天然气长输管道水平定向穿越设计要点概述

丁章克　方亚芬

[摘要]水平定向穿越技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术，广泛用于天然气、石油等管线铺设施工工程中，本文详细阐述了在天然气长输管道定向穿越设计过程中，穿越断面、地质环境、出土角、入土角及穿越曲率半径等相关参数选择以及管道在回拖过程中如何采取降浮措施，为天然气长输管道水平定向穿越设计提供参考。

[关键词]天然气长输管道；水平定向穿越：设计要点

1水平定向穿越技术概述

水平定向穿越技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术，它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点，广泛用于天然气、石油等管线铺设施工工程中。

定向钻穿越施工解决了传统开挖施工对居民生活的干扰，对交通，环境同边建筑物基础的破坏和不良影响；施工时，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，不受季节限制，施工周期短、人员少、成功率高、施工安全可靠等；进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性，并且施工占地少，工程造价低，施工速度快；大型河流穿越时，由于管线埋地深，地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少，所以起到自然防腐作用，可以保证管线运行时间更长。但在管线穿越设计过程中由于设计人员不掌握穿越设计要点导致穿越失败甚至出现事故，耽误工期，本文将对穿越设计过程中要点进行阐述，以应对穿越工程事故风险：

2水平定向穿越敷设要求分析

2.1穿越断面应选择在水域形态稳定的地段，两侧场地应满足布设钻机、泥浆池、材料堆放和管道组焊的要求。

解释：定向钻的穿越断面选择和其他穿越方法的断面选择有相同之处，管段布置（出入土点和穿越曲线）要在水域形态稳定的场地上。还要求考虑穿越施工条件，场地大小满足钻机系统设备布置和管段组装、试压等工序需要，但场地的情况可以按照具体的工程作出调整。

2.2采用彈性敷设时，穿越管段曲率半径不宜小于1500倍钢管外径：且不应小于1200倍钢管外径。有条件时尽量选取较大的曲率半径。

2.3水平定向钻敷设穿越管段的入土角宜为6°-20°，出土角宜为4°～12°，应根据地质条件、穿越管径、穿越长度、管段埋深和弹性敷设条件确定。

《油气输送管道穿越工程设计规范》GB50423-2013规定中入土角度进一步放宽，原来入土角为8°-18°，出土角没变，穿越技术在不断发展。比如定向钻穿越较深的冲沟、海沟，就要求大角度出入土。比如要求河堤下方埋深要深时可加大出入土角：在短距离穿越公路或其他障碍物时可以采用更小的出入土角度。

2.4定向穿越深度应符合下列规定：

2.4.1水域穿越管段管顶埋深不宜小于设计洪水冲刷线或疏浚深度线以下6m；

2.4.2穿越铁路、公路、堤防建（构）筑物时，穿越深度应符合铁路、公路、堤防的规定：

2.4.3穿越管段埋设深度应避开挖砂、采石、抛锚作业的影响。

对于是否需要冲刷线以下6m争议很大，设计考虑了地层结构的稳定性和抗压裂的稳定性，保证成孔稳定性要求：且考虑定向钻穿越存在深度的偏差等因素。尤其是近几年我国油气输送管道口径不断增大，如西气东输二线管道直径达1219mm，随着管径的增大，复杂地层中的穿越难度大为增加。为此，设计人员应根据地质条件，结合穿越河段水利部门的要求，并且要考虑挖砂、清淤、船舶抛锚、冒浆等不利影响，做出合理的穿越曲线设计。

2.4.4避开挖沙、采卵石的影响，要穿越到可采地层之下，并保持一定深度。管道敷设之后虽不允许挖沙、抛锚，设计也要考虑。

2.5穿越管段应根据地基土层的稳定性和密实性，采取防止地表塌陷的措施。

2.6在水平定向钻穿越的管段上，除管端封头外不应有任何附件焊接或附加于管体上。若需在水域两侧设止水环，可在回拖完成后在穿越管段两端设置，并应保持防腐涂层的完整。

2.7定向钻不宜在卵石层、松散状砂土或粗砂层、砾石层与破碎岩石层中穿越。当出人土管段穿过一定厚度的卵石、砾石层时，宜选择采取套管隔离、注浆固结、开挖换填措施处理。

解释：地层中钻孔的成孔性是水平定向钻能否敷设穿越管段的关键，在淤泥、流沙、卵石层中，成孔都很困难；在高强度且变化复杂的岩层中，由于岩性软硬变化也影响成孔顺直，易发生错台现象，不利于管段回拖。当两侧地质条件复杂时，可通过加套管隔离、开挖换填、地质改良硬化等措施，为定向钻扩孔、回拖创造条件。

2.8管道回拖经计算需要采取降浮措施时，宜内设充水管配重。定向钻的克服回拖阻力的主要方法之一就是降低浮力，因为穿越是曲线，大管径穿越不能直接灌水，一般采用“PE充水管”配重，让单位长度内管道的重量与泥浆的浮力接近，形成均匀配重。

2.9一次穿越距离过长或穿越出入土点两侧均有套管时，宜采用导向孔对穿工艺施工。

本条针对定向钻对穿的两个条件提出了要求。主要基于一次穿越过长（超过1500m-2000m，不同管径和地质）钻杆扭矩难以满足要求，两端夯套管时一侧钻进施工可能存在定位偏差。钻具难以进入套管的情况，这些情况处理不好都会给工程带来一定风险。近年来对穿应用越来越普遍，成为应对长距离、复杂地层穿越的有力措施。

2.10岩石层、卵砾石层等对管道存在划伤可能地段的定向钻穿越管道回拖时，应采取有效的措施保护管道不受损伤，其防腐层或外层保护层应耐划伤。

在岩石区段。由于岩性、风化程度的变化，岩石中裂隙、破碎带的存在，定向钻穿越钻孔会存在成孔不规则问题，另外洗孔时效果不理想，钻孔内可能存在坚硬的碎石块；长距离的沙层、砾石层穿越对穿越管体形成较强的摩擦：在加设套段地段，套管端部可能存在凹陷或棱角；这些现象都可能造成管段回拖时卡管、擦管，刮伤防腐层或划伤钢管。故强调定向钻穿越回拖时应做好管段的外侧防护措施，如直接采用耐划伤的防腐涂层，或在防腐层外部连续涂覆耐磨保护层。目前玻璃钢防护层应用较好，帕罗特耐磨涂层国内也有一些应用。

3结论

在天然气长输管道定向穿越设计过程中，设计人员应慎重选择穿越断面，全面综合考虑穿越点的地质环境即及出土角、入土角及穿越曲率半径等相关参数，确保施工过程中钻孔及扩孔平稳进行：管道在回拖过程中应采取降浮措施，避免因回拖力过大而造成钻杆扭断事故。

[责任编辑：张涛]