定向鉆施工工藝在輸氣管道工程中的應(yīng)用-

1、第20卷 第2期 石 油 規(guī) 劃 設(shè) 計 2009年3月 39 * 徐繼軍,男,工程師。1991年7月畢業(yè)于勝利石油學(xué)校儲運(yùn)專業(yè),現(xiàn)在勝利油田臨盤采油廠綜合大隊工作。通信地址:山東省臨邑縣臨盤采油廠綜合大隊,251507徐繼軍*(勝利油田有限公司臨盤采油廠徐繼軍. 定向鉆施工工藝在輸氣管道工程中的應(yīng)用. 石油規(guī)劃設(shè)計,2009,20(2:3940摘要 介紹了勝利油田臨盤采油廠為了防止盜氣,對臨盤輸氣管道采用了水平定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù),實施深埋處理的施工情況,以及水平定向鉆進(jìn)鋪管的施工順序、各道工序的作用及要求。定向鉆施工工藝的現(xiàn)場應(yīng)用徹底杜絕了盜氣現(xiàn)象,為管道防盜提供了新的思路。關(guān)鍵詞 天然氣 輸

2、氣管道 定向鉆工藝 施工 應(yīng)用臨盤采油廠二首站至一首站輸氣管道為1974年建設(shè)的埋地鋼管道,二首站至配氣站輸氣管道是2001年建設(shè)的埋地非金屬管道。這兩條管道沿途經(jīng)過后倉、十二里、劉玉環(huán)、張大莊等村莊并穿越104國道,地方人口稠密,私營企業(yè)較多,盜氣現(xiàn)象十分嚴(yán)重。2007年,經(jīng)過周密的調(diào)研和論證,對臨盤二首站至臨盤生活區(qū)供氣管網(wǎng)的輸氣管道利用定向鉆技術(shù)實施了深埋處理,采用了3PE 外防腐工藝,徹底杜絕了天然氣管道的盜氣現(xiàn)象。1 水平定向鉆施工工藝水平定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)是一種現(xiàn)代非開挖施工技術(shù),主要用于穿越河流、公路、鐵路、建筑物等障礙物鋪設(shè)各種管道。其特點(diǎn)是技術(shù)含量高、時間短、造價高。1.1 工

3、藝原理及工程施工工序定向鉆進(jìn)的基本原理:按預(yù)先設(shè)定的地下鋪管軌跡鉆一個小口徑先導(dǎo)孔,隨后在先導(dǎo)孔出口端的鉆桿頭部,安裝擴(kuò)孔器回拉擴(kuò)孔。當(dāng)擴(kuò)孔達(dá)到尺寸要求后,在擴(kuò)孔器的后端連接旋轉(zhuǎn)接頭、拉管頭和管道,回拉鋪設(shè)地下管道。水平定向鉆進(jìn)鋪管的施工順序為:地質(zhì)勘探及地下管道探測、規(guī)劃和設(shè)計鉆孔軌跡、配制鉆液、鉆先導(dǎo)孔、回拉擴(kuò)孔、回拉鋪管。1.2 工程施工各工序的作用及要求地質(zhì)勘探主要了解有關(guān)地層和地下水的情況,為選擇鉆進(jìn)方法和配制鉆液提供依據(jù)。地下管道探測主要了解有關(guān)地下已有管道和其他埋設(shè)物的位置,為設(shè)計鉆進(jìn)軌跡提供依據(jù)。導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計是否合理對管道施工能否成功至關(guān)重要。鉆孔軌跡的設(shè)計主要是根據(jù)工程要求

4、、地層條件、地形特征、地下障礙物的具體位置、鉆桿的入、出土角度、鉆桿允許的曲率半徑、鉆頭的變向能力、導(dǎo)向監(jiān)控能力和被鋪設(shè)管道的性能等,給出最佳鉆孔路線。鉆液是由水、膨潤土和聚合物組成。鉆液在施工中起著非常重要的作用,除了具有冷卻鉆頭(冷卻和保護(hù)其內(nèi)部傳感器、潤滑鉆具的作用外,更重要的是可以懸浮和攜帶鉆屑,使混合后的鉆屑成為流動的泥漿。在鉆導(dǎo)向孔階段,需要泥漿能順利地排出孔外,維持孔壁的穩(wěn)定;在預(yù)擴(kuò)孔階段,需要泥漿具有很好的護(hù)壁能力,防止地層坍塌,為回拖管道提供足夠的環(huán)形空間?；乩瓟U(kuò)孔鋪管施工關(guān)鍵技術(shù)是根據(jù)不同的土層、地下水位及最終成孔直徑,正確地選擇回擴(kuò)鉆40徐繼軍:定向鉆施工工藝在輸氣管道工

