天然气管道定向钻穿越公路质量控制

天然气管道定向钻穿越公路质量控制

李志为

中国石油工程建设有限公司西南分公司    四川省成都市高新区610041

摘要：是近几年来普通顶管穿越大量被定向钻穿越代替,质量控制更显重要。为此,天然气管道定向钻穿越公路质量控制需首先从熟悉天然气管道定向钻穿越工程的主要施工工艺(包括钻导向孔、扩孔、回拖)出发,强化施工准备阶段、施工阶段的过程质量控制。以大化北线阀组间调整改造工程穿越公路现场为实例,从施工材料、施工方法及作业环境等方面,讨论控制内容,优化控制过程。

关键词：天然气管道;定向钻穿越;施工准备;质量控制

近几年,定向钻穿越技术在大庆油田天然气管道穿越油田路、水渠等构筑物的实际应用越来越多。由于路面宽度的增加,传统的手掘顶管技术已更多地被定向钻穿越技术替代。定向钻穿越技术作为一种成熟的非开挖穿越技术,它与普通顶管作业技术相比具有经济性可行、技术上成熟、 适用面广的特点。管道工程施工主要工序包括焊接、检测、防腐、补口、打压、通球等,天然气管道定向钻穿越工程几乎涵盖了管道施工全部工序的质量管理。

1定向钻工艺及特点

定向钻主要施工工艺如下:钻导向孔→扩孔→ 管道回拖。

1.1钻导向孔

根据穿越的地质情况,选择合适的钻头,开动泥浆泵对准入土点进行钻进,钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转切削地层,不断前进,每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置,以便及时调整钻头的钻进方向,保证所完成的导向孔曲线符合设计要求,如此反复,直到钻头在预定位置出土, 完成整个导向孔的钻孔作业。钻机安装在入土点一侧,从入土点开始,沿着设计好的线路,钻一条从入土点到出土点的曲线,作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。

1.2预扩孔

在钻导向孔阶段,钻出的孔往往小于回拖管线的直径,为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3~1.5倍,需要用扩孔器从出土点开始将导向孔扩大至要求的直径。一般情况下,使用小型钻机时,直径大于200 mm时,要进行预扩孔。使用大型钻机时,当产品管线直径大于DN350 mm时,需进行预扩孔。预扩孔的直径和预扩次数,视具体的钻机型号和地质情况而定。经过钻机多次预扩孔, 最终成孔直径一般比管子直径大200 mm,所以不会损伤管线的防腐层。

1.3管线回拖

管线回拖时,先将扩孔工具和管线连接好,然后开始回拖作业,并由钻机转盘带动钻杆旋转后退,进行扩孔回拖。管线在回拖过程中是不旋转的,由于扩好的孔中充满泥浆,所以管线在扩好的孔中处于悬浮状态,管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑,这样既减少了回拖阻力,又保护了管线防腐层。经过预扩孔,达到了回拖要求之后,将钻杆、 扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好,从出土点开始, 一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。

2 穿越工程施工要点

2.1 总体要求

定向钻穿越工程开工前，建设、监理、勘察、设计、施工等单位必须进行现场勘查，设计人员应在穿越工作开始前进行设计交底，监理、施工、建设等单位应全面了解设计文件。各责任主体应审核设计文件，完成监理规划、监理实施细则、施工组织设计和专项施工方案的编写、审批工作。施工组织设计的内容包括进度计划、组织机构、定向钻穿越施工方法、工程量清单、场地布置、主要材料、质量目标、机械设备等。

2.2 管道的安装

在最后一级扩孔施工前，穿越段管道组对、管道焊接和第三方检测等预制工作应完成，管道的预制、补伤补口等施工质量应符合设计和标准规范要求。

管道施焊前应具备焊接工艺指导书，对焊接工艺进行评定，形成焊接工艺评定报告，并依据评定合格的报告编写工艺规程，作业人员必须持有符合要求的焊接资格证书。对于3PE防腐管，焊接前应在焊缝两端进行保护。焊缝应成型均匀，不允许存在裂纹缺陷，焊缝及热影响区一般不能存在飞溅、未焊透、未熔合和低于母材等缺陷，焊缝余高应高度应不大于2毫米，超过3毫米的余高应进行打磨。

