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綜合資訊

管道定向鉆穿越施工的可行性分析

  • 來源:廣州示蹤線纜有限公司
  • 作者:王琳
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簡述了定向鉆穿越的施工特點及可行性分析方法,對于給定的管道穿越工程,特別是針對復雜地質條件下的長距離大口徑管道穿越,給出了可以采用定向鉆穿越的基本范圍條件,可為工程施工方案的選擇提供借鑒 .

1 前言 目前水平定向鉆穿越已經應用于多個行業的施工過程中,如石油、自來水、電力電訊等,成為比較成熟的非開挖穿越技術。近年來,世界范圍內定向鉆穿越技術得到了新的發展,特別是在石油天然氣管道建設中,大直徑的如Ф1220管道、長距離的如2km長管道都已經成功穿越。在我國,采用定向鉆技術完成了長江、黃河等大型河流及海域的管道穿越工程,創造了一系列穿越世界紀錄。
2 定向鉆施工特點和可行性分析水平定向鉆進管道鋪設技術是在不清除地面障礙物的情況下,管道從障礙物的底部地下穿越,與其它管線鋪設方法相比它對環境影響小,障礙物下管線覆蓋深度大,對管線保護的效果好。由于不需要清除地上障礙物,并且施工現場恢復工程量較小,可以減少工程建設投資。但是管線采用定向鉆穿越施工受許多條件的制約,在穿越過程中存在不可預測的因素,一旦穿越失敗將帶來不可挽回的損失。
管道水平定向鉆穿越包含鉆導向孔、擴孔和管線預制、回拖等步驟,鉆導向孔是沿著穿越曲線鉆出一個小直徑的孔,然后采用不同規格的擴孔器對導向孔進行一遍或多遍擴孔,以達到需要的孔徑,最后將預制完的成品管線回拖入孔內,在全部施工過程中泥漿起非常關鍵的作用。
對于給定的管道穿越工程,能否采用定向鉆施工主要應考察兩個方面:即技術和經濟方面。在技術方面,首先要通過工程物探和鉆探等手段對管道擬選路由區的地質狀況進行詳細勘察,其目的是了解地形地貌特征,基巖埋設深度和沉積層(特別是礫石層)結構與厚度特征,各土層的物理力學特征,路由區地基土的穩定性情況,以及區內存在的災害地質特征等。為定向鉆穿越可行性分析提供基本數據:地層結構中各種土質的分類;砂礫質物等各成分的分布曲線;巖芯中巖石的品質、抗壓強度、硬度。在經濟方面,比較定向鉆穿越與其它方法穿越的費用,在達到同一穿越效果情況下,如果定向鉆穿越的費用低則在經濟上就是可行的。下面主要討論如何進行定向鉆穿越技術方面的分析。
3 技術可行性分析定向鉆穿越要在技術方面可行,關鍵是在穿越區域地下形成一個穩定的孔道保證管線能夠順利回拖,或地下土層已經成為流質使管線能夠順著這些流質在外力作用下得以回拖。但整個穿越段都是理想流質的情況比較少見,而且局部可能存在異物引起管線防腐層破壞,因此都要求管線回拖前有一個成形孔道,并向孔道中注入性能合適的泥漿。如果在回拖過程中該孔道能夠保持暢通,回拖時作用在管線、鉆桿上的最大應力和鉆機設備上的載荷都在允許范圍內,采用定向鉆穿越就是可行的。因為穿越工程變化多樣,并不存在明確的標準能說明定向鉆穿越是否可行,而且還決定于施工單位的技術裝備和經驗。為了簡便起見,分析穿越的技術可行性可通過與以往工程中的基本參數進行比較,即地層狀況、穿越長度、直徑,這三個因素作用在一起將很大程度上決定定向鉆穿越的可行性。

首要考慮的因素是地層狀況,其中兩種地層最不利于穿越,即高礫石含量的礫質地層、強度和硬度特別高的巖石。地層中含有礫質成分太多時成孔難度大,因穩定性差不易被鉆削成孔或成孔后局部塌方,并滯留于孔中不易被泥漿帶走,成為鉆頭、擴孔器鉆進和管線回拖時的障礙物。高強度和硬度的巖石同樣是穿越的障礙,鉆孔、擴孔速度特別慢,對鉆桿、鉆具要求高,鉆進方向控制困難;相反,特別容易破碎的巖石象礫質一樣給成孔帶來不穩定的因素。地層狀況與穿越可行性關系見表1。
管線穿越的路由地質情況可能相當復雜,不同區段含有不同的成分,盡管對穿越曲線優化設計,有時也將通過不利于穿越的地層,能否穿越決定于該地層穿越長度、連續性及在整條穿越曲線中位置,如改變幾類地層排列順序將使穿越情況完全發生改變。另外,對地層狀況認識是建立在分析鉆探巖芯性質的基礎之上,由于鉆探調查是非連續地進行,而管線穿越沿設計曲線連續進行,在實際穿越中可能遇到意想不到的地層,施工前需充分考慮各種因素。
穿越長度和管徑主要受鉆機和鉆具的能力限制,因為在鉆導向孔過程中,鉆桿存在彈性使穿越長度不能無限延長,而且隨著穿越長度的增加,對鉆頭的鉆進方向的控制能力逐步減弱,導向孔很難按設計的穿越曲線完成。要實現成品管線的回拖,孔徑需擴至管徑的1.2~1.5倍,這樣對于大口徑管線穿越,對堅硬地層進行擴孔作業時扭矩非常大,鉆桿強度有時不能滿足要求;在表2管道定向鉆穿越長度和直徑最大的工程礫質、砂質地層情況下,徑越大的孔道越難維持穩定狀態而易出現塌方,這些因素限制了大直徑管線的穿越。表2列出了目前已經完成的穿越長度和直徑的最大紀錄,分析定向鉆穿越可行性時可與之比較。
對于復雜地質條件下的長距離大口徑管道穿越工程,必須將地層狀況、穿越長度、管道直徑這三個因素綜合考慮,在目前的技術和裝備條件下分析能否采用定向鉆穿越施工,可參考表3復雜地層狀況下穿越管徑、長度可利于管道的永久保護。但是能否進行定向鉆穿越受行性表。許多因素的限制,需對特定管道工程的穿越可行性進行分析,通過對地層狀況、穿越長度、管道直徑三個主要因素進行分析,從技術角度給出了可以進行油氣管道穿越工程采用定向鉆鉆進技術確為非穿越的基本范圍條件,可為分析定向鉆穿越可行性常好的方案,可以節省工程投資,縮短施工周期,有時提供一定指導。

來源/廣州示蹤線纜有限公司王琳     示蹤線,為中國示蹤線領導品牌 !

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