淺談水平定向鉆在油氣管道工程中的應(yīng)用

孫惠（中國石油化工股份有限公司天然氣分公司，北京 10000）

淺談水平定向鉆在油氣管道工程中的應(yīng)用

孫惠（中國石油化工股份有限公司天然氣分公司，北京 10000）

隨著城市化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求不斷提升，我國的石油、天然氣、水力、電力等工程不斷擴(kuò)展并且在施工技藝和工程建設(shè)等方面都得到了進(jìn)步和提高。尤其是我國的油氣管道工程，我國的油氣管道總長較長，并且還在逐漸增加，為工業(yè)化進(jìn)程的加快發(fā)展和保持經(jīng)濟(jì)高速曾崢提供了原動力和支持，我國的石油儲備較低且分配并不均勻，形成了依靠進(jìn)口和北油南下、西油東運的格局，這就導(dǎo)致油氣管道施工成為我國工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)工程。水平定向鉆石油氣管道工程中使用的不開挖地表、節(jié)能環(huán)保且成本較小的一種重要的施工機(jī)械。本文將對水平定向鉆在油氣管道工程中的作用進(jìn)行分析探討，為油氣管道施工建設(shè)提供參考建議。

水平定向鉆;油氣管道;應(yīng)用

水平定向鉆多應(yīng)用在水力、電力、石油、天然氣、煤氣等的管線鋪設(shè)施工建設(shè)中，它能夠在不開挖地表面的情況下鋪設(shè)多種公用設(shè)施，比如管道和電纜等。我國的油氣管道工程隨著經(jīng)濟(jì)的高速增長和工業(yè)的進(jìn)步，正在逐步發(fā)展，油氣管道工程對施工技藝和工程質(zhì)量提出了更高的要求，既要保證施工地的環(huán)境與資源不被破壞，又要保證施工進(jìn)步和質(zhì)量。水平定向鉆不僅適用范圍廣，而且施工精度高、施工速度快，投入成本低，這些優(yōu)點都成為油氣管道工程的首選。但是，要熟練掌握水平定向鉆的基本工藝方法，提高水平定向鉆的實際使用效果并積極促進(jìn)我國油氣管道工程的發(fā)展，保證我國油氣輸送的安全和穩(wěn)定。

1 水平定向鉆及其特點

1.1 水平定向鉆

水平定向鉆是一種以不開挖地表，鋪設(shè)多種地下公用設(shè)施，如管道和電纜等的一種施工機(jī)械，廣泛應(yīng)用于水力、電力、石油、天然氣、煤氣等工程的管線施工中，并且水平定向鉆可以在粘土、沙土、卵石等多種地況條件下施工，適合我國大部分的非硬巖地區(qū)來使用，在我國有很好的施工條件。

水平定向鉆技術(shù)在-15℃至+45℃的環(huán)境中都可以作業(yè)，并且是將石油工業(yè)中的定向鉆技術(shù)與傳統(tǒng)的管線施工技術(shù)結(jié)合起來的新型施工技藝，在最近十幾年的時間里獲得了快速的發(fā)展和進(jìn)步，尤其是在發(fā)達(dá)國家的油氣等的工程建設(shè)中成為一個新興產(chǎn)業(yè)，拉動了石油、天然氣等工業(yè)的進(jìn)步。

1.2 水平定向鉆的特點和發(fā)展趨勢

水平定向鉆作為一種新型施工技術(shù)，具有施工精度高、施工速度快、投資成本低、節(jié)能環(huán)保、對資源和周邊地表建筑等的破壞小的特點。具體來說有以下幾個特點：

第一，破壞及影響小。水平定向鉆不開挖地表，而且在地下鋪設(shè)管道，對交通、綠地、植被、周邊建筑、環(huán)境和居民的正常生活都沒有阻礙和影響，是現(xiàn)代化水平較高且文明施工的有利設(shè)備。

第二，穿越精度高。由于水平定向鉆不開挖地表，所以存在穿越的特點，其穿越設(shè)備的穿越精度比較高，并且易調(diào)整敷設(shè)方向及埋深，其管線弧形敷設(shè)距離較長的特點可以埋深，又能夠繞過地下的障礙物，保證工程質(zhì)量。

第三，穿越可靠。很多管道工程的管網(wǎng)埋深都比較深，即使穿越河流時也會達(dá)到河床下9-18米，水平定向鉆穿越不會對地表、地貌等造成影響。并且，水平定向鉆沒有水上、水下作業(yè)，對通航、河床結(jié)構(gòu)等沒有影響，施工的周期較短且施工效果好，非常可靠。

第四，靈活性好。水平定向鉆的進(jìn)出管道工程現(xiàn)場的速度比較快，而且調(diào)整起來比較方便、靈活，施工占地少、工程造價低，成為當(dāng)前很多城市管道施工工程的首選。

