燃气管道水平定向钻施工工艺及管理

燃气管道水平定向钻施工工艺及管理（共3篇）

燃气管道水平定向钻施工工艺及管理 篇1

燃气管道水平定向钻施工工艺及管理

摘要：本文介绍了水平定向钻进技术的施工工艺、质量控制及安全管理、现场应用.

关键词：定向钻进,钻孔,穿越

燃气管道施工中，不可避免地会遇到道路、涵洞、铁路、桥梁、沟渠、河流等障碍，无法正常开挖施工，需采取特殊的施工工艺进行穿(跨)越施工，常见的情况有：顶管施工、定向钻施工、跨越施工及水下穿越等。其中定向钻施工技术近年在我国有了广泛的应用，它解决了管道穿越特殊地段的施工问题，与传统的施工方式相比，具有费用低、工期短、协调工作少等特点。

定向钻施工又称非开挖定向钻进法或非开挖回拖管施工法，俗称拉管法。其工作原理为：先根据所了解的地下资料情况，结合使用探测仪探测情况，确定穿越埋深，然后用钻机在预穿越路的一侧将钻头斜向推进到预定深度，在无线电定位仪器的控制下，水平钻进，钻进到位后，安装锥体扩孔头，回拖扩孔，至要求直径后，在选定穿越管材上焊接一个牵引头，与钻头连接，然后由设备回牵钻头，把焊接好的管材拉至设备所在一侧，穿越管的两管端与原施工管线连接。

一、水平定向钻穿越施工工艺

使用水平定向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔;第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。

1、钻导向孔

要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转(或使用泥浆马达带动钻头旋转)切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。

钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。

2、预扩孔和回拖产品管线：

一般情况下，使用小型钻机时，直经大于200毫米时，就要进行予扩孔，使用大型钻机时，当产品管线直径大于Dn350mm时，就需进行预扩孔，预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。

回拖产品管线时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，产品管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层，经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200mm，所以不会损伤防腐层。

在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3～1.5倍，需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。

地下孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。

二、工程质量的控制

由于非开挖技术实现了完全的非开挖施工，而且铺设的管线有较深的覆土，管道在地下的质量难以用常规的方法进行检查确认，故采用定向钻孔法铺设管道工程的质量控制有其特殊的一面。相对于定向(导向)法铺设穿越段管线的主要施工工艺，工程质量控制包括两部分：钻孔轨迹的质量与穿越段管线回拖质量控制。在地质条件和钻进工艺参数一定的前提下，钻孔质量直接影响到穿越工程的成败，后者则关系到管道的安全运行。

1、钻导向孔的质量控制

钻孔的质量主要是指钻孔曲线的实际轨迹是否与钻孔的设计轨迹相符合。一般而言，实际钻孔轨迹越接近设计轨迹，则表明钻孔质量越好。因此，钻进前，施工单位要按照建设单位提供的地质资料和设计的钻孔轨迹图，在现场观测的`基础上绘出钻孔曲线，标出钻孔曲线的入土点、出土点、相应的角度、曲线长度、最大埋深及管线的曲率半径等参数。钻进时质量控制主要是导向孔的空间坐标(管道的埋深)和钻孔曲线的曲率半径(根据穿越管道的管径计算)，因为这两个参数将直接影响穿越管道的安全运行，管道的埋深一般由定向钻机的控向系统(计算机和地下仪表单元 组成)直接运行程序，处理仪表参数显示出的钻进结果，操作人员只须与设计图纸上的设计坐标相对照，保证达到设计要求的埋深即可。钻孔轨迹的曲率半径要由控向系统操作人员预先根据设计提供的资料计算出结果，钻进时通过调节每根钻杆的角度而实现对钻孔曲率半径的控制。对于给定了的直径的定向钻孔穿越管道，钻孔的曲率半径 R 由下面公式求得：R=1200Dn 其中：R—每根钻杆允许变化的角度;Dn—穿越轨道外径对于一定曲率半径的设计钻孔曲线，钻进中每根钻杆允许调整变化的角度为：α=L*360/2Rπ式中：α—每根钻杆允许变化的角度，L—每根钻杆长度，R—钻孔曲线轨迹的曲率半径导向孔的实际出土点与设计出土点的偏差(纵横偏移)一般按照合同要求进行控制，控制值为穿越段总长度的 1-2%且不大于 2M。通过控制每根钻杆的角度变化，可以实现钻孔曲率符合规范要求的控制值，平面的左右偏差可通过控向设备进行监测(根据方位角计算)，用调整方位角的数值进行调整。钻进水力设计与钻孔质量有关，钻导向孔时有泥浆回流现象，要结合环保部门的具体要求和穿越地层的地质特点，综合钻进中的扭矩、泥浆压力等进行对比分析，进而采取相应措施提高钻进质量。

