西气东输工程第一穿_淮河定向钻穿越_尹刚乾.pdf

第28卷第1期石油一l一程建设20 02年2月,出讼沁汾.泊即川户.,砚.介生扣今州沁协介七钾又移,丫.西气东输工程第一穿淮河定向钻穿越.卜.钾下.分.卜帕介x分华子盯争少分丫.,.户.,价争卜介火,声矛,一剧气淤扮.乞,声人,衣,扮、衬叫;,、介人.卜,卜份分代叱扮杯扮 卜介厂,双峨 川丫牛食田 万价,尹刚乾“中国石油天然气管道第三工程公司摘要淮河穿越是 我国迄 今为止工程规模 最大的水平定 向穿越工程,也是西气东输的第一 项穿越工程,其距离长、管径大、土层松软 等均给 穿越施工带来一 定难度,针对上 述特殊情况,采取了相应措施,川页利完成穿越文章简述了淮河穿越工程概况,并着重介绍了多级扩孔泥浆循环利用、采用中心定位器、挖发送沟注 水漂管、改善泥装性能等施工措施。为今后更大规模的穿越积累了 宝贵经验。关键词水平定 向钻河 流穿越施工西气东输管道工程,西 起新疆塔里木气田的轮南首 站,东至黄海 之滨卜海市,途经 甘 肃、宁 夏、陕西、山西、河南、安 徽、江 苏等地,全 长 约400Okm,是 我 国二 十 一世 纪西 部 大 开 发 战 略 的重点项日之 一。淮河穿越 工程是整个西气 东输管道工程的重点、难点 之一,也是全线 的第一 穿,该工程的穿越成 败直 接影 响全线三十多条水平 定 向穿 越工程 能否按期 完工,国内外各界 对该项 工 程 非 常 关注,因此,淮 河穿越工程具 有非 常重要 的意义。1工程概 况(l)淮河 穿越工 程位于安徽 省怀远县境 内,管线 走 向近东西 向,东岸 为孝仪乡,西 岸 为姚山乡穿 越 水平 距 离为9 76m(入土点 到 出土点的水平 距离),曲率半径 为150OD即1500m,穿越 最大深 度26.In,(在 河床最低点以下 1 3月4m的 地 层 中 通过),入 土 角为9 o29,出土角 为7 00 1,穿 越段总长为 1 0 8 5m(包 括连接段,水平距离)。(2)淮 河 穿 越 工 程 地 质从L到下依 次 为素 填土、淤泥、粉 质粘土、淤 泥质粉 质粘土、粉 土、粉细砂、中砂层。管 道穿 越 的主要 地层 为粉质粘土、粘土层,其次 为粉 砂、细 砂 层,含部分 砾石、贝壳。(3)穿 越 管 径 为D 1016mmx2 6.2mm,采用直缝UO E钢管,等级 为X70。钢管外 防腐涂 层采用三层PE加 强级 防腐,内涂层 采用 液体环氧喷涂 涂层一采用加 拿 大C A N U SA公司的定 向钻 穿越专用补口热收 缩套进 行补口采用国内西普公 司 的补伤带进 行 补 伤。焊 接采用BOHLE RF OXCE I_D4.o mm纤维 素 焊 条 手 工焊打 底,H OBERTslN ID.2 om m自保 护药芯焊 丝半自动焊 填 充、盖 帽焊接方 法。采用淮 河 水 为 试 压介质,强度 试 验 压 力 为巧M Pa,稳 压 时 间 为4h;严密性 试 验 压 力 为1 0Ma P,稳 压 时 间 为24h;采用皮 碗式 清管器清管(4)该工 程建设单位是 中国石 油大然气股份 有限公司西 气东输管道 分公司,设计单位是 西气东输管 道 工 程设 计 联 营 体,监理单位是星中监 理 联 营体,监测单 位 是北方监 测公司,施 工单位 是 中国石油天然气 管道第三工程 公 司。(5)本次穿 越使 用 美国 里丁贝茨公司制造的RB一5型水 平 定 向穿 越 机施 工,其最 大推 拉 力 为4540kN,最 大扭 矩为1 lxl04Nm。2主要施工过程.21施工准备现 场测量 放线,挖好锚固坑,就位 锚 固件,组装钻 机及 配套设施。调 校控 向系 统,设备试运转。该 工程 穿越距离长、穿越管径大,对 穿越 曲线 要求高,因此 调校 之前必 须对探头进行调校 检查,确认0022年2月石油工程建设第28卷 第1期探 头各项 参数在规定范 围 内后,对探 头进行 三个 不同位置的测量,且 每个 位置测量三 点,然后取其测量 平均值。.2 2钻导向孔选 用250 m m(9.875in)铣 齿钻 头、127mm(sin)S一135加 强钻杆、有线控 向 系统,严 格 按照钻 导 向孔 作业 指导 书操作,按 设计曲线钻进,采 用射 流法 钻导 向孔。.23预 扩孔根据该工 程 的地质情况,进行 六级 预扩孔,每级预扩前,试喷泥浆,检查切 割刀、扩孔器、中心定位 器水 嘴是否通 畅,泥浆压 力是否正常。.2 4回拖管线沿 管 线 挖o r00mx l.smx l.sm发送 沟,管 线下沟,并在 沟内注水,使穿 越管段 漂 浮起来。