油气长输管道定向钻穿越施工技术分析

叶隆长

(中交第四公路工程局有限公司，北京 100022)

随着长输管网建设进程的不断加快，油气长输管道工程的施工工艺需要不断的更新。若施工对象属于大型河流或是不可以拆建筑物的时候，施工过程中不能破坏生态地貌情况，需要以环境保护作为基础。此时利用定向钻穿越施工技术，属于最理想的施工方式。利用定向钻穿越施工工艺，使用的设备相对来说比较先进，整体的穿越精度较高，并且能对敷设的方向进行合理的把控与调整。

1 油气长输管道定向钻穿越施工的特点

在油气长输管道的施工过程中，利用定向钻穿越施工技术，具有显著的优势。不仅不会对施工地点的植被产生破坏，也不会影响交通、商店，或是对周边的环境、建筑物基础产生不良影响。由于没有水下与水上作业，不会影响江河正常通航，也不会对江河两侧的堤坝稳固性，或是对河床结构产生破坏。整体的施工过程不会受到季节与气候的限制，具有施工人员较少、周期较短、施工安全性较高等多种特点。利用定向钻穿越施工技术，容易对管线敷设的方向与埋深进行调整，管线弧形敷设的距离相对较长，能绕过地下的障碍物。对于定向钻埋深来说，一般都会达到6 m以上。在穿越河流的时候，一般都是埋藏于河床下大于10 m深的地层。由于地层内部的腐蚀性物质与氧气较少，自然能起到良好的保温与防腐效果。定向钻穿越施工技术，与其他的施工方式相比，施工的场地相对来说比较灵活，进场与出场的速度较快。若在复杂的地点施工，便能够直观的凸显其优势，不会占据过大的施工面积，整体工程成本造价较低，施工完工速度也比较快。

2 定向钻施工技术分析

2.1 前期准备

1)施工道路 在前期施工道路的准备中，需要做好施工现场两侧重型施工设备的配置工作，以此降低施工成本的支出。在此过程中，尽可能利用现有道路，通往两侧的施工现场，减少新建道路的距离。还可以借助临时道路施工的方式，通往施工现场，并对道路进行合理的利用。施工企业需要提供相应的道路施工协议，并在投标之前做好相应的准备工作。

2)施工设计 若在施工的过程中需要穿越河流，就需要对覆盖层的厚度进行充分的考量。不仅要分析河流季节性洪水冲刷的深度，还需要从流量特征，河道未来加宽、加深情况等进行研究。此外，对管道与电缆的位置进行考虑，进一步确定合适的覆盖层厚度[1]。在明确了施工地点之后，开展一系列的地质调查工作，确定穿越层厚度。覆盖层的厚度一般都大于 6 m，在钻进角与曲率半径方面，穿越施工入土角一般在8°～18°内。

2.2 控向磁场布置

对于钻孔施工工作来说，做好侧向控向工作十分重要。一般都会利用电子测量设备与地面接收设备。利用侧向控向的方式，能得到钻头位置的磁方位角，并进行左右的控制。与此同时，利用侧向控向的方式，能直观地了解钻头所在位置的倾斜角，并明确钻头的钻进方向。在此过程中，该倾斜角主要用于上下控制[2]。对于穿越施工的精度进行分析，磁场的变化能发挥出决定性的效用。例如，电力线路与钢结构会对磁场读数产生影响。穿越出图点的导向孔目标偏差范围应当处于3～10 m之间，宽度为3 m以内。一般情况下，进行钻孔施工，需要做好控制与测量的工作。每一根钻杆需要相隔9 m进行计算。此外，采用相应的替代与方式，做好定位的工作，如陀螺仪、穿地雷达等。

2.3 定向钻穿越施工流程

首先就是钻导向孔。根据预定的设计曲线、出入土角，沿预定的界面进行钻孔。设计曲线一般为3段直斜线和2段大半径弧线。

其次就是预扩孔。一般使用小型钻机且主管直径超过300 mm的时候，就会进行预扩孔。若利用大型钻机，主管线直径大于350 mm就需要进行预扩孔处理，预扩孔的直径与次数，需要根据实际的地质情况，还有具体的钻机型号确定。

最后就是主管回拖。回拖时应当将扩孔器、钻杆以及安装的管线进行稳固的连接，且经检验后再进行回拖作业。在此基础上，使用钻机转盘，带动钻杆进行旋转，并逐渐后退，进行扩孔回拖。在此过程中，旋转接头能避免产品管道随着扩孔器进行旋转，产品管线也不会在回拖的过程中旋转。在已经扩好的孔里灌满泥浆，能使孔中的产品管线呈现悬浮的状态[3]。产品管线的四周与空洞，经过泥浆润滑处理之后，回拖的阻力能明显减少，还能为管线防腐层提供相应的保护。在多次进行钻机预扩孔之后，成孔与管道相比较，直径超出300 mm左右。回拖过程应防止对防腐层产生损伤。