當(dāng)前，水平定向鉆朝著微型化、大型化、適應(yīng)硬巖作業(yè)、鉆桿自動堆放和提取、自備式錨固系統(tǒng)、防觸電系統(tǒng)等智能化、自動化、深度高的導(dǎo)向監(jiān)控、應(yīng)用范圍廣的方向發(fā)展。無論是大型管道施工還是中小型管道施工都有比較好的適用性。

2 我國油氣管道的特點

目前，我國的油氣管道總長已經(jīng)超過了15萬公里，新建天然氣管道超過了3萬公里，新建原油管道超過了1萬公里，新建成品油管道1-15萬公里，油氣管線施工建設(shè)投入已經(jīng)超過了3000多億元。而且我國經(jīng)濟(jì)保持高速發(fā)展態(tài)勢，工業(yè)化進(jìn)程逐漸加快，未來對油氣的需求會更高。

我國油氣管道的施工技術(shù)正在不斷進(jìn)步，不僅提高自身的技術(shù)能力而且不斷引進(jìn)國外先進(jìn)的施工技藝和施工設(shè)備。例如，當(dāng)前，我國的原油管道主要輸油干線都實現(xiàn)了密閉輸送，管道的用管級別已經(jīng)達(dá)到了X65，我國自行設(shè)計和制造的長輸管道用高效輸油泵后泵效能達(dá)到84%以上，而且管道工程建設(shè)和輸送方面的能耗逐年降低，管道實現(xiàn)了自動化控制。但是，我國的油氣管道工程仍然與世界先進(jìn)水平存在差距，在施工設(shè)備和施工工藝上都應(yīng)該更上一層樓，不斷革新和創(chuàng)新，推動我國油氣工程建設(shè)，帶動我國工業(yè)進(jìn)步和發(fā)展。

3 水平定向鉆在石油管道中基本施工技術(shù)

水平定向鉆是從國外引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，逐漸在很多工業(yè)建設(shè)中進(jìn)行廣泛應(yīng)用，對我國的的城市化發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)。其施工工藝主要包括三個階段：

第一，導(dǎo)向孔鉆進(jìn)。導(dǎo)向孔鉆進(jìn)的具體施工是根據(jù)要穿越的地質(zhì)、地貌和地況實際情況進(jìn)行綜合分析，并最終確定合適的鉆頭以及導(dǎo)向板、地下泥漿馬達(dá)，在入土點鉆進(jìn)，整個鉆進(jìn)施工過程都要監(jiān)測和控制鉆進(jìn)工具，保持鉆孔的延伸軌跡是根據(jù)設(shè)計行進(jìn)的，在從另一端鉆出時就完成了整個導(dǎo)向孔施工。

第二，擴(kuò)孔。擴(kuò)孔是定向鉆施工技藝當(dāng)中的重點和關(guān)鍵，對鋪設(shè)管道起到關(guān)鍵作用。因為之前使用了小口徑的鉆頭來鉆進(jìn)，現(xiàn)在應(yīng)使用擴(kuò)孔鉆頭以擴(kuò)大導(dǎo)向孔。擴(kuò)孔鉆頭要根據(jù)擴(kuò)孔的直徑、長度以及設(shè)備能力來進(jìn)行選擇，保證擴(kuò)孔施工的有效性和成功率。

第三，管道回拖。管道回拖是水平定向鉆施工中最后一個步驟，并且在條件允許的情況下，管道鋪設(shè)可以和最后一級擴(kuò)孔同時進(jìn)行，這樣做的目的是防止鉆孔暴露時間過長而導(dǎo)致孔壁坍塌。而如果在清孔不夠徹底、鉆孔坍塌、鉆孔彎曲嚴(yán)重、泥漿潤滑不夠理想的情況下，是不可以進(jìn)行管道回拖施工的，這樣會導(dǎo)致管材變形或者拉斷，致使拉管失敗甚至人身危險?？梢姽艿阑赝霞夹g(shù)也是需要謹(jǐn)慎操作和較高的工藝水平的。

4 水平定向鉆在油氣管道工程中的應(yīng)用

前文提到水平定向鉆多用于管道鋪設(shè)工程中的地下公用設(shè)施的施工建設(shè)，尤其是電纜和管道。我國是當(dāng)前世界上的五大油氣生產(chǎn)國之一，伴隨全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和國際合作的進(jìn)步，以及對能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的重視，我國對清潔能源更加重視。石油和天然氣是不可再生清潔能源，使用量逐年上升。我國的油氣長輸管線已經(jīng)達(dá)到了2萬多公里的總長，通信光纜是油氣長輸管道工程建設(shè)中的重要工程，為油氣管道的數(shù)據(jù)傳輸、通信、故障檢測和排除提供保障。下面介紹一下在油氣管道的通信光纜敷設(shè)中如何正確操作和使用水平定向鉆。

水平定向鉆在油氣管道的通信光纜施工建設(shè)中主要涉及的是穿越部位，如，湖泊、河流、公路、鐵路、學(xué)校等不能用普通頂管通過或者常規(guī)開挖的障礙部位，在這些穿越位置要十分注意水平定向鉆施工技術(shù)。需要注意以下幾點：

