阮哲 王棟杰

（1.中海油研究總院有限責(zé)任公司；2.中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司）

0 引言

定向鉆穿越憑借施工技術(shù)成熟、工期短、環(huán)境影響小等優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用［1］。在役油氣管道在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于管道老化及外界施工等因素會(huì)造成管道破損，為保證管道安全運(yùn)行，需及時(shí)對(duì)破損部分進(jìn)行搶修施工。

常規(guī)施工方式為針對(duì)破損點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)或重新敷設(shè)新管道［2-3］。定點(diǎn)修復(fù)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，重新規(guī)劃路由敷設(shè)新管道施工工期長(zhǎng)、綜合費(fèi)用高，甚至沒(méi)有可行的路由。通過(guò)對(duì)甬紹金衢成品油管道破損點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境的勘查分析，創(chuàng)新性地采用原孔回拖搶修方法，將定向鉆破損管道拖出并在原孔內(nèi)回拖新管道，節(jié)省了投資，縮短了工期。該管道搶修工程的成功實(shí)施，為定向鉆油氣管道破損搶修提供了可靠的經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

甬紹金衢成品油管道于 2013年施工完成并投運(yùn)。該管道在途經(jīng)衢州市常山縣 G60高速與 X502縣道交叉口時(shí)，由于存在公路、橋涵、水渠和密集民房，采用了定向鉆穿越。穿越段周邊環(huán)境見(jiàn)圖1。

圖1 定向鉆穿越管道周邊環(huán)境概況

定向鉆穿越管段全長(zhǎng)620 m，入土角13°，出土角8°，最大穿越深度24 m，定向鉆管道兩端地形高差6.5 m （出土端高、入土端低）。鋼管外徑406.4 mm，壁厚8.7 mm，管材為L(zhǎng)415，管道采用三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層（3PE）防腐，管道穿越段并行敷設(shè)有一根直徑114 mm的光纜鋼套管。管道破損原因是G60高速公路拓寬地質(zhì)勘探鉆破，破損點(diǎn)埋深21.2 m，出事時(shí)管道處于停輸保壓狀態(tài)。

管道破損點(diǎn)與定向鉆入土點(diǎn)水平距離為140 m，與出土點(diǎn)水平距離為480 m；東側(cè)距X502縣道10 m，南側(cè)距G60高速公路15 m，西側(cè)距高邊坡水渠20 m，北側(cè)距直徑1 016 mm輸氣管道9 m。定向鉆管道橫穿于渠道下20 m，渠道長(zhǎng)年流水，并且周邊存在數(shù)棟民房，作業(yè)場(chǎng)地操作空間十分受限。

2 搶修方案的確定

根據(jù)管道破損點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境，初步選擇了四個(gè)搶修方案進(jìn)行比選。

方案一，采用直徑2 m鋼套筒，機(jī)械及人工結(jié)合開(kāi)鑿至破損點(diǎn)，進(jìn)行定點(diǎn)修復(fù)。該方案需挖掘至距離破損點(diǎn)上方1 m處位置進(jìn)行人工下井，在有限封閉空間下井鑿巖及帶壓動(dòng)火修補(bǔ)管道，作業(yè)難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)極高。另外，該方案對(duì)原有水平定向鉆孔巖層地質(zhì)存在破壞，有局部塌陷的風(fēng)險(xiǎn)，破損點(diǎn)緊鄰高速公路也會(huì)影響施工的順利實(shí)施。

方案二，在原管位縱深地質(zhì)層重新定向鉆孔敷設(shè)新管道。新管道位于舊管道下方，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，重新鉆孔將進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)巖層，周邊作業(yè)場(chǎng)地操作空間十分受限，出入土點(diǎn)難向兩端延伸。周邊存在在役天然氣管道，安全作業(yè)距離狹小，風(fēng)險(xiǎn)極大。

方案三，采用挖溝直埋與頂管相結(jié)合方式敷設(shè)新管道。該方案需重新規(guī)劃路由，而破損管段地面現(xiàn)狀與2013年比未有改變，仍需穿越公路、橋涵、水渠及數(shù)棟民房，政策處理困難、綜合費(fèi)用高、施工工期長(zhǎng)。