2、管线回拖质量(铺设质量)的控制

穿越管道的回拖完成即标志着管道铺设的完毕，其质量包括管道的焊接强度、外保护层的完整及管道的弯曲应力符合设计要求。

2.1 铺管前管道的焊接

根据设计眼球的级别来检查焊缝。对于要求不高的管道可以进行一些简单的压力、冲击等试验，对于要求较高的管道则要进行100%的X射线照相，并进行严格的压力试验，拖管后，按照要求还应进压力试验，以验证拖管时管道是否受损，能否投入使用。

燃气管道水平定向钻施工工艺及管理 篇2

一、长输油气管道定向钻施工特点分析

在长输管线施工中, 定向钻穿越施工并不会对交通造成阻碍, 不会对绿地、植被造成破坏, 也不会对周边商场和建筑物基础等造成影响。定向钻施工没有水上和水下作业, 不会对江河通航和江河河床结构、两侧堤坝等造成影响。定向钻施工具有施工周期短, 施工人员少, 施工安全可靠, 成功率高等特点, 而且不受季节限制。定向钻施工比其他施工方法的进出场速度快, 并且可以对其施工场地进行灵活调整, 占地较少, 工程造价低, 施工速度较快[1]。

二、水平定向钻施工技术分析

1. 前期准备

(1) 施工道路

应该在施工现场的两侧配置重型施工设备, 从而减少施工成本。尽可能利用现有道路以通往两侧施工现场, 从而将新修建道路的距离减少, 也可以利用管道线路的施工便道通往施工现场, 对现有道路进行充分利用。由施工企业提供相关道路使用权协议, 而且应该在投标之前将此项工作做好。

(2) 施工场地

在钻机一侧施工场地的面积不应该小于45m×30m。而在管道一侧需要注意的是其施工现场应该有足够的长度, 从而有利于成品管道的预制。施工现场的宽度应该在12米-18米范围内, 从而达到管道施工的相应要求。另外, 在出土点一侧其施工现场的面积应该为45m×30m。施工地点确定之后, 应该对其进行勘测, 并且将其地质地貌的图纸详细准确地绘制出来。勘测之后得到的结果精度如何对最终施工精度发挥着决定性作用。

(3) 施工设计

如果在施工中需要穿越的是河流, 则在考虑覆盖层厚度时, 应该考虑其流量特征、该河流季节性洪水冲刷深度以及该河道未来的加深与加宽等方面的因素。另外, 还需要考虑现有电缆和管道的位置, 从而确定覆盖层厚度。确定了施工地点之后, 应该做好地质调查工作, 确定穿越层的厚度, 覆盖层的厚度通常都不少于6米, 在钻进角与曲率半径方面, 穿越施工的入土角一般在80-180范围内。多数施工都应该首先钻一段斜直线, 再钻一段大半径曲线, 并且由管线弯曲特性来决定其曲率半径, 如果管段的穿越方式是弹性敷设, 则曲率半径至少应该是1200倍钢管外径, 而穿越施工的出土角范围应该在40-120, 从而有利于回拖管道[2]。