连接麻花 钻杆、1219m m(48in)BAR RE LR E A M E R扩孔器、旋转接 头、U型环、拖拉头和管线。试喷泥浆正常后,开 始回拖。回拖 完毕后,设备撤离现 场。.25恢 复地貌定 向钻穿越 施工完毕后,废 弃 的泥浆、油 污及施工 留下 的其他各种废弃物装车运 走,恢复地貌。3主要施工技 术措施根据该项工 程穿越管径大、距离长、地 质 复杂的特点,加之国家重点工程 对环保的严格要求,主要 采取了多 级扩孔、泥 浆循环利用等技术措施。.31多级扩孔由于泥 浆在 长距离 返排携砂 过程 中流 动 的阻力较 大、流速较 慢,清孔和洗孔 的效 果不 易达 到施工要求,因此造成环 形空间 的有效尺寸 相对减 少,采用多级扩 孔,每次 切割 下 的岩屑相对循环着 的泥 浆而 言所需 要返 排的量 减 小,环 形空 间 的有效 尺寸得到保障。由于穿越管径大,因此所需切 割刀、扩 孔器的尺寸也相应增 大,在 扩孔 时扭 矩也 相应增 大,采用多级 扩孔可有效 减小 扩孔 扭矩,减 小施 工风 险。该工程 采用了六级 扩孔:第一级,切割刀6 1Om m(24in)FY LC U竹E R,扩孔 器457m m(18in)B A RR E LRE AMER第二 级,切割刀762m m(30in)F L YC UT TER,扩孔器6 10mm(24in)BARR E LR E AME R第 三级,切割刀g l 4mm(36 in)FL Y Cu件E R,扩 孔器762m m(3Oin)BA R R ELR EAMER第四级,切 割刀I O67 m m(42in)FLYCUT-TE R,扩孔 器914mm(36in)B ARR E LRE A M ER第五级,切 割刀I Z 19mm(48in)FY LCUT-TE R,扩孔 器1O67 n rm(4 2in)B A R R E LRE A M E R第六 级,切 割刀132 lm m(52in)F l二YC IJT-TE R,扩一孔 器121gm m(48in)B AR R ELR EA M ER.32泥浆循环利用淮河穿越 工程 管径 大、距离长,要经过 多级扩孔才能 完成。这样 对泥浆的需求量很大,返 排 出的泥 浆对 施 工区域 的环 境会造 成 一 定 的破坏,所以,购 置了一 套泥浆回收装 置用于该 工程。泥浆回收 装置 安放在 人土点侧钻机 工地,设备的配备如下:双层线性高频振 动筛、除砂 器、除泥 器、循环罐、配浆罐、储浆罐等。用砂 泵把 泥浆池 中的泥浆 送给振动筛,进 行一级净化处理,除去大 颗粒 钻屑,然后经 除砂器 除砂进行二级净化处理,最后由除 泥器 除泥进行三 级净化处理,经 三级净化 处理 后,泥浆 中固相 颗粒在巧林m以_L的被过 滤 清除,可以循环再利用。泥浆循环 利 用 的 优点:保 证 泥 浆 的 粘度,减少环 境污染,降低泥浆材料消 耗,保证泥浆供给量,减少占地 面积,降低泥浆清理 费用。.33采用中心定位器,保证扩孔 质量从第四级扩 孔开 始采 用前置 中心定位器。随着扩 孔尺寸的增大,所需 切 割刀、扩孔 器的尺寸 也相应 增大,其重量 也随之增 大,如果不 采用 合适尺寸的中心 定位 器,扩孔 时则扭矩 变化范围大,将使孔心 偏离 原来 的 中心线下 移,最终 成孔 为葫 芦形(上小 下 大),给 管子回拖带来困难。而采 用合适 尺寸的前置 中心定位 器,可 减小 扭矩 变化,使最 终 成孔尽可能 圆,提高扩 孔效率,延长钻具寿命。.34挖发送沟注水 漂管淮河 穿越 工程 所用 钢管壁厚是 全 线最厚 的,因此 管子 重,每根 管 子 平均 重 量 约8 0kN,间拖 管段总重 量 近7000k N,为了减 小回拖 阻力,采用 了挖发送沟注 水漂 管法,在回拖过 程 中,始终保持孔 外的穿越 管段完全处 于漂 浮状态,充 分利 用了当地 丰(下转 第 1 2页)2 0 0 2年2月石油工程建设第28卷第1期控制 的,只有在 某个区域 所 富积 的氢浓 度达 到临界值才会导致 冲击 韧性 的降低。