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油气长输管道定向钻穿越施工技术分析

2020-02-15叶隆长

建材世界 2020年5期
关键词:长输钻机定向

叶隆长

(中交第四公路工程局有限公司,北京 100022)

随着长输管网建设进程的不断加快,油气长输管道工程的施工工艺需要不断的更新。若施工对象属于大型河流或是不可以拆建筑物的时候,施工过程中不能破坏生态地貌情况,需要以环境保护作为基础。此时利用定向钻穿越施工技术,属于最理想的施工方式。利用定向钻穿越施工工艺,使用的设备相对来说比较先进,整体的穿越精度较高,并且能对敷设的方向进行合理的把控与调整。

1 油气长输管道定向钻穿越施工的特点

在油气长输管道的施工过程中,利用定向钻穿越施工技术,具有显著的优势。不仅不会对施工地点的植被产生破坏,也不会影响交通、商店,或是对周边的环境、建筑物基础产生不良影响。由于没有水下与水上作业,不会影响江河正常通航,也不会对江河两侧的堤坝稳固性,或是对河床结构产生破坏。整体的施工过程不会受到季节与气候的限制,具有施工人员较少、周期较短、施工安全性较高等多种特点。利用定向钻穿越施工技术,容易对管线敷设的方向与埋深进行调整,管线弧形敷设的距离相对较长,能绕过地下的障碍物。对于定向钻埋深来说,一般都会达到6 m以上。在穿越河流的时候,一般都是埋藏于河床下大于10 m深的地层。由于地层内部的腐蚀性物质与氧气较少,自然能起到良好的保温与防腐效果。定向钻穿越施工技术,与其他的施工方式相比,施工的场地相对来说比较灵活,进场与出场的速度较快。若在复杂的地点施工,便能够直观的凸显其优势,不会占据过大的施工面积,整体工程成本造价较低,施工完工速度也比较快。

2 定向钻施工技术分析

2.1 前期准备

1)施工道路 在前期施工道路的准备中,需要做好施工现场两侧重型施工设备的配置工作,以此降低施工成本的支出。在此过程中,尽可能利用现有道路,通往两侧的施工现场,减少新建道路的距离。还可以借助临时道路施工的方式,通往施工现场,并对道路进行合理的利用。施工企业需要提供相应的道路施工协议,并在投标之前做好相应的准备工作。

2)施工设计 若在施工的过程中需要穿越河流,就需要对覆盖层的厚度进行充分的考量。不仅要分析河流季节性洪水冲刷的深度,还需要从流量特征,河道未来加宽、加深情况等进行研究。此外,对管道与电缆的位置进行考虑,进一步确定合适的覆盖层厚度[1]。在明确了施工地点之后,开展一系列的地质调查工作,确定穿越层厚度。覆盖层的厚度一般都大于 6 m,在钻进角与曲率半径方面,穿越施工入土角一般在8°~18°内。

2.2 控向磁场布置

对于钻孔施工工作来说,做好侧向控向工作十分重要。一般都会利用电子测量设备与地面接收设备。利用侧向控向的方式,能得到钻头位置的磁方位角,并进行左右的控制。与此同时,利用侧向控向的方式,能直观地了解钻头所在位置的倾斜角,并明确钻头的钻进方向。在此过程中,该倾斜角主要用于上下控制[2]。对于穿越施工的精度进行分析,磁场的变化能发挥出决定性的效用。例如,电力线路与钢结构会对磁场读数产生影响。穿越出图点的导向孔目标偏差范围应当处于3~10 m之间,宽度为3 m以内。一般情况下,进行钻孔施工,需要做好控制与测量的工作。每一根钻杆需要相隔9 m进行计算。此外,采用相应的替代与方式,做好定位的工作,如陀螺仪、穿地雷达等。

2.3 定向钻穿越施工流程

首先就是钻导向孔。根据预定的设计曲线、出入土角,沿预定的界面进行钻孔。设计曲线一般为3段直斜线和2段大半径弧线。

其次就是预扩孔。一般使用小型钻机且主管直径超过300 mm的时候,就会进行预扩孔。若利用大型钻机,主管线直径大于350 mm就需要进行预扩孔处理,预扩孔的直径与次数,需要根据实际的地质情况,还有具体的钻机型号确定。

