作者：黄梅丹，于彬第一作者单位：重庆大学城市建设与环境工程学院 摘自《煤气与热力》2019年2月刊
1 工程概况
某天然气管道设计压力为4.0 MPa，采用水平定向钻方式穿越浙赣铁路北侧两条河流，基本情况如下： ①穿越曲线参数。入土角9°，出土角8°；穿越管段曲率半径770 m，两端预留直管段长度13 m。 ②管材：D508×11.1的L415MB双面埋弧焊直缝钢管。 ③土质情况：根据地质勘探报告，穿越段地层结构第一层为耕表土（Q4pd），第二层为粘土混砾卵石（Q3dl+el），第三层为强风化岩层（Q4dl+el）。穿越地段地层中粘土混砾卵石层最厚，地表结构复杂，因此施工难度较大。 2 施工准备阶段控制要点 2.1 地质勘探和地下管道探测 在工程施工前应委托地质勘探公司对沿线进行地质勘探，并对地质情况变化过大的地方加密勘探。地质勘探报告是制定施工方案的重要依据。 利用管线探测仪探测金属管道，用探地雷达探测非金属管道，对水平定向钻穿越管道路由左右两侧各50 m处的地下管线情况进行摸排，避免水平定向钻施工对第三方管道造成破坏。 2.2 施工机具和设备 按照实际的地质勘探、地下管线探测情况编制施工方案，确定水平定向钻施工机具和设备［1］。
根据本工程穿越段的地质、管径、长度情况，同时考虑到钻机进场道路土质较差，不利于轮式设备进场，因此采用履带式钻机。为了保证钻进可靠性，钻杆采用优质合金钢，并具有较小的曲率半径。水平定向钻施工主要机具和设备见表1。 表1 水平定向钻施工主要机具和设备 
3 施工控制要点 3.1 根据地质情况采用适当的施工措施 ①调整好入土、出土角度，根据地质特点和管道长度选取合适的钻具。 ②遇到硬质岩石时，选取岩石扩孔器，它是由3～5个牙轮钻头组成，中间布有水眼。用牙轮切削岩石，用水眼清洗牙轮。 ③在入土点处遇到圆砾层或岩卵石层，采用套管隔离。首先基于钻杆入土角和轴线位置，用挖掘机挖一个长宽都为5 m，深2 m的基坑，埋入符合扩孔直径要求的钢套管短节。再用夯管锤锤击套管，如果套管较长，可在锤击后接长套管，直至下伏基岩上，并将套管击入基岩部分。然后用人工或螺旋取土器取出钢套管内的土和卵石，严格按控向系统调校程序进行调校。在本工程施工中，采用套管隔离完成入土点处圆砾层或岩卵石层施工，解决该处成孔困难的问题，保证后续定向钻施工的顺利进行。 ④所有设备安装调试及泥浆配制完成后启动钻机进行试钻。试钻时检查钻头水眼是否堵塞，若无堵塞则继续钻进。 ⑤采用无线导向，根据设计曲线钻导向孔，并根据管径确定每根钻杆的折角，实时跟踪测量，并做好记录。在穿越曲线上每隔3 m（平均单根钻杆长度）左右设置数据控制点，每钻进1 m记录钻头位置参数，以此控制导向孔的钻进轨迹。 3.2 防腐层质量控制 ①防腐层 管道采用环氧粉末涂层+3PE（挤压聚乙烯）加强级防腐层，防腐层厚度为3.2 mm。 ②定向钻穿越防腐层外防护 本工程采用环氧玻璃钢防护层对防腐层进行保护。聚乙烯防腐层抗划伤能力差，采用环氧玻璃钢防护层可以提高防腐层的完整性，提高管道的整体抗划伤性和耐磨性。 ③补口 采用环氧混凝土涂料作为穿越管段补口的外防护层，外防护层结构为双层熔结环氧粉末+环氧混凝土涂料。双层熔结环氧粉末涂层厚度通常只有1 mm 左右，在硬质地质条件下，仍存在防腐层破损风险。因此，在双层熔结环氧粉末外层增加了一层环氧混凝土涂料。环氧混凝土涂料与双层熔结环氧粉末间具有良好的粘结强度，提高了外防护层整体的完整性，同时也降低阴极保护电流需求。 3.3 焊缝质量控制 穿越段钢管焊缝采用100%超声波检测、100%射线检测。所有带裂纹的焊缝应从管道上切除。焊缝出现的非裂纹性缺陷，可直接返修，焊缝返修应符合焊接工艺规程。焊缝在同一部位返修不应超过2次，根部应只返修1次，返修后，应按原规程检测。 