孫琦 李明

摘 要：隨著經濟和科學技術水平越來越高，我國各方面得到了快速的發(fā)展，在保證經濟穩(wěn)定發(fā)展的同時，人們對環(huán)境保護的關注度越來越高。天然氣是一種高效、低能耗、污染小的清潔能源，我國近些年非常重視天然氣應用的發(fā)展，天然氣管道項目建設越來越多，施工難度不一，而長距離天然氣管道定向鉆穿越巖石層是施工項目中必要的環(huán)節(jié)，技術難度很大。本文以某項工程為例結合相關技術資料對此進行了分析研究，希望能為我國天然氣行業(yè)的發(fā)展提供一定的借鑒作用。

關鍵詞：長距離;天然氣管道;定向鉆穿越;巖石層;施工工藝;分析

中圖分類號：TE973.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）14-0110-02

近些年定向鉆穿越技術得到了越來越多建設項目的應用，定向鉆穿越技術的關鍵是需要把好控向關，主要操作方法是在導向孔鉆進過程中使用無線控向系統(tǒng)，在出入土點兩側位置處的中心線布置地面信標系統(tǒng)，鉆桿內可以通過信號反應鉆具的位置，控向室可以通過鉆具顯示的位置進行操作調整，通過地面信標系統(tǒng)找到準確的方向，還可以減少外來磁場的干擾。長距離天然氣管道定向鉆穿越巖石層，非常需要這一技術的支持，并且此項技術具有安全度高、操作便捷的優(yōu)點，十分適合在長距離天然氣管道定向鉆穿越巖石層施工中應用。

1 工程概述

本文主要選擇了某石化天然氣公司的某項工程的一個分支，施工環(huán)境相對復雜，施工難度較大，巖石層的抗壓強度基本在70～120MPa之間。該段管道需要穿越巖石層，所以需要采用水平定向鉆穿越施工技術。此段施工設計共計需要穿越的線路總長為1400米，實際需要的長度為1350米，施工時穿越的入土角度約10度，出土位置處的角度約為6度，穿越時選擇使用φ508×8.7mm規(guī)格的管道，為避免回拖阻力過大，穿越管道曲率半徑定為1500D，穿越深度需要達到至少20米，選擇材質為直縫埋弧焊鋼管。

2 工程定向鉆穿越的地質條件

本次鋪設天然氣管道的工程路段處的巖層主要由風化泥質粉砂巖和礫巖構成，硬度較大，巖層的單軸極限抗壓強度在70-120MPa之間。穿越點四周的底層由粉質粘土、粉砂以及礫石組成，并且硬度不一，河面較寬。

3 工程施工特點與施工工藝技術難點

3.1 工程施工特征

本次工程施工主要有三方面的特征，第一，需要通過定向鉆穿越施工的路段距離較長，達到了1400米;第二，施工地段的地理環(huán)境復雜，巖層較硬且軟硬度不一，存在已經逐漸風化的花崗巖、泥質粉砂巖層等，這對施工設備的安全性和質量要求較高;第三，由于施工距離以及施工難度的影響，施工工期會較長，并且容易出現(xiàn)各類難以預料到的情況，對工程的整體把控性要求較高。

3.2 施工工藝技術難點

前期已經對施工特征進行了描述，那么通過對工程施工特征的了解，可以明確的分析出進行長距離天然氣管道定向鉆穿越巖石層施工技術中的難點，具體如下。

第一，控向難度較大。由于受施工地段地理環(huán)境以及地質特征的影響，并且?guī)r石層單軸極限抗壓度均值較大，需要穿越的深度也比較深，所以增加了操作人員的控向難度。當?shù)乩憝h(huán)境越復雜時，電磁磁場越不穩(wěn)定，所以增加了施工人員對施工地段數(shù)據(jù)信息收集的難度，當信息不準確時難以發(fā)出正確的指令，不能及時監(jiān)督施工的進度并加以正確引導，同樣增加了控向難度。

第二，擴孔難度較大。施工地段的巖石層硬度非常高，抗壓強度最高值已經超過115MPa，這對地層擴孔技術的要求很高，并且在施工過程中還要避免出現(xiàn)“沉降”、“塌孔”一類的問題。

第三，對泥漿工藝的要求較高。由于施工地段的地質構成比較復雜，在施工中需要定向鉆穿越不同的巖層面，這對泥漿工藝要求較高，因為在施工過程中需要運用泥漿將管道固定在巖石層中，不同的巖石層對泥漿的要求不同，并且需要泥漿具有良好的附著性、固壁性以及攜屑力，避免出現(xiàn)“泥漿漏失”、“塌孔”等現(xiàn)象并將鉆屑等雜物排除出來。

第四，容易發(fā)生鉆桿變形甚至折斷、管道損壞等問題。本次施工地段的整體工線較長，并且入土端的土層較軟，荷載力不高，在施工的過程中會隨著施工的位置的不斷深入，推力逐步增大，這使得鉆桿承受的壓力越來越大，鉆桿會逐漸變形，嚴重的情況就可能會折斷。在實行回拖時，由于受到管道重量、線路長度以及管道與巖石面摩擦產生的阻力的影響，非常容易使管道磨損，發(fā)生損壞。