在定向钻穿越施工的过程中，需要对孔内泥浆的情况进行观察，并且每一个小时进行取样。对于泥浆工程师来说，需要做好分析与试验的工作，并进行地质勘探报告与分离物的对比，确定是否进行泥浆性能的调整工作，还要进行详细的记录，对钻进过程的地质情况进行更加准确地判断，为后续的决策钻进工作，钻导向孔成果提供保障。

3 导向孔钻进偏离原因与对策

3.1 导向孔在钻进过程中偏离设计穿越曲线的原因

首先，管线设计穿越方位与钻机就位的方位存在一定的偏差。其次，受到外部磁场的影响，计算机采集的数据并不是钻头的实际位置。最后，钻机的操作人员出现操作失误的情况，导致设计曲线与实际的曲线出现偏移的现象。

3.2 偏钻预防措施

1)确保钻机就位方位与设计管线中心线重合

在钻机就位之前，就可以利用经纬仪等仪器，放出管线，并穿过中心线，结合穿越入土角、钻机自身尺寸等参数，做好钻机精确位置的计算工作，并使用线绳或是白灰进行标记，以此作为钻机就位的核心依据[4]。在就位之后，还可以借助测量仪器进行偏差的测量。若钻机方位与管线中心线角度相对，偏差超过0.1°，就需要根据偏左或是偏右进行钻机的调整。经过多次就位调整之后，将偏差控制在 0.1°内。钻机就位之后，需要进行偏差数值的精确计算工作。在开始钻导向孔的时候，将偏差调整为零，确保设计的穿越曲线与导向轨迹相重合。

2)采用人工磁场

钻机控向系统，主要就是根据磁场，做好方位的控制工作。通过钻头后的探头，将导向孔参数传输到计算机。地磁场容易受到地下电缆、地面高压线、地下管线等金属构件的干扰，进而导致控向参数不准确[5]。人工磁场主要就是在穿越中心线两侧，进行闭合线圈的布设，并准确的将钻孔数据展现出来。在探头达到闭合线圈区域之后，将电源与磁场进行融合，并测得创业轴线是否存在偏移的现象。利用地磁场与人工磁场的比较，进一步确定钻头的方位，并且确定下一根钻杆的方位。由于人工磁场不受到地磁场的干扰，能提供更加准确的管线穿越方位角。在不受到地磁场干扰的情况下，对方位角进行校正，以此对导向孔与设计穿越曲线进行控制，以此保证穿越曲线的平滑性。

3)控制人为因素

在开工之前，需要做好对司钻人员的培训工作，不断提升其综合素养。在促进司钻人员与把控方向人员之间沟通与配合的同时，对人为因素进行控制。司钻人员应当以控制方向人员的指令为基础，并根据指令进行操作，避免出现钻孔偏离设计曲线的问题。对于控制方向的人员来说，需要针对设计曲线，做好倾角度数的调整工作，还需要更加的注意穿越过程中产生的轨迹变化情况，以此对设计穿越曲线进行控制。

4)加强质量控制

首先，扩孔器直径大于穿越管道二倍直径，其目的就是减少拖拉力，并对防腐层进行保护。在全部连接之后，需要进行泥浆冲洗，并检查泥浆的喷嘴，合格之后才能进行施工。其次，保证管道回拖施工连续进行[6]。除了产生不可抗拒的原因，不能出现无故停工的现象。在进行回拖施工的过程中，开展连续作业，能避免因为停工导致的阻力增加，对施工效率产生影响。最后，在回拖施工的过程中，需要对泥浆的运行情况进行观察。借助泥浆制浆系统、循环处理系统以及泥浆回收坑等，尽可能做好分离与回收处理的工作，避免产生环境污染。

4 结 论

综上所述，当前我国的油气长输管道建设处于重要的发展阶段，能源结构也从石油逐渐向着天然气发生变化，这在一定程度上推进了油气长输管道工程的持续发展，为后续的管道建设奠定了良好的基础。此外，这也对长输管道工程的施工与设计提出更高的要求。基于此，只有不断发展和利用定向钻穿越施工技术，才能实现高效施工的目标，减少对施工环境产生的影响，才能贯彻保护环境的和谐发展目标，推动油气长输管道的建设。