方案四，將定向鉆破損管道切斷、拉出并同時(shí)將新管道回拖替換。該方案作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較低，對(duì)周邊環(huán)境影響小，施工周期短，但是，破損管道能否拉動(dòng)是該方案能否成功實(shí)施的關(guān)鍵。

定向鉆孔洞經(jīng)過(guò)三級(jí)擴(kuò)孔至直徑850 mm，原管道直徑為406.4 mm。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，管道破損點(diǎn)泄漏的柴油有少量噴涌到地面，離破損點(diǎn)480 m的定向鉆出土點(diǎn)也有部分油品滲出。油品沿著破損管道外壁和鉆道間隙流出地面和鉆道出口，證明管道與鉆道之間存在間隙且油品在間隙中形成通路，有利于后續(xù)快速更換回拖新管道。

根據(jù)定向鉆穿越管段地質(zhì)勘探資料，定向鉆穿越水平段管道主要位于中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層，通過(guò)對(duì)出土點(diǎn)開(kāi)挖洞口的觀察，發(fā)現(xiàn)原定向鉆孔洞成形條件良好未出現(xiàn)較大坍塌，且孔洞內(nèi)還留有大量稠狀泥漿，對(duì)重新在原有鉆道拉拔破損管道及安裝新管道有利。另外，定向鉆穿越段地下水豐富、水位較高，對(duì)鉆道內(nèi)原有黏稠泥漿、碎土有較好的稀釋作用。因此，通過(guò)分析，最終確定采用方案四，即，將定向鉆破損管道拖出并在原孔內(nèi)回拖新管道的原孔回拖方案。

3 施工技術(shù)措施

原孔回拖搶修在定向鉆入土點(diǎn)和出土點(diǎn)位置附近30～50 m范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，如圖2所示。影響原孔回拖成功與否有許多因素，采用合理的施工方案及技術(shù)措施至關(guān)重要［4］。原孔回拖搶修方案的施工技術(shù)重點(diǎn)是對(duì)破損管段兩端封堵、舊管段拉拔、新管道回拖安裝及防止防腐層摩擦破損等。

圖2 定向鉆破損管段示意圖

3.1 破損管段封堵置換

由于管道停輸狀態(tài)保壓較高，壓力為2.0 MPa，管道破損后泄漏量及泄漏范圍均較大，并且泄漏油品為柴油，易燃易爆。因此，事故發(fā)生后立刻進(jìn)行區(qū)域警戒，疏散人員及車輛，同時(shí)，關(guān)閉破損點(diǎn)上下游線路閥門，并進(jìn)行泄漏巡查、油料回收、油氣濃度檢測(cè)等工作。

現(xiàn)場(chǎng)清理完畢后，先使用管道檢測(cè)儀探測(cè)定向鉆管道兩端基本管位、走向和埋深，然后人工開(kāi)挖探管，確定管位后，再用人工和機(jī)械相結(jié)合的方式進(jìn)行作業(yè)坑開(kāi)挖。作業(yè)坑施工場(chǎng)地應(yīng)滿足封堵設(shè)備布置、車輛（油罐車、消防車、吊車）停放、機(jī)械操作等需要。

作業(yè)坑挖好后，開(kāi)始對(duì)破損管段進(jìn)行封堵。首先安裝手動(dòng)開(kāi)孔機(jī)進(jìn)行施壓開(kāi)孔，隨后安裝夾板閥及開(kāi)孔機(jī)鉆平衡孔，用氮?dú)庵脫Q試壓后開(kāi)孔并安裝封堵器進(jìn)行管道封堵。封堵全過(guò)程要進(jìn)行可燃?xì)怏w檢測(cè)，封堵后要進(jìn)行嚴(yán)密性測(cè)試，測(cè)試合格后對(duì)封堵段進(jìn)行排油作業(yè)。當(dāng)封堵段油氣完全排除后，對(duì)破損管段進(jìn)行機(jī)械切割并對(duì)管頭進(jìn)行封堵。最終，設(shè)備及操作人員離場(chǎng)，完成整個(gè)封堵置換施工流程。