4 施工設計方案與施工工藝調整

通過上述內容對工程特征以及技術難點的說明，結合施工工程人員對施工地段數(shù)據(jù)信息的收集以及實地勘測，對需要進行施工的地段制定了科學的方案，并針對施工中的遇到的技術難點做了調整。

4.1 定向鉆穿越施工中導向孔施工設計

在進行導向孔施工建設前，需要由專業(yè)的技術人員做好定向鉆穿越曲線設計，并且根據(jù)實際需要選好定向鉆穿越需要的設備，可以從以下幾個方面進行操作。

第一，需要選用專業(yè)的技術人員，將實際勘測的結果以及相關政策相結合，綜合考慮進行定向鉆穿越曲線的施工設計，要考慮到地理環(huán)境以及其它因素對施工的影響，對出入土角度、穿越管道的深度等進行明確的分析、確認，進行多次演練，為之后進行施工做好基礎。

第二，對于定向鉆穿越施工過程中需要選擇的設備方面，可以由工作人員根據(jù)相關資料的指導進行選擇，尋找多個廠家，將各個廠家的設備進行質量、價格上的對比，選擇性價比最高的，在節(jié)約成本的同時做到科學合理。在選擇鉆機的時候，要滿足施工過程中對拖力、扭轉力的需求，并且可以多選擇一些鉆頭，用來滿足不同情況時對設備的要求。要選擇合適的控向系統(tǒng)，并要根據(jù)施工位置的其它參數(shù)選則合適的鉆桿、擴孔器等設備工具。

第三，通過對定向鉆穿越技術中導向孔施工中存在的難點進行分析，施工單位還可以采用一些適當?shù)姆绞剑嵘龑蚩资┕さ乃俣群托?。首先，可以選擇一些適用的鉆井液，減少施工工具尤其是鉆具和孔壁之間的摩擦阻力，減少摩擦對鉆頭造成的損害;其次，可以利用一些信號數(shù)據(jù)捕捉設備的運行情況，比如使用信號設備固定在定向鉆穿越中心線的地磁方向角處建立自有磁場，更加清楚直接、快捷的收集數(shù)據(jù)信息，提升鉆孔作業(yè)的準確性;最后，選擇可靠的泥漿馬達來對導向孔進行處理，防止對導向孔造成傷害。

4.2 定向鉆穿越施工中擴孔施工工藝

4.2.1 鉆進工藝技術

由于此次施工工線長、巖石層較長且地質復雜，為了提升施工效率，保障施工安全，特地選用了“雙鉆機同步復式擴孔工藝”對鉆進作業(yè)進行施工操作。這打破了傳統(tǒng)的僅僅進行“反向擴孔”操作的局限性，提升了施工的整體效率，縮短了一定時間的工期，并且對施工過程的連續(xù)性有促進作用，一定程度上減少了施工過程中的成本。在實施過程中，首先，應該根據(jù)前期收集到的一些地質勘探的數(shù)據(jù)進行計算分析，找到合理的位置，并對巖石層進行科學合理的切割;其次，通過正反向相結合，提升作業(yè)效率，根據(jù)施工過程中的情況，及時對機器設備運轉的角度、鉆頭的強度速度等進行調整，通過對施工位置的了解，把握好方向，做好巖石孔的維護工作;最后，要避免“卡鉆”現(xiàn)象的出現(xiàn)，及時對施工力度、角度進行控制調整，使施工能順利進行。

4.2.2 泥漿施工工藝技術

進行泥漿施工時，需要注意的是泥漿的調配問題，以本地段工程為例，需要將工業(yè)專用土和水進行科學混合，可以按照8%-10%的比例配置出基漿，然后放入3%-9%占比的增粘劑、清屑劑、護壁劑等制劑，改善泥漿的性能，使其能夠滿足施工作業(yè)的需求。

4.2.3 回拖施工工藝技術

在進行回拖施工操作時，可以通過控制一些施工步驟的操作情況，提升施工質量，比如利用回拖速度與旋轉速度對土層和巖石的接觸面進行打磨，利用泥漿于巖石面產生的摩擦力、泥漿自身的重量等因素對管線的連接進行處理，調整回拖產生的摩擦阻力，進一步提高施工質量和效率。

5 結語

綜上所述，本文主要以某石化天然氣公司的某項工程的一個分支建設為實例，通過其對長距離天然氣管道定向鉆穿越巖石施工技術的分析探討，包括工程特征、施工技術難點、機械設備的選擇等方面，提出了施工設計方案與施工工藝調整改進方案，從定向鉆穿越施工中導向孔和擴孔施工設計的角度出發(fā)，提出了科學合理化建議，為長距離天然氣管道定向鉆穿越巖石層技術的發(fā)展提供了借鑒意義，為我國管道建設類發(fā)展事業(yè)做出了貢獻。

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