随着所 采用试验 方法的变形速率的增 大,试件 中的 位错运 动 速率亦 增大,在一 定温度 条件 下,试件将 存在一个 临界 应变速率卜.,当实际应 变速率V大于犷、时,由于氢原子 的扩散速率小于位错运 动 的速率,使得 氢来 不及扩散到裂 纹尖端,产 生氢的 聚积,裂纹 尖端就不会产生 氢压,也就 不会诱发 裂纹,从而导致 示 波冲击试验所 提供的弹 性 变 形 功A。、裂纹 形 成 功A、裂纹扩 展功A,以及 总功A,等动 态 断裂信息未出现明显变 化。因此,在实际生 产应 用 中应 选用应变 速率较 小的试验 方法 来评价HC I所引起的韧 性损 失。4结 论(l)经 过N ACE饱和HZS溶 液 浸 泡过 的管 线钢HC I试样,在应 变速率较 大 的冲击 韧 性试验 条件下,其韧性 变 化无法表现,无论是其弹性变 形功A、裂 纹 形 成 功A.、裂 纹 扩 展功AI,还 是总 功A.均无明显 变化。(2)冲击 试验 的应 变速率大于材料 的 临界应 变速率是导致氢 致开裂与冲击韧 性试验无 关的根本 原因。(3)在实际生产 中对于存在 氢致开 裂倾向的结构不 宜采用冲击韧 性试验来评价其韧性 大小,宜 采用应 变速率较 小 的试验 方法来 进行评 定。参考文献1潘 家华.关 于输气管道氢致裂 纹 的研究.油气储运.19 97,16(12)2张旺峰等.抗HZS石 油专用管材的成分优化.机械程材料.199 9,2 3(l)3GB 86 5 O一88管线钢抗阶梯型破裂试验方法*徐 学利,副教授19 85年毕业 于西安交通大学机械工程系,现主要从事材料成形及 其 控制工程的教学、科研工作通 讯地址:陕西省西安 市,邮编:71006 5,电话:[phone](编辑王jz平收稿日期20 0 1一0 9一2 0)二二r之花,立万卜全7之7合少二二尸)夕之,7立7立刃尸二二r(上接第6页)富的水源及地 下水位高 的有 利条件,大大 减小r回拖 阻 力。实践证明,该项措施是切实可行 的,对于大口径、大壁 厚管线穿 越,此方法值得推广。.35改善泥桨性能,防止塌孔随着 扩孔 尺寸 的增 加,塌孔 的可能性也 相应增加。此次 穿 越 地 层松 软,人 土点侧有g m厚 的 粉、细砂 层;出土点侧有sm厚 的粉、细砂层,结 构 松散,不含粘结物,部分性 态接 近 流沙层;穿 越地层部分含砾 石、贝壳。为了防 止塌孔、缩 径,在泥 浆配比中加了适 量 的防塌剂。在 预 扩、回拖 过程 中,8 0%多 的泥浆从 出土点侧返出,实践证明成孔 非 常理想,减小了扩 孔扭 矩和回拖 阻力。4改进建议在 施工 过程 中,我们也 发 现了一 些 问题和不足之 处,希望 在以后 的工 程 中逐步改进 提高。.4 1回收出土点侧泥浆在 本次 穿越 施工 过程 中,大部分泥浆从出土点侧 孔眼返 出,由于没有铺设泥浆回收 管路,使出土点 侧泥浆没 有回收利用。建议在以后的西 气东输穿越 工程施 工前,先进行 光缆 钢套管穿 越,利用钢 套管把 出土点 侧的 泥浆输 送到 人土 点侧,通 过钻机 工地 的泥浆循环回收装置净化处理重 复 利用。这样 泥浆回收效率将大 大提 高,降低 施工 成本,减 少占地面积,有利于环 境保 护。.4 2使钻具 配套合理现 有 的钻具,如 切割刀、扩孔 器、中心定位器规格不全,不能按照最佳配套使用,这样降低了扩孔效率,建议加强钻 具 的配 置使 之 更科学 合 理,满 足工 程需要二5结束语西气东输淮河 穿越 工程 是 我国迄 今 为L上上程规模最 大 的水平 定 向穿越 工程,在国际卜也堪称 穿越工 程规模 最 大的工 程之 一,其施一卜难 度之 大可想而知,加 之是整 个西气东输管 道第 一穿,也是整个西气东 输管 道工 程第 一个 单项竣工 的_l_程,因此,该工程 的成 功穿 越具 有里程碑的作用,也 为 西气东 输工程 规模 更大的黄 河穿越 工程 积 累r经 验*尹 刚乾,工程师。1 9 9 1年毕业 于石 油 大学(华 东)计算机及应用专业,一直从事水平 定向穿越施工技术 和管理工作,19 98年参加中国石油天然气管道局对 外合作项目经理 培训班并赴加拿大培训,参加了苏丹管道水平 定向穿越尼罗河和阿特巴拉河工程。