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城镇天然气管道水平定向钻穿越河流施工要点

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2021-09-15  来源:煤气与热力杂志  浏览次数:19
 者:黄梅丹,于彬
第一作者单位:重庆大学城市建设与环境工程学院
摘自《煤气与热力》2019年2月刊

1   工程概况

某天然气管道设计压力为4.0 MPa,采用水平定向钻方式穿越浙赣铁路北侧两条河流,基本情况如下:
 
①穿越曲线参数。入土角9°,出土角8°;穿越管段曲率半径770 m,两端预留直管段长度13 m
 
②管材:D508×11.1L415MB双面埋弧焊直缝钢管。
 
③土质情况:根据地质勘探报告,穿越段地层结构第一层为耕表土(Q4pd),第二层为粘土混砾卵石(Q3dl+el),第三层为强风化岩层(Q4dl+el)。穿越地段地层中粘土混砾卵石层最厚,地表结构复杂,因此施工难度较大。
 
2   施工准备阶段控制要点 
2.1  地质勘探和地下管道探测
 
在工程施工前应委托地质勘探公司对沿线进行地质勘探,并对地质情况变化过大的地方加密勘探。地质勘探报告是制定施工方案的重要依据。
 
利用管线探测仪探测金属管道,用探地雷达探测非金属管道,对水平定向钻穿越管道路由左右两侧各50 m处的地下管线情况进行摸排,避免水平定向钻施工对第三方管道造成破坏。
 
2.2  施工机具和设备
 
按照实际的地质勘探、地下管线探测情况编制施工方案,确定水平定向钻施工机具和设备1

根据本工程穿越段的地质、管径、长度情况,同时考虑到钻机进场道路土质较差,不利于轮式设备进场,因此采用履带式钻机。为了保证钻进可靠性,钻杆采用优质合金钢,并具有较小的曲率半径。水平定向钻施工主要机具和设备见表1
 
1   水平定向钻施工主要机具和设备
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3   施工控制要点 
3.1  根据地质情况采用适当的施工措施
 
①调整好入土、出土角度,根据地质特点和管道长度选取合适的钻具。
 
②遇到硬质岩石时,选取岩石扩孔器,它是由35个牙轮钻头组成,中间布有水眼。用牙轮切削岩石,用水眼清洗牙轮。
 
③在入土点处遇到圆砾层或岩卵石层,采用套管隔离。首先基于钻杆入土角和轴线位置,用挖掘机挖一个长宽都为5 m,深2 m的基坑,埋入符合扩孔直径要求的钢套管短节。再用夯管锤锤击套管,如果套管较长,可在锤击后接长套管,直至下伏基岩上,并将套管击入基岩部分。然后用人工或螺旋取土器取出钢套管内的土和卵石,严格按控向系统调校程序进行调校。在本工程施工中,采用套管隔离完成入土点处圆砾层或岩卵石层施工,解决该处成孔困难的问题,保证后续定向钻施工的顺利进行。
 
④所有设备安装调试及泥浆配制完成后启动钻机进行试钻。试钻时检查钻头水眼是否堵塞,若无堵塞则继续钻进。
 
⑤采用无线导向,根据设计曲线钻导向孔,并根据管径确定每根钻杆的折角,实时跟踪测量,并做好记录。在穿越曲线上每隔3 m(平均单根钻杆长度)左右设置数据控制点,每钻进1 m记录钻头位置参数,以此控制导向孔的钻进轨迹。
 
3.2  防腐层质量控制
 
①防腐层
 
管道采用环氧粉末涂层+3PE(挤压聚乙烯)加强级防腐层,防腐层厚度为3.2 mm
 
②定向钻穿越防腐层外防护
 
本工程采用环氧玻璃钢防护层对防腐层进行保护。聚乙烯防腐层抗划伤能力差,采用环氧玻璃钢防护层可以提高防腐层的完整性,提高管道的整体抗划伤性和耐磨性。
 
③补口
 
采用环氧混凝土涂料作为穿越管段补口的外防护层,外防护层结构为双层熔结环氧粉末+环氧混凝土涂料。双层熔结环氧粉末涂层厚度通常只有1 mm 左右,在硬质地质条件下,仍存在防腐层破损风险。因此,在双层熔结环氧粉末外层增加了一层环氧混凝土涂料。环氧混凝土涂料与双层熔结环氧粉末间具有良好的粘结强度,提高了外防护层整体的完整性,同时也降低阴极保护电流需求。
 
3.3  焊缝质量控制
 
穿越段钢管焊缝采用100%超声波检测、100%射线检测。所有带裂纹的焊缝应从管道上切除。焊缝出现的非裂纹性缺陷,可直接返修,焊缝返修应符合焊接工艺规程。焊缝在同一部位返修不应超过2次,根部应只返修1次,返修后,应按原规程检测。
 
3.4  管道回拖控制 
3.4.1 确保回拖时管道防腐层不被损坏的措施
 
①采取发送沟蓄水漂管、发送架及吊机送管等方式,避免管道与地面直接接触。管道入孔前与地面的接触部位应进行润滑。
 
②泥浆配比随不同地层情况变化,在回拖时对泥浆配比进行处理,控制泥浆的粘度、压力、流量以及各种添加剂的选用,使之具有良好的流变性,保证有较强的携带钻屑能力、较低的摩擦系数、良好的润滑性能,才能保证回拖顺利进行。本工程地层以圆砾层或岩卵石层为主,地层中颗粒、散块之间缺乏胶结,孔壁易塌,易埋挤、卡死钻具及管道,因此,泥浆配比主要在于提高泥浆粘度和切力。
 
