芙蓉江定向钻穿越工程同孔回拖施工技术分析.pdf

发展与创新2002023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究摘要：天然气管道铺设过程中，遇到特殊地形时，往往采用水平定向钻进行施工，可有效节约投资成本。文章以绥阳芙蓉江定向钻穿越工程为例，主要介绍了回拖场不满足规范规定情况下采用“多接一”管道回拖方面的工艺技术，其中现场采取的技术保障措施为大口径天然气管道多接一同孔回拖施工提供了宝贵的经验。关键词：定向钻；同孔回拖；芙蓉江Abstract:During the laying process of natural gas pipelines,horizontal directional drilling is often used for construction when special terrains are encountered,which can effectively save investment costs.Taking the directional drilling crossing engineering of Furong River in Suiyang as an example,this paper mainly introduces the technology of multi-connection to one hole pipeline back dragging under the condition that the back dragging yard does not meet the specifications.The technical guarantee measures adopted on site provide valuable experience for the multi-connection to one hole back dragging construction in the same hole of large-diameter natural gas pipelines.Key Words:directional drilling;back dragging in the same hole;Furong River分类号：TE973.41 工程概况芙蓉江定向钻穿越工程在绥阳县旺草镇穿越芙芙蓉江定向钻穿越工程同孔回拖施工技术分析张吉祥1，2，冯发志1，2，王 军1，2，姜犹烨1，21.贵州省煤田地质局一四二队，贵州 贵阳 5500002.贵州西能铠达穿越工程有限公司，贵州 贵阳 550000Analysis on the Back Dragging Construction Technology in the Same Hole in Furong River Directional Drilling Crossing EngineeringZHANG Jixiang1,2,FENG Fazhi1,2,WANG Jun1,2,JIANG Youye1,21.Team 142 of Guizhou Coalfield Geological Bureau,Guiyang 550000,Guizhou,China2.Guizhou Xineng Kaida Crossing Engineering Co.,Ltd.,Guiyang 550000,Guizhou,China065.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.蓉江，穿越位置处河床宽浅，设计范围内线路实长为498 m，曲率半径 1 200D（D 为穿越主管道外径），入土角为 16，出土角为 16，扩孔终孔直径为 1 050 mm。穿越主管道直径为 D61014.3 mm L450M 直缝埋弧焊钢管，光缆套管采用 D1145.0 mm Q235 焊接钢管，光缆套管与主管道同孔回拖入洞。穿越场区出土点后方为一小山包，长度约有 190 m，为满足管道预制回拖要求，先对该小山包进行削坡处理，成型的管道预制场长 170 m，底宽 16 m；在出土点处坡脚角度为 16，随后坡度逐渐变化，能满足管道自由弹性敷设；回拖管道总长 498 m，故采取“三接一”的方式进行回拖作业。2 管道回拖方案（1）管道支垫。地表预制的管道支垫可以采用土堆支垫，管道支垫的高度在 30 cm 左右，以免剐蹭破坏管道防腐层1。支垫管道材料以袋装土为主，土体颗粒为中细粒径，如含有建筑垃圾、硬块、棍棒、较大石块等易刮伤防腐层的硬物，应及时清除。在回拖场上的各转弯点堆积足够数量和厚度的沙土袋以阻挡管道横向移动。（2）钻杆检测及回拖连接设备的校验。利用无损探伤原理，应用超声波检测技术，对所有钻杆、短节、U 型环、卸扣、万向接、回拖头等连接件逐一进行检测2。（3）设备准备。利用现已成形的缓坡，在回拖时，调整好角度和方位，保证管道入射角度和方向与穿越轴线基本一致，夹角不能超过规范规定，以便于油气管道平滑入洞。作者简介：张吉祥，男，本科，高级工程师，研究方向为地质钻探。发展与创新201工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月（4）设备维护。根据规范要求3，在油气管道正式回拖前，对钻机等配套的参与回拖的设备进行一次常规检修保养。因为回拖过程是连续的，所以必须确保设备能连续运转，工作状态良好，力争回拖施工圆满完成。（5）开展专项施工方案评审会。考虑到绥阳芙蓉江定向钻穿越工程管道回拖存在较大难度，在管道回拖之前，召开针对性的专项施工方案评审会，保证回拖施工时不推诿扯皮，明确好后勤保障措施4。（6）通信设备检查。提前将通信设备充满电，确保在回拖施工过程中正常不间断通信，入土点钻机、出土点挖机、辅助顶进设备等的通信电台必须完好、正常使用5。