全部定向钻穿越管段的管道焊接质量必须经超声波检测和射线检测。现场无损检测拍片人员和评片人必须持有相应等级和类别的资格证书，管道的无损检测的合格级别为二级。

2.3 测量放线施工要点

应该按设计单位给定的控制桩位置、地质情况以及设备类型等情况，在测量放线前编制施工场地平面布置图。应该根据测量数据得出管道穿越中心线、入土点的位置和出土点的位置，进而明确钻机的安装位置、泥浆池、管线的施工场地和穿越管段预制场地的边界。

2.4 穿越施工要点

钻进导向孔应根据设计曲线施工，宜收集每一根钻杆的控向数据，依据收集的数据调整钻进方向，钻机方向应与施工图设计文件相一致，实际的导向孔钻进方向与设计偏差应小于1%。

应根据不同的穿越管段的管径大小、总穿越长度、穿越段地质条件和定向钻机性能来确定最后一级扩孔的直径。

应在管道回拖之前，对全部管道应采取电火花检漏的方式进行检测，确保穿越管段的防腐层无漏点。回拖后应对管道出口端防腐层或防护层进行检查，不应存在贯穿性损伤。回拖后的管段防腐层标称电导率应在200

µS/㎡以下或防腐层绝缘电阻值应再5000Ω㎡以上，并应符合设计文件和标准规范规定。

3 定向钻穿越工程质量控制措施

3.1 完善质量监管

一方面,施工单位需完善自身质量管理体系,采取全面、全过程质量管理,建立起完善的质量体系控制施工中各工序,确保按照质量标准严格开展施工和检验活动,在一道工序检验不合格的情况下,是不可开始下一道工序施工的。另一方面,要依据规范和标准做好施工技术、质量管理,落实岗位责任、加强考核。管理中要抓住重点和关键,比如管道预制焊接、导向孔和扩孔作业等,且需严格加以检查。

3.2 选择适宜钻机

在定向钻穿越施工中,一般钻机的选择主要需考虑2项参数,即最大推力/拉力、输出最大扭矩,钻机的选择关系着施工成败,因此需科学选用。在施工过程中,管道回拖时实际回拖力会受到多方面因素影响,比如穿越地质条件、回拖管道长、预扩孔直径等。穿越的地质条件较好的情况下,预扩孔的质量更易得到保证。回拖管道规格越大、长度越大,则其回拖力也相应较大。预扩孔直径大、质量好的情况下,回拖力质量则会愈小。

3.3 导向孔质量控制

导向孔是预扩孔基础,对其质量控制的主要指标为出土角、入土角、曲线偏移等。出土角和入土角的控制相对简单,需确保钻机精确就位和准确的随钻测量。而对曲线偏移的控制,需要操作人员具备精确控向技术、丰富的经验。如果穿越施工中,其地质不均匀或者操作存在失误,都会使得导向孔与要求不符,因此施工前需掌握地质资料,并进行实地勘察,以确保在实际作业中圆滑穿越,而不会存在拐点等情况。

3.4 妥善处理发送道

在天然气管道定向钻穿越工程施工中,会发生钻具断裂的情况。其原因除了地质不均匀、钻具疲劳外,与管道进孔不畅也有很大关系,在管道强制入洞之后,钻具与管道处于不同轴线,应变力作用下局部薄弱环节就会断裂。对此,在开挖发送道的过程中,要尽量使其自然衔接管孔,避免断裂情况的出现。

结束语

在科技进步和经济发展下,定向钻穿越施工技术将得到进一步完善,在天然气管道建设中更多的应用这一技术,当前要不断总结设计和施工经验,促进此技术的推广和应用,使用中采取措施优化施工控制,充分发挥其优势,确保管道穿越工程施工质量和施工效率,能够一次性成功完成。

参考文献

[1]孔令飞.天然气管道定向钻穿越工程质量控制研究[J].石化技术,2019,26(8):263-264.

[2]李国辉,马晓成.油气管道定向钻穿越回拖力分析[J].地质科技情报,2016,35(2):105-107.