2. 钻孔施工

在钻孔施工方面, 对其进行测向控向, 一般都会采取地面接收设备和地下测量电子设备。通过测向控向可以得到钻头所处位置的磁方位角, 并且用于左右控制。同时, 通过测向控向还可以得到钻头所在位置的倾斜角以及钻头的钻进方向。其中, 该倾斜角用于上下控制, 在穿越施工的精度方面, 磁场变化如何对其产生决定性作用, 比如大型钢结构与电力线路可以对磁场读数造成影响, 穿越出土点的导向孔目标偏差值的范围应该控制在长度3米-10米, 宽度3米之内。通常来说, 在钻导向孔时, 要对其进行测量与控制, 就应该在每钻进一根钻杆或者相隔9米对其进行一次计算。另外, 可以采用替代方法来进行定位工作, 比如穿地雷达、陀螺仪和智能清管球等等。

三、水平定向钻穿越施工流程分析

首先是钻导向孔, 即按照预定角度在水平方向沿着预定的截面而钻进的孔, 主要有一段大半径弧线和一段直斜线。另外, 承包商可能会在钻导向孔的时候选择更大口径的钻杆来对导向钻杆进行屏蔽。其次是预扩孔。通常在使用直径大于300毫米的小型钻机时, 就会进行预扩孔。如果使用的是大型钻机, 而且该钻机的产品管线的直径大于DN350毫米, 这个时候也应该进行预扩孔, 而预扩孔的次数以及直径应该根据地质情况以及具体的钻机型号来确定。最后就是回拖产品管线。应该先将钻杆、扩孔器、回拖活节以及被安装的管线依次进行连接, 再进行回拖作业, 而且通过钻机转盘带动钻杆旋转, 从而后退, 开始扩孔回拖。在这个阶段, 旋转接头能够防止成品管道随着扩孔器旋转, 而且在回拖的过程中, 产品管线也不会旋转。在已经扩好的孔里面会充满泥浆, 使得在孔中的产品管线悬浮。产品管线的管壁四周与孔洞之间通过泥浆润滑之后, 可以将回拖阻力减少, 从而为管线防腐层提供保护。在多次钻机预扩孔之后, 最终成孔与管子相比其直径通常会大200毫米。因此, 不会对防腐层造成损伤[3]。

结束语

综上所述, 目前国内的管道建设正处于发展阶段, 能源结构由石油逐渐向天然气转变, 有利于输气管道工程更进一步发展, 并且为长输管道的建设与发展带来更多的机会。同时, 也对长输管道工程的设计与施工提出了更高的要求, 因此, 要不断创新新技术和新工艺实现高效的管道施工, 尽可能降低施工对环境带来的影响, 实现长输管道建设与环境保护的和谐发展。

参考文献

[1]唐云.长输管道定向钻穿越施工技术和管理[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2014 (4) :25-26.

[2]金灿, 巴端.水平定向钻技术在长输管道施工中的运用[J].内江科技, 2012 (10) :37-38.

燃气管道水平定向钻施工工艺及管理 篇3

【关键词】水平定向钻；燃气管道施工；应用

前言

燃气管道的兴建是近年来我国社会的客观需求，兴建燃气管道不仅解决了人们对燃气需求量增大的问题，还能够在一定程度上节约能源。但由于燃气管道的特殊性，在施工过程中，很有可能会出现地下障碍，如果不能得到合理疏通，便无法保证管网铺设的合理性。水平定向钻便是解决这一问题的有效工具。

一、水平定向钻的概述

（一）原理

水平定向钻的主要组成部分有三个，分别是主机、导向系统以及泥浆系统。在燃气管道的施工过程中，经常会遇到一些天然或人工的障碍，传统的解决办法只有开挖一种，不仅耗时耗力，效果也很不理想[1]。而运用水平定向钻对地面进行钻孔这种方式，能够按照要求对空洞进行扩大，直到满足天然气管道的实际铺设要求，之后将整根管道直接深入到挖掘出来的孔洞中，不仅减少了挖掘程序，还提升了管道铺设质量。

（二）特征

运用水平定向钻铺设燃气管道有以下几方面特点：首先，水平定向钻内部设置有强大的定位系统，能够根据工程的实际要求合理导向，使工程的施工效率大大提升；其次，水平定向钻能够在施工过程中自动绕开遇到的障碍物，与其他工具相比，具有较高的稳定性；第三，水平定向钻能够根据施工过程中遇到的实际情况进行适当调整，具有较强的适应性；最后，施工水平定向钻进行施工能够有效缩短工程周期，降低施工成本。

