燃气管道水平定向钻穿越线路设计

骆力

摘要：水平定向钻技术的应用与推广，受到燃气管道施工单位的关注与重视，使其逐渐成为燃气管道施工建设的一项重要技术。本文主要从燃气管道水平定向钻穿越设计的概述；遵循的主要规范；工程测量、地质钻探的要求；水平定向钻施工图线路的设计；水平定向钻穿越设计实例出发，探索和研究了燃气管道水平定向钻穿越线路设计，为燃气管道设计提供了理论基础。

关键词：燃气管道；水平定向钻；穿越工程；路线设计

引言：随着人们文明和环保意识的逐渐增强，开挖路面及河流进行各类地下管线施工导致的社会问题，交通问题和环境污染问题已越来越受人们的关注，非开挖技术推翻和打破了传统大开挖落后的铺设各种地下管线的方式。非开挖定向钻穿越技术是非开挖技术领域中占主导地位并且发展最快的高新技术之一。通过采集所需的全部信息，利用计算机进行最优化钻孔轨迹设计，大大提高了水平定向钻轨迹设计的科学性和设计效率。

一、概述

在高压燃气管道的施工过程当中，应用水平定向钻技术有效提高了施工工程效率。近些年来，因其具有良好的经济和环境效益，在管道施工中一直占据着重要地位，并得到了广泛的推广和应用。水平定向钻敷管技术是一种现代非开挖敷设管道的施工新技术，主要用于各种管道穿越河流、公路、铁路等障碍物。水平定向钻的基本原理是：按预先设定的轨迹钻一个小直径导向孔，随后在导向孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔，当扩孔达到要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管道，回拉敷设地下管道。水平定向钻进技术作为一项新型的燃气管道非开挖施工技术，具有不破坏环境、不影响交通、施工周期短、综合效益高等优点。

二、线路设计应遵守的主要规范

燃气管道水平定向钻穿越线路设计是一项复杂、繁琐的系统工程，其设计方案受到各项规范的制约，具体应遵守的主要规范有：

1、《城镇燃气设计规范》（GB50028—2006）。

2、《城镇燃气输配工程施工及验收规范》（CJJ33—2005）。

3、《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：A级钢管》（GB/T9711.1—1997）。

4、《输气管道设计规范》（GB50251—2003）。

5、《输油输气管道工程线路工程施工及验收规范》（SY0401—1998）。

6、《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分：B级钢管》（GB/T9711.2—1997）。

7、《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范》（SY/T4079—1998）。

三、工程测量、地质钻探的要求

1、工程测量单位应提供的资料。平面地形图（1∶500或1∶1 000）；断面图（竖向1∶100或1∶200，纵向1∶500或1∶1 000）；下管道的物探资料，物探结果要求反映到断面图上。一般要求物探的范围是穿越管段四周50～100m范围。地下管道物探主要了解有关地下已有管道和其他埋设物的位置，为设计钻进轨迹提供依据。物探方法按定位原理分为电磁法、直流电法、地震波法和红外辐射法等；穿越通航的水域时，必须取得航道主管部门的批准。航道部门一般要求地形图的测量范围是穿越段两端（上、下游）各大于300m；标高要求采用珠基水系标高（广东省航道部门的要求），坐标要求采用北京坐标系；断面图上要反映出航道的位置及宽度。

2、地质钻探孔布置及深度。设计人员应绘制地质钻探孔布置图，提供给地质钻探单位，地质钻探单位根据地质钻探孔布置图进行地质钻探。《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范 穿越工程》（SY/T0015.1—98）第3.5.4条规定，如采用定向钻、顶管或隧道敷设穿越，地质钻探孔应交叉布置在穿越管段中線两侧，距中线50m。《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范》（SY/T4079—1998）附录C.01规定，地质钻探孔应沿穿越管道的轴线两侧布置，一般孔距为100m，每排孔与穿越管道轴线距离为20～30m。根据以上规定，在实践中我们对地质钻探孔的密度进行适当加密。

四、水平定向钻施工图线路的设计

水平定向钻施工图线路的设计是根据工程要求、工程地质报告的结果、地下障碍物的具体位置，设计出钻杆最佳钻孔路线。根据近年来的实践经验，总结出水平定向钻常见的设计线路见图1。

主要参数及技术条件如下：

1、入土角α一般控制在9°～12°，最大不超过18°。

2、出土角β一般控制在4°～8°。

3、入钻点之后的直线段长度L1≥20m。

4、曲线段的曲率半径R大于等于1 500倍公称直径，且最小曲率半径不应小于300m。

5、水平段最小长度L2≥10m，因为一般比较大型的定向钻穿越的钻杆常用10m钻杆，水平长度取大于等于钻杆长度。

6、防腐层防腐等级为加强级。

7、场地要求：入钻点、出钻点要求离开河流的常年水位水边线50m以外。入钻点场地要能安装钻机和蓄水池及泥浆池，可取25m×25m。出钻点要有组管场地，当组管场地不够时可采用“2接1”（管道分2次进行回拖）或“3接1”（管道分3次进行回拖）的方式进行。·11B·

五、水平定向钻穿越设计实例

主干管，管道全长为3 200m，其中仑头海、官洲河2处为定向钻穿越。仑头海穿越水平长度为445m，官洲河穿越水平长度为350m，设计管径为D406.4×7.9，设计压力为0.4MPa，穿越管段管材采用高频直缝电阻焊钢管，材质为L415。仑头海的入钻角为10°14′，出钻角为7°22′。官洲河的入钻角为10°，出钻角为7°。水平段埋深最浅处大于7m。管道焊接采用下向焊焊接工艺，焊条选择AWSE7010G纤维素焊条，焊条直径为3.2mm。管道焊缝应在100%外观检查合格后，进行100%射线探伤，探伤按《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》（GB3323—2005）的规定，Ⅱ级为合格。穿越管段防腐采用3层PE加强级防腐[4]。管体表面用喷砂除锈，除锈等级达到Sa2.5级的要求，再采用双组分无溶剂环氧涂料打底，干膜厚度≥200μm，然后包覆定向钻工艺专用的聚乙烯热收缩套防腐。采取电火花检漏，检漏电压为15kV。

六、结束语

在高压燃气管道的施工过程当中，应用水平定向钻技术有效提高了施工工程效率。近些年来，因其具有良好的经济和环境效益，在管道施工中一直占据着重要地位，并得到了广泛的推广和应用。本文结合水平定向钻技术的发展，介绍了水平定向钻的技术特点，具体阐述了它在高压燃气管道施工中的应用以及注意事项。

参考文献：

[1]张红敏，张学智.浅议水平定向钻在燃气管道施工的应用[J].科技资讯，2008（23）.

[2]傅丽霞，唐林峰.水平定向钻在燃气管道铺设中的应用[J].科技咨询导报，2007（19）.

[3]蔡亮学，何利民，吕宇玲，薛振兴.水平定向钻穿越方案设计方法研究[J].石油工程建设，2010（2）.