3.4.2 保证天然气管道回拖顺利的措施2
 
①管道回拖前对钻机、钻头、钻杆及泥浆配套系统等设备进行全面检查及维护保养,确保钻机及其动力传动系统性能优良,运转可靠。泥浆泵循环系统通畅,压力能够满足回拖管道的要求。对钻杆、切割刀、扩孔器等钻具进行探伤检查(X光检测等),确保钻具无龟裂情况,强度满足回拖的相关要求。
 
②开挖发送沟
 
管道回拖前,从出土点开始,向入土点方向开挖长5~6 m、宽1.5 m、底比管道敷设位置深1.5 m左右,与穿越轴线相一致的发送沟。在回拖过程中,使管道在自重作用下通过自然弹性弯曲顺利进入发送沟,减小管道的回拖阻力。为回拖过程中管道的稳定,向发送沟内注入水,注水前要检查有无石子等杂物,水面高度最少要达到回拖管道外直径2/3处,以便于悬浮管道,减小回拖阻力。
 
③采取扩孔器直径为穿越管道外直径1.3倍(660 mm),进行扩孔。扩孔之后,将扩孔器与管道连接,然后进行回拖。
 
④在回拖时钻具连接要迅速,尽量缩短钻具在孔内的停滞时间,使泥浆能在孔壁形成一定力学强度的泥皮,维护孔壁稳定,确保穿越成孔圆滑、成型,并防止泥浆漏失。
 
3.4.3 钻具安装顺序
 
回拖铺管钻具最优安装顺序为:钻机—钻杆—扩孔器—旋转接头—U型环—拖拉头—穿越管段。回拖钻具安装顺序是保证顺利回拖、减少回拖阻力的关键。
 
3.4.4 防腐层质量检查
 
为了保证已焊管道在回拖过程中状态良好,应进行防腐层外观及漏电检查。检查已焊管道防腐层是否出现明显的外观破损,并使用柔软物品进行遮盖,防止防腐层暴晒老化。回拖前应使用电火花检测仪对管道进行检漏,无漏点为合格,对防腐层损伤部位进行及时补伤。
 
3.4.5 回拖过程监控
 
在回拖过程中监控回拖力、扭矩、回拖转速等工艺参数以及回拖轨迹,以确保回拖能一次性整体完成。特殊情况下,停止回拖的时间不宜超过4 h
 
3.4.6 扩孔清孔完成后注意事项
 
扩孔完成后首先对回拖管道进行全面检查,确认孔内干净,没有较大角度的台阶,经内壁检查合格后,根据现场情况采用发送沟回拖管道。
 
3.5  泥浆配比
 
泥浆的主要材料为膨润土,泥浆的配方是水平定向钻穿越施工的决定性因素。泥浆的配方取决于扩孔、导向时所面临的土壤、地质状况。实际施工过程中所面临的土质界限并不明显,可能变化很大或多种土质混合出现。因此,没有哪一种泥浆在任何土质中都是最好的,只能根据地质实际情况进行配置。根据地层情况和GB 504242015《油气输送管道穿越工程施工规范》,本工程泥浆性能参照该规范第6.3.8条关于粘性土及中砂、粗砂、卵砾石及砾岩、破碎岩层的要求确定。
 
本工程施工过程中泥浆配备按照以下顺序进行:
 
①首先用纯碱(Na2CO3)处理水,主要目的是为了将水中的Ca2+Mg2+去除。每1 m3水中加入纯碱的质量为0.3~0.6 kg,处理完成后水的pH值要达到810
 
②在水中加入膨润土, 1 m3水中加入3080 kg膨润土,形成泥浆。
 
③在上述泥浆中加入羧甲基纤维素(CMC)增粘,每1 m3泥浆中加入0.25 kg羧甲基纤维素。
 
2 h后,加入正电胶(MMH,主要是由2价金属离子和3价金属离子组成的具有类水滑石层状结构的氢氧化物),每1 m3泥浆中加入0.25 kg正电胶。
 
⑤加入正电胶后,经检测pH值达到911,则泥浆配备符合要求。管道回拖时适度加入润滑剂(动植物油类衍生物、合成化合物如脂肪酚胺和表面活性剂调配而成),每1 m3泥浆中加入0.1 kg润滑剂。
 
3.6  通球测径和阴极保护
 
①通球测径
 
管道回拖完成后,进行了管道通球测径检验,确保管道椭圆度合格。
 
②阳极埋设
 
由于本工程使用牺牲阳极阴极保护,因此,在定向钻出土点、入土点处加装两组镁阳极包。
 
③安装测试桩
 
为了有效检测牺牲阳极的防腐效果,在出土点、入土点处设置测试桩。
图片 
参考文献:

1]赵岚水平定向钻在钢质燃气管道施工的应用[J煤气与热力,2005 25 5 49-51.
 
2]赵占强大管径供热管道水平定向钻施工回拖作业技术[J煤气与热力,2018385):A23-A26.
 
 
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