二、在燃气管道中应用水平定向钻的流程

（一）前期准备

在施工前期，相关工作人员需要对施工场地进行勘察，充分了解场地的地形，并根据要求设计施工方案，其中包括使用水平定向钻进行施工的钻孔深度与钻孔位置、凝水坑位置等，还需要对施工所需泥浆配比进行合理规划[2]。在施工之前做好充足的施工前期准备，才能够从最基本上保障施工的质量与进度。

（二）打导向孔

在设计好施工的钻孔路径以后，便可以开始钻设导向孔。在这一施工过程中，需要操作人员与导向人员之间默契的配合，时刻关注施工现场的具体施工情况，一旦出现设计与实际现场不符的情况，需要以实际现场的情況为准，而整个过程中，泥浆供给人员都需要保证泥浆正常的供给，以免影响施工进度。

（三）回扩管孔

钻头由出土点钻出地面则意味着打导向孔工作结束，接下来便是需要利用回扩头，对已经钻出的导向孔进行扩大。在这一过程中，需要保证钻杆的连续性，以持续保持回扩强度，在完成第一次回扩以后，还需要依据工程的要求再进行几次，直到达到施工要求。另外，泥浆的供给要时刻保证充足，以降低设备的扭矩力，提高施工过程中的安全性。

（四）回拖管材

在完成扩孔之后，便需要进行管材的回拖，这也是整个施工过程的最后一步。卸下扩头之后，运用吊耳将管材相连，再将其与出土点的钻杆结合，便可以实现管材的顺利回拖。在这一过程中，要注意管材的密封性，以避免管材受到泥浆的破坏，同时要对泥浆的灌输量进行控制，以降低管壁与孔壁之间的摩擦，提高管材使用周期。

三、施工过程中的注意重点

（一）施工地质

在燃气管道施工之前，对施工地点进行地质勘测是必不可少的工作，尤其是工程量较大、工程线路较长的，更需要对工程地质进行严格检查。针对不同地质，在工程设计工程中需要安排不同的方案，只有勘察好施工地质，才能有效减少施工过程中的临时状况，提升施工路线的准确性。

（二）管材选择

燃气管道工程的施工主体便是管材，在对其进行选择的过程中，需要以实际工程要求与地质情况为依托，且在应用水平定向钻的过程中，会存在部分弯曲路径，因此，需要管材具有一定的韧性[3]。另外，由于燃气管道的特殊性，在管材的选择上还需要管材具有一定的抗腐蚀性与耐磨性。

（三）线路规划

线路的规划在整个工程设计中也是非常重要的，需要以工程的实际地质情况为依托，结合施工的具体要求以及管道的客观情况，对导向线路进行科学合理的规划。设计过程中，要尽可能使线路远离地下的障碍物，在弯曲弧度上，要尽可能大于最小的弯曲半径，以免管材在使用过程中因韧性不够而发生断裂，降低管材寿命。

（四）性能测试

燃气管道是位于地下的设施，如果在施工过程中没有及时发现管道本身存在的问题，那么一旦发生事故，便很难对其进行系统修复，因此，施工过程中对管道的性能进行测试是非常有必要的。不仅要对管道的焊接质量进行严格检查，还需要进行管道的压力以及抗压测试，以保障管道质量。

结论

燃气管道在施工过程中不可避免的会遇到一些地下障碍，使用水平定向钻能够在很大程度上节约工程成本、提升施工质量、缩短工程周期，在当前很多城市燃气管道的施工中，已经得到普遍运用。在施工过程中，施工人员应该以水平定向钻的工作原理为基础，并在掌握其施工方法的基础上，重视施工重点，以保障水平定向钻在燃气管道工程中的合理应用。

参考文献

[1]王学贞.水平导向钻机在第四系粘土质地层中长距离非开挖铺管的应用[J].岩土工程界，2013，03（25）：154-155.

[2]董佳鑫，张志强，李长春.水平定向钻解决了Nor Andino管道的修复问题[J].国外油田工程，2011，05（25）：206-207.