3.2 清管與測(cè)徑、試壓

由于搶修工程用管緊急，并且考慮增加壁厚以保障安全，新管道采用外徑406.4 mm，壁厚12.5 mm，材質(zhì)L415無(wú)縫鋼管，冷彎管現(xiàn)場(chǎng)制作，熱煨彎管工廠定制。

3.2.1 清管與測(cè)徑

新管道試壓前后分別進(jìn)行清管、測(cè)徑，試壓管段兩端設(shè)臨時(shí)清管器收發(fā)裝置，清管球選擇過(guò)盈量為管內(nèi)徑的 5%～8%。清管合格后進(jìn)行測(cè)徑，采用帶鋁質(zhì)測(cè)徑板清管器，測(cè)徑板直徑為管道內(nèi)徑的90%，測(cè)徑板通過(guò)管段無(wú)變形及皺褶則判定為合格，清管、測(cè)徑壓力小于管道設(shè)計(jì)壓力。

3.2.2 試壓

原孔回拖搶修管段兩端位差6.5 m，在出土點(diǎn)設(shè)表測(cè)壓，其中強(qiáng)度試驗(yàn)壓力取 1.5倍設(shè)計(jì)壓力，嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力取設(shè)計(jì)壓力。管段試壓水質(zhì)為無(wú)腐蝕性的潔凈水，pH值為 6～9。回拖前分段試壓，回拖后整體試壓。核算管道低點(diǎn)試壓時(shí)所承受的環(huán)向應(yīng)力，其值不大于管材最低屈服強(qiáng)度的0.9倍。

3.3 破損管道拉拔及新管回拖

對(duì)破損管道進(jìn)行切割后，可用夯錘錘松破損管道進(jìn)行拉拔，利用鉆機(jī)將破損管道抽出并將新管道回拖替換。破損管道拉拔及新管回拖的關(guān)鍵在于夯錘錘擊力的設(shè)置、鉆機(jī)帶動(dòng)滑輪組牽引破損管道的拉力設(shè)定以及新管道回拖的防腐層保護(hù)。

直徑406.4 mm，壁厚8.7 mm鋼管最低屈服強(qiáng)度為415 MPa，最低抗拉強(qiáng)度為520 MPa，因此夯錘最大的錘擊力不大于 415 MPa，滑輪組最大拉力不大于520 MPa，據(jù)此選擇夯錘機(jī)和滑輪組。管道錘擊、拖拉壓力記錄見(jiàn)表1。

表1 管道錘擊及拖拉壓力

在出土端設(shè)置不同夯錘等級(jí)，持續(xù)2分鐘錘擊破損管道，入土端用鉆機(jī)牽引滑輪組拉拔。逐步加大錘擊壓力，在300 MPa壓力錘擊過(guò)后，鉆機(jī)牽引拉力20.0 MPa條件下破損管道被拉動(dòng)；此時(shí)停止錘擊，單用鉆機(jī)牽引滑輪組拖拉破損管道，管道能被拉動(dòng)。隨著新管道被拉入圓孔，鉆機(jī)牽引拉力先逐步上升，之后隨著舊管道被拖出，鉆機(jī)牽引拉力再逐步下降。

3.4 新管道回拖防腐層保護(hù)

為防止新管道回拖過(guò)程中防腐層摩擦破損，施工過(guò)程中采用注入泥漿、設(shè)置大管徑拖拉頭、管道防腐層評(píng)價(jià)及采取預(yù)防措施等進(jìn)行防腐層保護(hù)［5］。

3.4.1 注入泥漿

在新管道拖進(jìn)洞口端設(shè)置泥漿池，在破損管道拉拔及新管道回拖整個(gè)過(guò)程中，連續(xù)往原孔中注入泥漿，管道經(jīng)泥漿浸泡后拖進(jìn)原孔。同時(shí)在孔道另一端高壓注入泥漿，擠壓擴(kuò)散到定向鉆孔道內(nèi)以減輕管道回拖過(guò)程中的摩擦，保護(hù)新管道防腐層。