首先，敷設(shè)技術(shù)的方式選擇。通常面對以上情況，可以選擇兩種方式，一種是同孔敷設(shè)，一種是分別敷設(shè)。同孔敷設(shè)，即油氣主管與光纜套管同時在同一個空洞內(nèi)回拖鋪設(shè)。這種方式成本投入小且工期較短，但是，容易受限于擴(kuò)孔直徑和穿越距離。并且，油氣主管和光纜套管容易在長距離之后出現(xiàn)纏繞問題，增大回拖的阻力致使光纜套管可能出現(xiàn)回拖斷裂的現(xiàn)象。因此，在具體的選擇上，要根據(jù)穿越的實際情況和設(shè)計要求進(jìn)行選擇。另外一種分別敷設(shè)，是指油氣主管與光纜套管分別進(jìn)行打孔敷設(shè)，這樣施工能夠減小主管回拖的阻力，安全性更高。但是，同樣的，這種方式也要根據(jù)施工的實際情況和地質(zhì)條件等進(jìn)行施工。

其次，管材注意事項。管材的選擇就是要采用何種類型的光纜保護(hù)套管，通常情況下，小型穿越施工（＜400m）可以選用回拖普通的硅芯管或者是加強(qiáng)型的硅芯管，而如果是大型的穿越施工（＞400m）的可以選擇114mm*6mm型鋼管作為保護(hù)套，將硅芯管放置于鋼管內(nèi)部。

再次，光纜敷設(shè)技術(shù)。我國通常采用硅管內(nèi)壓縮空氣吹纜敷設(shè)方法。但是隨著我國油氣管道工程的穿越距離逐漸變長，甚至達(dá)到了幾千米的長度，使用水平定向鉆施工需要將管道一次性的預(yù)制完備，而且需要將光纜和硅芯管都要放置好后才能回拖，避免出現(xiàn)拖完管之后而光纜穿不進(jìn)去的現(xiàn)象。因此，普通的吹纜敷設(shè)方法對長距離的光纜敷設(shè)施工不適用。改進(jìn)之后的光纜敷設(shè)技術(shù)是在光纜鋼管焊接時將套管中預(yù)先放置一條鋼絲繩，并將硅芯管放置在地面上，同時分段把光纜吹好之后使用預(yù)設(shè)的鋼絲繩將光纜拉進(jìn)套管內(nèi)，這樣操作就既方便又適用于長距離油氣管道了。

最后，回拖阻力的處理。在直接回拖硅芯管以及回拖鋼套管時，因為管徑小的限制，其承受的會拉力也是有限的，尤其是在越來越多的長距離油氣管道工程中，穿越時的回拖阻力是個施工難題，有效降低回拖阻力是保證施工成功的前提。目前，我國通常通過保證成孔的方法來減小回拖阻力，因為成功和效果佳的成孔能夠?qū)艿婪笤O(shè)和回拖提供良好的條件和環(huán)境。在成孔時，要依據(jù)周圍地質(zhì)條件和地況情況以及工程條件，確定科學(xué)合理的成孔方法與鉆進(jìn)泥漿，并且注意鉆進(jìn)的速度要和施工要求和實際情況相匹配，可以擠壓或者懸浮，選擇能夠保證孔洞有效形成的方式。

5 結(jié)語

我國油氣生產(chǎn)總量不斷增加，且在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和環(huán)保意識的推動下，石油和天然氣的使用量會逐漸增加。油氣管道工程的質(zhì)量和可靠性是保證我國油氣安全輸送的前提，通過水平定向鉆這個新興的地下公用設(shè)施鋪設(shè)施工機(jī)械，在油氣管道和通信光纜等的敷設(shè)中起到重要作用。經(jīng)過多年的使用和革新，水平定向鉆技術(shù)在施工工藝和施工中，都取得了一定的進(jìn)步，但是還需要不斷的進(jìn)行研究和改進(jìn)，以發(fā)揮水平定向鉆在油氣工程中的作用。

[1]史越倩,張成喜,姜楠楠.水平定向鉆穿越工程技術(shù)要點[J].煤氣與熱力,2007,09:1-4.

[2]張帆,王晨,葛志祥.水平定向鉆的結(jié)構(gòu)和施工工藝[J].煤氣與熱力,2002,02:153-155+159.

[3]閆相禎,丁鵬,楊秀娟.水平定向鉆技術(shù)在管道穿越工程中的應(yīng)用研究[J].石油學(xué)報,2008,02:292-295.

[4]韓憲明.水平定向鉆在油氣管道光纜敷設(shè)中的應(yīng)用與實踐[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2013,09:321.

[5]曹培峰,雷國霞,劉鵬,李軍.小型水平定向鉆在石油天然氣管道工程施工中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2011,21:13-14.