水平定向鉆穿越施工風險及控制措施分析

水平定向鉆穿越施工風險及控制措施分析

摘要：通過對水平定向鉆施工工藝的簡述，對定向鉆的危險有害因素進行了分析，并提出了風險控制措施，特別是對前期地質(zhì)勘探調(diào)查、定向鉆路由設(shè)計進行了強調(diào)，為定向鉆的施工提供有益的幫助。關(guān)鍵詞：水平定向鉆；施工風險；控制措施作為一項新興的管道非開挖施工技術(shù)，水平定向鉆穿越（HDD）以其導(dǎo)向準確，成功率高；對河床表面沒有干擾，不影響河床底部的狀況和結(jié)構(gòu)；對周圍環(huán)境及生態(tài)影響??；施工時不影響江河通航，不損壞江河兩側(cè)堤壩，施工不受季節(jié)限制，施工周期短；管道埋的深度大，能夠避免因船只拋錨造成破壞管道的可能性和被流水沖刷發(fā)生裸露管現(xiàn)象的可能，確保所敷設(shè)管道安全；施工占地少、工時短、社會效率高、綜合成本低等眾多優(yōu)勢，具有其他穿越無法比擬的優(yōu)點，尤其是忠武管道48處定向鉆穿越、西氣東輸管道工程多處使用定向鉆后，在天然氣、石油等相關(guān)行業(yè)管道工程穿越中得到越來越廣泛的應(yīng)用。水平定向鉆與大開挖施工相比，因?qū)υO(shè)備、鉆具較強的依賴性和地下鉆進、導(dǎo)向孔、擴孔、回拖的不可見性，如遇到弱風化砂巖，鉆具磨損大，難以通過；在卵石（礫石）地層中，如果卵石直徑、含量超過一定數(shù)值后也難以成孔，使水平定向鉆穿越具有較大的風險。同時，工程管徑大、設(shè)計壓力高、管壁厚、安全性要求高等特點，使定向鉆穿越技術(shù)的應(yīng)用面臨更大的風險和挑戰(zhàn)。為了把定向鉆穿越施工的風險降低到最小，就要求在施工中采取一定的風險控制措施。同時定向鉆施工動用的機械設(shè)備、車輛、油料及材料較多，如大型鉆機、大功率泥漿泵、挖掘機、焊管機和配套發(fā)電機等。工程施工中又包括鉆導(dǎo)向孔、拉拖管線、泥漿處理、電氣焊、氣割、管線防腐、管線試壓等主要的較危險的技術(shù)環(huán)節(jié)與內(nèi)容。特別是在野外潮濕的環(huán)境中，接觸電、易燃、易爆、有毒有害物品，施工技術(shù)等級和復(fù)雜程度又要求較高的特殊作業(yè)，安全工作更是重中之重，尤其要強調(diào)按規(guī)定審批和現(xiàn)場監(jiān)護，制訂安全作業(yè)指導(dǎo)書。因此，必須分析研究定向鉆技術(shù)施工中的危險有害因素，才能采取科學、合理、有效的風險控制措施。一、定向鉆穿越工程的施工工藝定向鉆穿越施工，主要包括7大工藝步驟：1.場地選擇、布管施工場地包括設(shè)備場地和布管場地。HDD所需的工作場地最小，完全不同于傳統(tǒng)鋪設(shè)管線方法。工作場地大小取決于鉆進長度、管線直徑和所鉆地層，必須因地制宜，綜合考慮入土點、鉆機、場地周邊環(huán)境等因素。設(shè)備場地：多數(shù)情況下，50m50m的設(shè)備工作場地是足夠的，對于小直徑管線的施工，20m30m便可以，而直徑非常大的管線鋪設(shè)則需要大約70m100m的場地。布管場地：通常的水平定向鉆進穿越出口處的工作場地大約需要20m30m，而大直徑的管線鋪設(shè)場地要達到30m50m。管線的工作場地一般要離開出口處30m，且應(yīng)有約10~15m的寬度；2.施工前檢驗主要包括鉆機調(diào)試、焊接檢驗、防腐檢驗、試壓、清管等，此步驟對穿越管道施工和今后的安全運行至關(guān)重要，具體實施要求按相關(guān)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行；3.鉆導(dǎo)向孔按設(shè)計軌跡鉆進導(dǎo)向孔。導(dǎo)向孔可用泥漿馬達和鉆頭或僅用噴射鉆頭鉆進。為了控制鉆進方向，安裝了測量定位系統(tǒng)，通過測量定位系統(tǒng)可連續(xù)地檢測和控制鉆孔方向。由于鉆進中導(dǎo)向鉆桿在跟進管的里面并被支撐著，所以防止了導(dǎo)向鉆桿周圍孔壁的坍塌，并為導(dǎo)向鉆具提供了返回的通道。鉆導(dǎo)向孔是檢驗穿越曲線能否成功的主要環(huán)節(jié)，若出現(xiàn)異常，可以及時分析調(diào)整穿越曲線，降低工程風險，因此必須保證導(dǎo)向曲線的合理可靠；4.擴孔擴孔能使鉆屑（土壤）和鉆進液（泥漿等）充分混合，并形成合適的空間，降低阻力，便于管道回拖。因此，須根據(jù)穿越管徑、穿越地質(zhì)、回拖阻力等情況，合理確定擴孔孔徑和擴孔次數(shù)。擴孔孔徑按穿越管徑逐步增大，每次擴孔增加100~150mm為宜，并選擇合適的擴孔器；5.管道回拖管道回拖是穿越工程最關(guān)鍵的一步，施工時必須連續(xù)作業(yè)，根據(jù)回拖阻力和導(dǎo)向曲線，合理控制泥漿，精確控向；6.