3.4.2 設(shè)置大管徑拖拉頭

在破損管道與新管道間焊接直徑為457 mm的直管段及同心大小頭進(jìn)行擴(kuò)孔，如圖3所示。

圖3 大管徑拖拉頭設(shè)置

回拖新管道時(shí)利用直徑457 mm直管段作為拖拉頭擴(kuò)充定向鉆孔洞，將原孔內(nèi)碎石與泥漿擠壓到洞壁，同時(shí)不斷注入泥漿，新管道在泥漿保護(hù)下不易被堅(jiān)硬巖石顆粒劃傷損壞。

在新管道拖入前端設(shè)置同心大小頭連接擴(kuò)孔短管，起到清孔（將定向鉆孔洞碎石與泥漿擠壓到洞壁）、擴(kuò)孔（局部孔洞變窄時(shí)）、保護(hù)（防止新管道前端堅(jiān)硬巖層直接劃傷損壞防腐層）的作用。

大管徑拖拉頭較回拖新管道公稱直徑大一級(jí)即可，防止由于擴(kuò)孔短管及回拖管道管徑差異過(guò)大造成同心大小頭結(jié)構(gòu)脆弱，并減小不必要的錘擊力及回拖拉力的增加。

3.4.3 管道防腐層評(píng)價(jià)

新管道采用3PE防腐層。經(jīng)對(duì)回拖的部分新管道防腐層用電火花檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)防腐層漏點(diǎn)。管道連接后，通過(guò)兩端就近陰保測(cè)試樁進(jìn)行防腐層質(zhì)量評(píng)價(jià)，結(jié)果全部合格，其中81.3%管段達(dá)到優(yōu)級(jí)。

3.4.4 預(yù)防措施

在管道回拖安裝過(guò)程中，3PE防腐層若受到機(jī)械損傷，可采用提高陰極保護(hù)電流密度的方法，若仍不滿足要求，可在欠保護(hù)管段局部增加犧牲陽(yáng)極以達(dá)到保護(hù)效果。

3.5 新管道投油

新穿越管道經(jīng)清管、測(cè)徑合格后，進(jìn)行強(qiáng)度和嚴(yán)密性試驗(yàn)及可燃?xì)怏w檢測(cè)，并采用陀螺儀進(jìn)行管位精準(zhǔn)測(cè)量，最后對(duì)兩端進(jìn)行焊接、檢驗(yàn)。焊縫檢驗(yàn)合格后，先取出入土端封堵塞，打開(kāi)下游方向線路閥，對(duì)出土端封堵器平衡孔進(jìn)行排氣并監(jiān)視充油量。當(dāng)平衡孔不再排氣轉(zhuǎn)為少量排油后，封堵平衡孔，打開(kāi)出土端上游方向線路閥，最終搶修施工完成。事故管段恢復(fù)投產(chǎn)后，對(duì)該段管道及前后管段進(jìn)行高后果區(qū)識(shí)別、評(píng)價(jià)和管理。

3.6 關(guān)鍵因素和技術(shù)

甬紹金衢成品油管道定向鉆管段破損后采用原孔回拖搶修方法，其關(guān)鍵因素和技術(shù)在于：

（1）破損管段巖層地質(zhì)穩(wěn)定，定向鉆成孔良好，地下水豐富使得原始泥漿始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)，沒(méi)完全固結(jié)抱死管道；

（2）夯錘錘擊壓力和牽引拉力設(shè)置合理，不大于管道承受強(qiáng)度。管道回拖過(guò)程中采用較新管道大一級(jí)直徑的短管擴(kuò)孔，持續(xù)往洞口注漿，增加潤(rùn)滑、減少摩擦，保護(hù)防腐層；

（3）新管道回拖前后分別進(jìn)行清管、測(cè)徑、試壓，整體焊接后進(jìn)行防腐層評(píng)估和犧牲陽(yáng)極保護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在搶修施工時(shí)間緊、作業(yè)空間受限、地質(zhì)環(huán)境狀況復(fù)雜的條件下，甬紹金衢成品油管道采用原孔回拖搶修方法，順利將定向鉆破損管道拖出并在原孔內(nèi)回拖新管道。該成功案例為今后定向鉆油氣管道破損搶修提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)及施工方法參考。