燃气设计中水平定向钻设计的轨迹优化探讨

赖文光

【摘 要】燃气设计工作中，经常会遇到需要设计水平定向钻的情况。本文主要探讨在进行水平定向钻设计时，如何对轨迹进行优化。从而得到相对合理的设计轨迹，为实际工程施工提供更合理的指导。

【关键词】燃气设计；水平定向钻；轨迹；优化；探讨

中图分类号： U175 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）31-0206-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.100

【Abstract】In the gas design work，we often encounter the need to design horizontal directional drilling. This paper mainly discusses how to optimize the trajectory when designing horizontal directional drilling.Thus a relatively reasonable design trajectory can be obtained，which will provide more reasonable guidance for actual engineering construction.

【Key words】Gas design；Horizontal directional drilling；Trajectory；Optimization

1 燃氣设计中水平定向钻设计的轨迹优化方法

图1为某燃气工程（管径为D508*9.5）定向钻穿越河流的纵断面轨迹方案图。 从图上，我们可以看到同一项目，可做出多种方案。本文仅列其中四个方案进行说明：

方案一：假设为原始方案（基准方案）。

不可变参数为：底部直线段长度d=12米、曲率半径R=762米。

可变参数为出、入土角度（α2、α1）（主控因素1），出、入土端斜直线段长度（L2、L1），出、入土弧线段长度（S2、S1），底部直线段距离河床底部的高度（H1）（主控因素2），跨距（L）。出、入土角度均为8°，出、入土端斜直线段长度为54.9米，弧线段长度为106.4米，底部直线段距离河床底部的高度为10.85米。跨距L=332.7米。

在方案一的基础上，改变出、入土角（主控因素1），不改变底部直线段距离河床底部的高度（主控因素2）。得出方案二，具体参数如下：

方案二：出、入土角度均为10°，出、入土端斜直线段长度为20.0.米，弧线段长度为133.0米，底部直线段距离河床底部的高度为10.85米。跨距L=317.9米。

在方案一的基础上，改变底部直线段距离河床底部的高度（主控因素2），不改变出、入土角（主控因素1）。得出方案三，具体参数如下：

方案三：出、入土角度均为8°，出、入土端斜直线段长度为69.2米，弧线段长度为106.4米，底部直线段距离河床底部的高度为12.85米。跨距L=362.3米。

在方案一的基础上，既改变出入、土角（主控因素1），又改变底部直线段距离河床底部的高度（主控因素2）。得出方案四，具体参数如下：

方案四：出、入土角度均为10°，出、入土端斜直线段长度为31.5米，弧线段长度为133.0米，底部直线段距离河床底部的高度为12.85米。跨距L=339.6米。

通过分析四个方案，得出如下结论：

（1）跨距最长的为方案三，即出、入土角（主控因素1）最小，底部直线段距离河床底部的高度（主控因素2）最大的方案。

（2）跨距最短的为方案二，即出、入土角最大，底部直线段距离河床底部的高度（主控因素2）最小的方案。

（3）方案一和方案四的跨距大于方案二的跨距，小于方案三的跨距。其中，方案一的跨距小于方案四的跨距。

通过分析，我们得出如下优化方法：

为了节省投资，减少工程穿越长度，最佳方案为出、入土角度选择小角度，底部直线段选用小深度，这个是最理想的方案；

然而，如上是理论分析出来的情况，实际工程中，常见情况是施工场地受限的情况，这时候我们将跨距L为定值考虑。（当然L值不能无限小，跨距在选择时还应满足最小曲率半径的要求，斜直线段长度的要求等）。这种情况下我们可根据改变出、入土角（主控因素1）和底部直线段距离河床底部的高度（主控因素2）的值，以及改变底部直线段长度的值，做出多种方案。

图2列出了实际工程中某项目的优化方案，这里做一下分析。

本项目跨距为317.9米，为不变值。为了躲避已建雨水管道，以及防止穿越曲线段经过鹅卵石层。对曲线1方案进行了优化。

曲线1为优化前的方案，底部直线段距离河床底部的高度为10.85米，出、入土角度为10°，底部直线段长度为12米。

优化后，得出曲线2的方案，底部直线段距离河床底部的高度为6米，出、入土角度为8°，底部直线段长度为61.9米。

优化后，管道距离河床底部深度变浅了，但仍能满足《城镇燃气管道穿跨越工程技术规程》CJJ/T 250–2016中燃气管道距离河床底部不小于3米的要求，同时出、入土角度在规范允许范围，出、入土端斜直线段长度也均大于10米，所有指标均能满足规范要求。

2 优化注意事项

为了使得定向钻曲线符合规范的相应要求，我们在对定向钻轨迹进行优化的过程中，应注意如下几点：

（1）优化后的曲线应符合规范中曲率半径大于允许的最小曲率半径要求，通常是钢管不宜小于1500D，不应小于1200D；PE管不宜小于800D，不应小于500D（D为管道外径）；

（2）优化后的出、入土角度在规范允许范围内尽量取小角度，大角度施工难度较大。

（3）优化后的曲线底部直线段以及任何曲线上的点的埋深，都应满足相应规范的要求，如底部直线段距离河床底部不应小于3米或6米等（按不同规范要求不同）；

（4）优化后的出、入土斜直线段长度应大于10米，部分大型项目，建议应大于20米；

（5）优化后的曲线应不经过地质不良地段，与其他专业管线不出现冲突；

（6）在满足规范和后期安全使用的前提下，优化后的曲线应尽可能短。

【参考文献】

[1]《城镇燃气设计规范》GB50028-2006.

[2]《城镇燃气管道穿跨越工程技术规程》CJJ T250-2016.

[3]《油气输送管道穿越工程设计规范》GB 50423-2013.