施工后復(fù)驗為了檢驗回拖后管道的強度和密封性，并為穿越單項工程的竣工驗收提供依據(jù)，復(fù)驗是目前保證管道安全的最后一道檢驗措施。主要包括強度試驗、嚴密性試驗、清管、干燥等；7.場地復(fù)原當回拉和最后的試驗完成后，布管場地和設(shè)備場地應(yīng)復(fù)原，包括清除入口和出口泥漿坑的泥漿及泥漿坑的充填。二、定向鉆穿越工程的主要危險有害因素1.設(shè)計階段（1）工程施工前沒有對地質(zhì)情況進行詳細調(diào)查，從而導(dǎo)致穿越失敗事故。如穿越過程中遇大尺寸卵石或飄石可能致使穿越失?。唬?）設(shè)計時選用的泥漿性能不符合相關(guān)地質(zhì)地層要求，可能導(dǎo)致鉆進失敗。2.施工階段（1）鉆機錨固不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致鉆進和回拖失敗，甚至造成設(shè)備損壞和人員傷亡；（2）定向鉆穿越施工如預(yù)擴孔的次數(shù)過多、過大或回拖的速度過快，容易造成堤壩的塌陷或崩裂；（3）穿越段曲率半徑相對較小，管段自重較重，如出現(xiàn)孔壁成形不好、塌孔、縮徑、回拖萬向節(jié)或U形環(huán)失效、設(shè)備故障、鉆機錨固不牢、回拖中途因故停滯時間過長等情況，都可能導(dǎo)致回拖失??；（4）在鉆導(dǎo)向孔過程中，如果出土點縱向、橫向偏差和實際穿越曲線與設(shè)計穿越曲線偏差較大，或出現(xiàn)急彎、死折等；或由于擴孔后孔洞不規(guī)則，使管道與擴孔器以及鉆桿軸線形成夾角，均有可能造成鉆桿承受彎矩過大，從而導(dǎo)致鉆桿發(fā)生斷裂；（5）穿越中如采用預(yù)擴孔方式，如穿越段地下地質(zhì)不均勻，探孔偏少，可能發(fā)生卡鉆、泥包鉆或擴孔器不能前進的現(xiàn)象；地下泥漿滲漏可能引起塌孔、堵孔。這些都可能造成預(yù)擴孔失??；（6）管道下溝時如果不采取適宜的方法，可能導(dǎo)致吊管機傾翻，預(yù)擴孔或回拖過程中如果設(shè)備出現(xiàn)故障，停工時間過長可能造成卡鉆或回拖失??；（7）在粉砂或流砂地質(zhì)條件下穿越地上河，可能在堤腳產(chǎn)生管涌。如不及時處理或處理不當，可能引起潰堤。3.管理方面（1）穿越施工中存在的高空、半高空作業(yè)和裝卸作業(yè)，缺少圍欄、防滑措施不到位、捆綁不牢、操作不當都可能造成人、物墜落；（2）除鉆機本身采用全液壓力頭之外，其它動力和現(xiàn)場照明常由系統(tǒng)配套的發(fā)電機提供。整個電力系統(tǒng)包括發(fā)電機、控制柜、配電箱、電纜、電線和燈具。如果不采取有效的保護措施，電力短路可能引起火災(zāi)、人員傷亡或設(shè)備損毀；（3）水平導(dǎo)向鉆進在鉆機的進入點和鉆桿的出口點均涉及回轉(zhuǎn)的設(shè)備。員工在過于接近回轉(zhuǎn)設(shè)備的條件下工作可能導(dǎo)致被卷入，受到嚴重的傷害甚至死亡；（4）油罐區(qū)內(nèi)柴油遇明火而發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故；（5）距居民較近的鉆機場地，夜間作業(yè)的設(shè)備噪聲可能影響居民的正常休息；（6）地上冒漿、跑漿可能造成耕地、水域污染；設(shè)備、油料儲罐的封蓋不嚴、密封不好，或未采取有效的隔離措施會造成作業(yè)場地污染。三、定向鉆穿越工程的風險控制措施探討1.設(shè)計階段的風險控制設(shè)計的風險來源于基礎(chǔ)資料的準確性、設(shè)計方案的合理性、關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)措施是否到位等。特別水平定向鉆穿越施工及其風險控制措施探討是地質(zhì)資料的準確性、管材和防腐材料的選擇、泥漿類型和設(shè)計方案的多方案比選等。2.另外還有施工階段和安全管理方面的風險控制，這里不做詳細介紹了。四、總結(jié)水平定向鉆作為一項高效安全的新技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用，性能優(yōu)良的設(shè)備、合理的施工工藝、科學的施工組織和有效的施工措施是工程順利完成的主要因素。本文就水平定向鉆穿越過程中存在危險有害因素進行了論述，并通過對定向鉆典型案例的分析，說明只有從設(shè)計、施工、安全管理等各方面加強風險控制，特別是要對前期地質(zhì)勘探調(diào)查、定向鉆路由進行詳細設(shè)計，才能提高定向鉆穿越工程的成功率，降低其風險性。參考文獻：[1]長輸管道定向鉆回拖操作和風險控制.周海斌，林康生.化工管理.2017[2]仿真模擬定向鉆技術(shù)在水庫除險加固中的應(yīng)用.霍鳳.水利技術(shù)監(jiān)督.2017[