浅析非开挖水平定向钻技术在天然气管道穿越施工中的应用

石维涛

摘 要：天然气管道是城镇公共事业中的重要基础设施，占据重要地位。然而由于城镇天然气管道的特殊性，其在施工过程中如采用常规的开挖施工不仅需要办理复杂的手续，且施工困难，成本较高。针对此难题，近些年在城镇天然气管道施工领域开始推广应用了非开挖定向穿越施工技术，通过应用非开挖水平定向钻穿越施工的方法，钻孔孔壁可准确确定管道位置，保证管道走向，合理安排管道埋深，有效降低施工成本，确保施工质量，同时利于保护环境。本文就非开挖水平定向钻技术在天然气管道穿越施工中的应用进行了详细阐述。

关键词：天然气管道 穿越施工 非开挖水平定向钻技术

一、技术应用背景

相较于水网及热网等基础设施来说，作为城市重要基础设施的天然气管道施工难度要大的多，其施工往往与城市道路开挖之间存在诸多矛盾，城市道路开挖不仅施工手续复杂，且施工困难存在较大的安全环保风险，导致成本较高。因此迫切需要非开挖技术来应对城镇天然气管道的穿越施工，常用的非开挖技术包括顶管法、水平定向钻法等。其中水平定向钻法实际上就是利用高砂泥浆来顶进整个施工工程的方式，具备施工速度快、土质范围广、安全系数高、影响小等优势，相比较其他施工方式来说，还具备施工质量好、造价低、环保效果好等特点，适合应用在城市天然气管线的施工中[1]。

二、天然气管道非开挖水平定向钻穿越施工方法

城镇天然气管道非开挖水平定向钻穿越施工，主要施工步骤如下：

（一）将水平定向钻机置于工作坑旁并加锚杆固定。需要注意的是：加锚杆固定，锚杆位于水平定向钻机的前端。所述锚杆固定的作用为在作业时对整机起稳定、锚固作用，提高整机作业的稳定性。

（二）按照设计的管道轨迹曲线进行导向孔施工，在穿越曲线上每隔3～5m设数据控制点。通过在穿越曲线上每隔3～5m设数据控制点，以此控制导向孔不偏离设计管道轨迹曲线。

（三）钻完导向孔后，利用扩孔钻头进行扩孔，同时通过所述扩孔钻头向导向孔内加入钻井液，分级将导向孔扩至满足管道的尺寸;所述扩孔钻头通过水平定向钻机的钻杆驱动。

（四）将最后一次扩孔的钻杆与所述高压天然气管道通过拉管头连接，回拉所述钻杆将高压天然气管道拉入导向孔内，在管道拉进过程中用导航系统监控，确保管道按照所述管道轨迹曲线拖动;

（五）在所述天然气管道和所述导向孔之间的间隙注入水泥浆液直至水泥浆液填充满所述间隙。

对具体施工技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及施工流程，做出其它各种相应的改变。通过上述流程完成的天然气管道非开挖水平定向钻穿越施工的方法，能大大缩短工期：基本3～5天左右就可完成，明显比暗挖施工减短工期;拉管施工成本更低;施工环境是影响强：对于地下水位高、冬雨季施工等基本不受影响;适用场地限制范围广：只要能排管和放置设备即可施工，即使在车流量大、行人多的地方也可以进行施工;能确保安全文明施工：不需要大面积开挖基坑，仅需要局部小作业开挖施工操作坑，施工难度明显降低[2]。

三、非开挖水平定向钻穿越施工关键点

山东博兴实华天然气有限公司在兴福镇的管道施工过程中大量采用了水平定向钻穿越施工，采用该工艺节省了资金成本，缩短了工期，但是在施工过程中需要把握以下关键点：水平定向钻机由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及辅助机具组成，其中泥浆系统由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及泥浆管路组成，为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆。在大多数的实际非开挖过程中，某一现场中并非由单一土层构成，同时由多种地层同时存在，彼此之间交互作用和影响，提供的泥浆对非开挖水平定向穿越施工的效率等影响很大，若提供的泥浆不合适，将会具有塌方危险，所以施工进行前公司安全管理人员均会对泥浆进行检查，确保符合当地地质情况。因此，施工队伍在水平定向钻扩孔过程中需要借助专门配制的泥浆来维持孔洞的稳定。

通常泥浆钻井液选用钠基膨润土和增粘剂、防塌剂、降失水剂、磺化酚醛树脂等复配，使得各成分能夠充分发挥各自的特性及协同作用，使得钻井液具有较强的稳定性和携带性、良好的流变性能、抗盐侵入和低滤失性能，获得较高的综合性能，钻孔孔壁可及时获得钻井液的支撑，保证孔壁稳定，降低因塌孔导致的施工风险，在非开挖水平定向穿越施工中可以应付松散破碎等复杂地层，能大大降低施工风险、提高钻进效率、减小废浆处理难度并节约工程成本和保护环境。

四、结语

城市天然气管道穿越施工采用的非开挖水平定向钻穿越施工，所采用水平定向钻机利用高砂泥浆来顶进整个施工工程的方式，具备施工速度快、土质范围广、安全系数高、影响小等优势，相比较其他施工方式来说，还具备施工质量好、造价低、环保效果好等特点。通过采用水平定向钻穿越施工，博兴实华完成了兴福镇高压天然气管道施工过程中的穿越河流施工和穿越省道施工，并在对工业用户的入厂施工中大量采用，节省了公司资金成本，降低了管道施工风险，有利于燃气管道安全运营。

参考文献

[1]王心建.城市石油天然气管道定向井穿越技术研究[J].中国石油和化工标准与质量，2017，19（5）：106—107.

[2]陈文才，李祥瑞.聚乙烯（PE）管应用于城镇燃气定向钻的探讨[J].中国新技术新产品，2016，12（3）：112—114.