现任中国石油天然气管道第三工程公司穿越 分 公司副经理兼工程 部 部长一、通 讯 地址:河南 省中牟县,邮编:4 5 145 0(编辑土力平收稿日期200 1一1 1一2 8)ROLU MEENGNEINE RG C ONSTRUCTIONBi一MonthlyEstablishedin1975ISSN I加1一22 60CONDESGJI gE4348BMFax6228一25344876Vol.2N8o.1,Sei ralNo.163,Febu ra y r2002SPos no r:Chin aNatio n al e Pro rle umCop ro a rlio n(CNPC)h a I加ishe此山o tr:Rese ac rhInst.ofe Pr to rle umEng.e Tchn ol卿Adde rs s:40 Jinta ngHih gw ay,a Tng g u,i Tan jin300 451,P.R.Chinai Dstribuo tr:Chin aInten ra tiona lBo oka r TdingCop roa rtionP.0.Bo x399,Bei jing1000 4 4,P.R.ChinaCON T E N TS&ABST R ACTSWESTC H INAG AST R A NSPOR TEDTOTHEEA ST(2)Dis cus siononRPelin eCo s ntu ric t o ninWae trDes n eAre a sofSo uthe as tCh ia ninWe stCh ia nGa sTa rs nPoe r tdo ttheEastho jeet及口刀召Shibin(XuzhouJiangsu),u TLiehe嗯iNui Jlu,h Z朋9Cuh nu a&h CenAnliPIPelineeonstu retioninSouthe astChinawate rdensea e ras,inh wiehthemaina e ra15173kmbe-w te eneitie sofChangzhoutoShanghai,15oneofthediif feultie sinther Po jeetofWestChinaGa sTr ans-pi o redtotheEast.h Te的elede s ei rbedthegene ra leha ra cte ristie sofirversa ndpondssPe raddense,in-to rdue edeic rumsta neesindetailso flandsuv reya longtheline,anddis euss edtheeo nstu retionmethodsaimedatthedii f feultie sofwate rdens eare a s.Someus ef ula ndbenei feia lexpei rene ef orPipelinee o nstme-tion15prO VidedinthePro je etO fWe stChinaGa sr Tan sPor tedtotheEa st.Keyw ords:wa te rdens ea e ra,PIPeline,e onsu t retio n,method,diseus sion(5)TheF irstCe rs singinthePo j re eto fWe stChin aGasTr ansPor tedo th teEa st一iDc e rtio nal D i r llingofCro s singh teHui ahe形ve rYinG山继刃ia n(puyangHen an)Hoirzo nta ldireetion滋di rllingofero s singtheHui a heR ive r15thela s re steo rs sing5 0a frinChina,anda ls othei fr steo rs singinWe stChinaGa sr Ta n spor tedtotheEa stPro je et.h Ter e15eer taindii f feultyduetotheeo rs sing飞lo ngdistane e,lag e rdiametero fthepiPelinea ndso f t5011ba s eete.Ae e od ringtothea