随后在先导孔出口端的钻杆头部,安装扩孔器回拉扩孔。当扩孔达到尺寸要求后,在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管道,回拉铺设地下管道。水平定向钻进铺管的施工顺序为:地质勘探及地下管道探测、规划和设计钻孔轨迹、配制钻液、钻先导孔、回拉扩孔、回拉铺管。1.2 工程施工各工序的作用及要求地质勘探主要了解有关地层和地下水的情况,为选择钻进方法和配制钻液提供依据。地下管道探测主要了解有关地下已有管道和其他埋设物的位置,为设计钻进轨迹提供依据。导向孔轨迹设计是否合理对管道施工能否成功至关重要。钻孔轨迹的设计主要是根据工程要求

4、、地层条件、地形特征、地下障碍物的具体位置、钻杆的入、出土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变向能力、导向监控能力和被铺设管道的性能等,给出最佳钻孔路线。钻液是由水、膨润土和聚合物组成。钻液在施工中起着非常重要的作用,除了具有冷却钻头(冷却和保护其内部传感器、润滑钻具的作用外,更重要的是可以悬浮和携带钻屑,使混合后的钻屑成为流动的泥浆。在钻导向孔阶段,需要泥浆能顺利地排出孔外,维持孔壁的稳定;在预扩孔阶段,需要泥浆具有很好的护壁能力,防止地层坍塌,为回拖管道提供足够的环形空间。回拉扩孔铺管施工关键技术是根据不同的土层、地下水位及最终成孔直径,正确地选择回扩钻40徐继军:定向钻施工工艺在输气管道工

5、程中的应用 2009年3月具和每次的进刀量,正确的选配钻液和确定钻液的流量。为保证回拖管道畅通,一般要求选择的最大扩孔器尺寸为铺设管径的1.22倍,这样能够保持泥浆流动畅通,保证管道能安全、顺利地拖入孔中。在长距离回拉扩孔铺管中,泥浆作用尤其重要。一旦地层泥浆漏失,回拖孔中将缺少泥浆,钻杆及管道与孔壁间的摩擦力也将增大,导致拉力增大。孔中缺少泥浆往往是工程失败的主要原因。2 定向钻施工工艺的现场应用2.1 施工参数经勘察,临盘输气管道沿线地势较为平坦,土层分布均匀,地层由第四纪黄河三角洲新近堆积的黏性土、粉土构成,地下水稳定埋深3.96.3m,绝对标高为12.713.58m,钢腐蚀性中等,能满

6、足水平定向钻施工对土质的要求。临盘二首站至临盘生活区供气管网输气管道设计为219mm6mm的无缝钢管,全长4.0km,对管道实施深埋敷设。为躲避沿途地下已建油、水、气各类管道和电力、通信电缆及建筑物等,管道设计管顶埋深距地面8m,施工采用水平定向钻施工工艺。为最大程度保证管道穿越的安全性,根据规范要求确定的基本参数:入土角10、出土角6、最小曲率半径328.5m。根据线路的几个拐点,本次工程分了5个工程段进行施工,最长的一段穿越距离1045m。综合考虑定向钻具能力及沿线已建设施情况,管道入、出土点均选择在采油厂下属的单位内。管道起点为二首站,经一首站、临盘酸站、为民纪念馆、特车队至临盘采油厂科

7、技楼侧与已建生活气供气管网相连。管道穿越施工走向示意见图1。2.2 定向钻施工本次工程采用DD-440、HY-800、D80120不同型号的水平定向钻机同时施工。定向设备采用地面信标系统配合英国进口MGS定向系统进行跟踪定位,从而准确的躲过了油井及各种障碍物,并确保了出土位置的准确性。钻完导向孔,根据地质状况和管径分三级进行预扩孔,最后一级采用400mm扩孔器扩孔,使扩孔孔径=D 1.5Dn(Dn 为管道直径,钻孔直径达到400mm,满足拖管要求。管道现场分段进行组对、焊接、试压、吹扫、补口、补伤,在检验合格后,采用400mm扩孔器带动管道进行回拖。回拖施工方式:400mm飞旋式扩孔器+150

8、t回拖旋转接头+219mm6mm穿越管道。在整个施工过程中,泥浆起着至关重要的作用。本次工程为确保钻液质量,首先根据不同地质配置出不同的钻液;其次在不增加总用量的情况下,增加储罐个数以保证水化时间;在施工时,根据不同施工阶段对泥浆的要求,加入各种添加剂,从而确保了工程的顺利进行。为满足环保需要,新建泥浆回收池两座,对泥浆进行系统回收,回收不了的泥浆排送到指定地方。3 工程投产后的运行情况及效益工程总投资为684万元,管道建成后,避免了由于打孔盗气造成的天然气浪费。根据以往的统计资料,可避免损失天然气约11041.5104m3/d;按盗气损失400万元/a计,工程可在1.5年内收回投资,经济效益显著。水平定向钻技术由于施工费用较高,一般仅用于无法进行开挖施工的地段。本次工程的实施拓