5、程中的應(yīng)用 2009年3月具和每次的進(jìn)刀量,正確的選配鉆液和確定鉆液的流量。為保證回拖管道暢通,一般要求選擇的最大擴(kuò)孔器尺寸為鋪設(shè)管徑的1.22倍,這樣能夠保持泥漿流動暢通,保證管道能安全、順利地拖入孔中。在長距離回拉擴(kuò)孔鋪管中,泥漿作用尤其重要。一旦地層泥漿漏失,回拖孔中將缺少泥漿,鉆桿及管道與孔壁間的摩擦力也將增大,導(dǎo)致拉力增大?？字腥鄙倌酀{往往是工程失敗的主要原因。2 定向鉆施工工藝的現(xiàn)場應(yīng)用2.1 施工參數(shù)經(jīng)勘察,臨盤輸氣管道沿線地勢較為平坦,土層分布均勻,地層由第四紀(jì)黃河三角洲新近堆積的黏性土、粉土構(gòu)成,地下水穩(wěn)定埋深3.96.3m,絕對標(biāo)高為12.713.58m,鋼腐蝕性中等,能滿

6、足水平定向鉆施工對土質(zhì)的要求。臨盤二首站至臨盤生活區(qū)供氣管網(wǎng)輸氣管道設(shè)計為219mm6mm的無縫鋼管,全長4.0km,對管道實施深埋敷設(shè)。為躲避沿途地下已建油、水、氣各類管道和電力、通信電纜及建筑物等,管道設(shè)計管頂埋深距地面8m,施工采用水平定向鉆施工工藝。為最大程度保證管道穿越的安全性,根據(jù)規(guī)范要求確定的基本參數(shù):入土角10、出土角6、最小曲率半徑328.5m。根據(jù)線路的幾個拐點(diǎn),本次工程分了5個工程段進(jìn)行施工,最長的一段穿越距離1045m。綜合考慮定向鉆具能力及沿線已建設(shè)施情況,管道入、出土點(diǎn)均選擇在采油廠下屬的單位內(nèi)。管道起點(diǎn)為二首站,經(jīng)一首站、臨盤酸站、為民紀(jì)念館、特車隊至臨盤采油廠科

7、技樓側(cè)與已建生活氣供氣管網(wǎng)相連。管道穿越施工走向示意見圖1。2.2 定向鉆施工本次工程采用DD-440、HY-800、D80120不同型號的水平定向鉆機(jī)同時施工。定向設(shè)備采用地面信標(biāo)系統(tǒng)配合英國進(jìn)口MGS定向系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤定位,從而準(zhǔn)確的躲過了油井及各種障礙物,并確保了出土位置的準(zhǔn)確性。鉆完導(dǎo)向孔,根據(jù)地質(zhì)狀況和管徑分三級進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔,最后一級采用400mm擴(kuò)孔器擴(kuò)孔,使擴(kuò)孔孔徑=D 1.5Dn(Dn 為管道直徑,鉆孔直徑達(dá)到400mm,滿足拖管要求。管道現(xiàn)場分段進(jìn)行組對、焊接、試壓、吹掃、補(bǔ)口、補(bǔ)傷,在檢驗合格后,采用400mm擴(kuò)孔器帶動管道進(jìn)行回拖。回拖施工方式:400mm飛旋式擴(kuò)孔器+150

8、t回拖旋轉(zhuǎn)接頭+219mm6mm穿越管道。在整個施工過程中,泥漿起著至關(guān)重要的作用。本次工程為確保鉆液質(zhì)量,首先根據(jù)不同地質(zhì)配置出不同的鉆液;其次在不增加總用量的情況下,增加儲罐個數(shù)以保證水化時間;在施工時,根據(jù)不同施工階段對泥漿的要求,加入各種添加劑,從而確保了工程的順利進(jìn)行。為滿足環(huán)保需要,新建泥漿回收池兩座,對泥漿進(jìn)行系統(tǒng)回收,回收不了的泥漿排送到指定地方。3 工程投產(chǎn)后的運(yùn)行情況及效益工程總投資為684萬元,管道建成后,避免了由于打孔盜氣造成的天然氣浪費(fèi)。根據(jù)以往的統(tǒng)計資料,可避免損失天然氣約11041.5104m3/d;按盜氣損失400萬元/a計,工程可在1.5年內(nèi)收回投資,經(jīng)濟(jì)效益顯著。水平定向鉆技術(shù)由于施工費(fèi)用較高,一般僅用于無法進(jìn)行開挖施工的地段。本次工程的實施拓