最后就是主管回拖。回拖时应当将扩孔器、钻杆以及安装的管线进行稳固的连接,且经检验后再进行回拖作业。在此基础上,使用钻机转盘,带动钻杆进行旋转,并逐渐后退,进行扩孔回拖。在此过程中,旋转接头能避免产品管道随着扩孔器进行旋转,产品管线也不会在回拖的过程中旋转。在已经扩好的孔里灌满泥浆,能使孔中的产品管线呈现悬浮的状态[3]。产品管线的四周与空洞,经过泥浆润滑处理之后,回拖的阻力能明显减少,还能为管线防腐层提供相应的保护。在多次进行钻机预扩孔之后,成孔与管道相比较,直径超出300 mm左右。回拖过程应防止对防腐层产生损伤。

在定向钻穿越施工的过程中,需要对孔内泥浆的情况进行观察,并且每一个小时进行取样。对于泥浆工程师来说,需要做好分析与试验的工作,并进行地质勘探报告与分离物的对比,确定是否进行泥浆性能的调整工作,还要进行详细的记录,对钻进过程的地质情况进行更加准确地判断,为后续的决策钻进工作,钻导向孔成果提供保障。

3 导向孔钻进偏离原因与对策

3.1 导向孔在钻进过程中偏离设计穿越曲线的原因

首先,管线设计穿越方位与钻机就位的方位存在一定的偏差。其次,受到外部磁场的影响,计算机采集的数据并不是钻头的实际位置。最后,钻机的操作人员出现操作失误的情况,导致设计曲线与实际的曲线出现偏移的现象。

3.2 偏钻预防措施

1)确保钻机就位方位与设计管线中心线重合

在钻机就位之前,就可以利用经纬仪等仪器,放出管线,并穿过中心线,结合穿越入土角、钻机自身尺寸等参数,做好钻机精确位置的计算工作,并使用线绳或是白灰进行标记,以此作为钻机就位的核心依据[4]。在就位之后,还可以借助测量仪器进行偏差的测量。若钻机方位与管线中心线角度相对,偏差超过0.1°,就需要根据偏左或是偏右进行钻机的调整。经过多次就位调整之后,将偏差控制在 0.1°内。钻机就位之后,需要进行偏差数值的精确计算工作。在开始钻导向孔的时候,将偏差调整为零,确保设计的穿越曲线与导向轨迹相重合。

2)采用人工磁场

钻机控向系统,主要就是根据磁场,做好方位的控制工作。通过钻头后的探头,将导向孔参数传输到计算机。地磁场容易受到地下电缆、地面高压线、地下管线等金属构件的干扰,进而导致控向参数不准确[5]。人工磁场主要就是在穿越中心线两侧,进行闭合线圈的布设,并准确的将钻孔数据展现出来。在探头达到闭合线圈区域之后,将电源与磁场进行融合,并测得创业轴线是否存在偏移的现象。利用地磁场与人工磁场的比较,进一步确定钻头的方位,并且确定下一根钻杆的方位。由于人工磁场不受到地磁场的干扰,能提供更加准确的管线穿越方位角。在不受到地磁场干扰的情况下,对方位角进行校正,以此对导向孔与设计穿越曲线进行控制,以此保证穿越曲线的平滑性。

3)控制人为因素

在开工之前,需要做好对司钻人员的培训工作,不断提升其综合素养。在促进司钻人员与把控方向人员之间沟通与配合的同时,对人为因素进行控制。司钻人员应当以控制方向人员的指令为基础,并根据指令进行操作,避免出现钻孔偏离设计曲线的问题。对于控制方向的人员来说,需要针对设计曲线,做好倾角度数的调整工作,还需要更加的注意穿越过程中产生的轨迹变化情况,以此对设计穿越曲线进行控制。

4)加强质量控制

首先,扩孔器直径大于穿越管道二倍直径,其目的就是减少拖拉力,并对防腐层进行保护。在全部连接之后,需要进行泥浆冲洗,并检查泥浆的喷嘴,合格之后才能进行施工。其次,保证管道回拖施工连续进行[6]。除了产生不可抗拒的原因,不能出现无故停工的现象。在进行回拖施工的过程中,开展连续作业,能避免因为停工导致的阻力增加,对施工效率产生影响。最后,在回拖施工的过程中,需要对泥浆的运行情况进行观察。借助泥浆制浆系统、循环处理系统以及泥浆回收坑等,尽可能做好分离与回收处理的工作,避免产生环境污染。

4 结 论

综上所述,当前我国的油气长输管道建设处于重要的发展阶段,能源结构也从石油逐渐向着天然气发生变化,这在一定程度上推进了油气长输管道工程的持续发展,为后续的管道建设奠定了良好的基础。此外,这也对长输管道工程的施工与设计提出更高的要求。基于此,只有不断发展和利用定向钻穿越施工技术,才能实现高效施工的目标,减少对施工环境产生的影响,才能贯彻保护环境的和谐发展目标,推动油气长输管道的建设。

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