（7）做好数据记录。完整记录回拖施工中的钻机扭矩、拖拉力、泥浆流量、回拖速度等数据，回拖数据实时报告。（8）夜间照明设施布置。具体布置情况如图 1所示。管道回拖方向照明设施照明设施照明设施出土点管道回拖作业带图 1 夜间施工照明设施布置图（9）钻机锚固。钻机锚固采取前后结合的形式。前锚固采用下水箱的形式，在水箱顶部放钻机前端的承托板，利用水箱的前止推板提供一部分反作用力给钻机；钻机后锚是采用将钢板预埋至土中，利用钻机下方土体的被动土压力体给钻机一个反作用力，如图 2所示。锚固水箱锚固钢板钢棒钻机钻机动力头钢丝绳承托板图 2 钻机锚固示意图此项目同孔回拖的最大拉力为 38.5 t，取 2.0 的安全系数设计拉力为 77 t，采取以上方案锚固后，经验算得出钻机回拖力能达到 100 t 以上（钻机的极限拉力为 220 t）。（10）回拖时的辅助设备安排。由于出土角较大，故管道前期在回拖过程中有下滑的风险，不加以控制会损坏回拖活节或者折损钻杆。经研究决定，在回拖时利用挖机辅助回拖，每隔 40 m 左右设置一台挖掘机，共计 5 台，利用挖机给管道一个适当的反拉力限制管道下滑，配合回拖施工。3 管道回拖技术保障措施3.1 管道回拖时的泥浆配置（1）管道回拖的泥浆配置方案：适当添加无毒害的植物润滑剂可有效降低摩阻系数，减小回拖阻力；调整泥浆的触变性能，在管道静止时，泥浆稳定性、包裹性好，有利于钻屑悬浮，开始回拖时，泥浆快速恢复流变性，有效降低泥浆黏滞阻力。（2）膨润土泥浆配制：马氏漏斗黏度在 90100 s。（3）回拖施工中，要及时给钻孔内补给膨润土泥浆，间断性补充，泥浆压力控制在 0.5 1.5 MPa。3.2 管道回拖时的连接（1）根据适配的钻机型号和以往施工经验，该 U型穿越管道的回拖速度约为 40 m/h（含拆装钻杆）。（2）一般管道回拖流程：U 型环连接管线旋转接头小一级扩孔器钻杆，准备好后即可启动回拖。钻具连接顺序如下：钻机钻杆扩孔器（DN950 mm）回拖活结 U 型环连接管道（光缆套管）的拖头，如图 3 所示。114 光缆套管610 燃气管道U 型环连接回拖活结950 扩孔器图 3 管道同孔回拖动连接示意图4 主管道与光缆套管回拖实施过程管道连接后，先进行各项检查，确认连接完好，利用通信设备通知启动入土点定向钻机进行试回拖，观察记录拖力的变化情况，检查是否存在卡管现象。（1）第一段管道和光缆管回拖长度为 165 m，回拖用时约 4 h。回拖力在 16 18 t 范围内波动，泥发展与创新2022023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究浆压力在 1.3 1.5 MPa。第一段回拖施工现场如图 4所示。图 4 第一段管道回拖施工现场（2）第二段管道和光缆管回拖长度为 165 m，回拖用时约为 4 h，第一道焊口焊接检测用时 12 h。回拖力在 25 31 t 范围内波动，泥浆压力在 1.1 1.3 MPa。第二段回拖施工现场如图 5 所示。图 5 第二段管道回拖（3）第三段管道和光缆管回拖长度为 168 m，回拖用时约为 5 h，第二道焊口焊接检测用时 11 h。回拖力在 38 46.5 t 范围内波动，泥浆压力在 0.5 1.0 MPa。第三段回拖施工现场如图 6 所示。图 6 第三段管道回拖三段管道回拖工用时共计 36 h，其中两道焊口焊接检测共用时 23 h，用于回拖管道的时间为 13 h。（4）回拖过程中的管口焊接。为节约连头时间，在第一条管道回拖过程中迅速采用挖机将第二条管道陆续吊装摆放至第一条管道的位置，以此类推进行摆放。当第一条管道的尾端回拖至距离出土点约 10 m处的位置后，通知定向钻机组停止回拖施工，安装机组开始连头施工。连头时采用 3 台挖机配合吊装，管道组对时严禁出现斜口，对口角度应控制在 2以内。连头口焊接完成后，及时通知无损检测单位进行 RT 及 UT 检测。防腐补口施工与主线路施工方法相同，防腐补口完成后，开始对焊口进行光敏玻璃钢防腐，光敏剥离钢施工完成后，为加快剥离钢固化速度，采用紫外灯光源照射固化，争取 1 h 内达到回拖条件。固化完成后定向钻机组继续进行回拖。5 结论及建议（1）该工程在以往非开挖工程的经验基础上，摸索 610 mm 燃气管道同孔回拖的方式，在回拖接头处开始就让管道处于自由放缩状态，充分释放两管道在回拖时的内力，保证回拖过程中管道的完好性，在后面的管道试压等环节也成功验证了该方法的可行性。（2）理论上管道回拖都是连续性的施工作业，不应停顿，但在贵州等山区地区，预制场回拖场长度不够或者预制回拖场造价过高时，可考虑采用回“三接一”甚至“多接一”的方式进行回拖。（3）节段之间焊口焊接检测时间越短越好，但时间上没有确切的概念，经公司实施该项目后可知，焊口的处理时间可达 12 h 之久，中间也不必喷射泥浆、搅动等。根据多个项目验证，建议停顿时间控制在 10 h 内。（4）根据规范，岩石地区定向钻施工时泥浆的黏度范围为 40 60 s，但经公司多年在贵州喀斯特地区（包括此项目）施工的经验得知，泥浆黏度在 80 s 以上才能较好地将钻屑携带出钻孔。（5）建议西南喀斯特地区管道穿越工程，钻导孔和扩孔施工中泥浆黏度控制在 80 100 s，清洗孔作业中泥浆黏度控制在 95 110 s，管道回拖时泥浆黏度控制在 85 95 s。参考文献1 乌效鸣.导向钻进与非开挖铺管技术M.武汉:中国地质大学出版社,2009.2 续理.非开挖管道定向穿越施工指南M.北京:石油工业出版社,2009.3 中国地质大学(武汉).水平定向钻法管道穿越工程技术规程:CECS 3822014S.北京:中国计划出版社,2014.4 肖鑫源,邓晓刚,魏秦文.非开挖技术在大直径长距离管道铺设中的应用J.管道技术与设备,2021(3):53-58.5 青泉,冯旭晗,张吉祥,等.超规范曲率半径下水平定向钻穿越芙蓉江施工技术J.地质装备,2022,23(6):33-37.