bo v ee onditions,thepa pe rempha t ie allyinto rdueesthesitua tionofPipelineeo rssingengine eirng&s omeme as ue rs,sueha sm ultilevele raming,mude reyeleus e,e entra loi rentation耳doptio nanddiggingtos endoutw ate r一f lo attubetothediteh,theslu卿po rper tie simpo rv ingete二h Tepe rcio usexpi e reneeo feo rssinge onstu rctionme a sur e swa spr ovidedf ormoe rla s re一sea leengine ei rnginf utur e.Keywo rds:hoi rzontalorienta t ingdi rlling,irver,eo rs sing,eonstu retionRES EAR C H&DISCUS SION(7)Stres sC i aeulai to nMeh todf ori Dg gig nBuried代e plineon 一lineWeiL ixin(DaqingHeilon幻iang),LiuYa n吕Wang只咭&及a oHo嘀it I15impor tanttodigburiedpiPelin esa f elywhenr ehabilitation15即plied.h Tea r tielee stablishedame eha niea lmodela th tee onditionofdig gingpiPeline,e onsidei rngdi路inglengthofr ePaii rngpipeline,5011eha a retei rstiesa lo ngthepiveline5distirbutiona ndothe re r la tiv ef aeto r swhiehef f eetthes e eui rtyofdig-ging.Ae e od ringtothemodel,thema ximumstre sswa sea leulatedbyi fniteelementsmethod.Sometheoy rigstw asvo rv idedtodie rotthePIPelinee rha bilitationsa f ely.Keyw od rs:PIPeline,r ePair,i fniteelementmethod,stre s se aleula t ion,s硫y ta n日yses(10)e Rlai tviy tbetwe e nHydr oge nInducedCr a e址g nandC har PyVN Ot ChTe stof巧Pelie nSe telXuXu eliX(i,anShanxi),XinX玩ia n,WuYa tig n&W记刃堵iJa nm inUsingmethodsofN ACEH多sa tur ationsolutionandwv aeimpa etingtest,thee r la t ivitybetwe enhydro-genc raz ea ndi呷a ctingten aeiy tofp ipelinesteelwa sdiseus s eda ndana lyzed.There sultsshowtha ttheI HCs amPle shav enowaytoe xpe rs sthetena eitya f te rdip pinginthes olutiono fNAC Esa tua r tio nHZS50-lutionunderthee onditionofim Pa ctingtena eiy tatla rgerstr e s sa r te.h Tee r15noobviousehangenomatterwha te re o ver ablest rainwok r,ea c rkingsPe radingwo rkandthewholewok r.It15sugge stedthate v吐ua tion一2一