3.4 管道回拖控制 3.4.1 确保回拖时管道防腐层不被损坏的措施 ①采取发送沟蓄水漂管、发送架及吊机送管等方式，避免管道与地面直接接触。管道入孔前与地面的接触部位应进行润滑。 ②泥浆配比随不同地层情况变化，在回拖时对泥浆配比进行处理，控制泥浆的粘度、压力、流量以及各种添加剂的选用，使之具有良好的流变性，保证有较强的携带钻屑能力、较低的摩擦系数、良好的润滑性能，才能保证回拖顺利进行。本工程地层以圆砾层或岩卵石层为主，地层中颗粒、散块之间缺乏胶结，孔壁易塌，易埋挤、卡死钻具及管道，因此，泥浆配比主要在于提高泥浆粘度和切力。 3.4.2 保证天然气管道回拖顺利的措施［2］ ①管道回拖前对钻机、钻头、钻杆及泥浆配套系统等设备进行全面检查及维护保养，确保钻机及其动力传动系统性能优良，运转可靠。泥浆泵循环系统通畅，压力能够满足回拖管道的要求。对钻杆、切割刀、扩孔器等钻具进行探伤检查（X光检测等），确保钻具无龟裂情况，强度满足回拖的相关要求。 ②开挖发送沟 管道回拖前，从出土点开始，向入土点方向开挖长5~6 m、宽1.5 m、底比管道敷设位置深1.5 m左右，与穿越轴线相一致的发送沟。在回拖过程中，使管道在自重作用下通过自然弹性弯曲顺利进入发送沟，减小管道的回拖阻力。为回拖过程中管道的稳定，向发送沟内注入水，注水前要检查有无石子等杂物，水面高度最少要达到回拖管道外直径2/3处，以便于悬浮管道，减小回拖阻力。 ③采取扩孔器直径为穿越管道外直径1.3倍（660 mm），进行扩孔。扩孔之后，将扩孔器与管道连接，然后进行回拖。 ④在回拖时钻具连接要迅速，尽量缩短钻具在孔内的停滞时间，使泥浆能在孔壁形成一定力学强度的泥皮，维护孔壁稳定，确保穿越成孔圆滑、成型，并防止泥浆漏失。 3.4.3 钻具安装顺序 回拖铺管钻具最优安装顺序为：钻机—钻杆—扩孔器—旋转接头—U型环—拖拉头—穿越管段。回拖钻具安装顺序是保证顺利回拖、减少回拖阻力的关键。 3.4.4 防腐层质量检查 为了保证已焊管道在回拖过程中状态良好，应进行防腐层外观及漏电检查。检查已焊管道防腐层是否出现明显的外观破损，并使用柔软物品进行遮盖，防止防腐层暴晒老化。回拖前应使用电火花检测仪对管道进行检漏，无漏点为合格，对防腐层损伤部位进行及时补伤。 3.4.5 回拖过程监控 在回拖过程中监控回拖力、扭矩、回拖转速等工艺参数以及回拖轨迹，以确保回拖能一次性整体完成。特殊情况下，停止回拖的时间不宜超过4 h。 3.4.6 扩孔清孔完成后注意事项 扩孔完成后首先对回拖管道进行全面检查，确认孔内干净，没有较大角度的台阶，经内壁检查合格后，根据现场情况采用发送沟回拖管道。 3.5 泥浆配比 泥浆的主要材料为膨润土，泥浆的配方是水平定向钻穿越施工的决定性因素。泥浆的配方取决于扩孔、导向时所面临的土壤、地质状况。实际施工过程中所面临的土质界限并不明显，可能变化很大或多种土质混合出现。因此，没有哪一种泥浆在任何土质中都是最好的，只能根据地质实际情况进行配置。根据地层情况和GB 50424—2015《油气输送管道穿越工程施工规范》，本工程泥浆性能参照该规范第6.3.8条关于粘性土及中砂、粗砂、卵砾石及砾岩、破碎岩层的要求确定。 本工程施工过程中泥浆配备按照以下顺序进行： ①首先用纯碱（Na2CO3）处理水，主要目的是为了将水中的Ca2+、Mg2+去除。每1 m3水中加入纯碱的质量为0.3~0.6 kg，处理完成后水的pH值要达到8～10。 ②在水中加入膨润土， 每1 m3水中加入30～80 kg膨润土，形成泥浆。 ③在上述泥浆中加入羧甲基纤维素（CMC）增粘，每1 m3泥浆中加入0.25 kg羧甲基纤维素。 ④2 h后，加入正电胶（MMH，主要是由2价金属离子和3价金属离子组成的具有类水滑石层状结构的氢氧化物），每1 m3泥浆中加入0.25 kg正电胶。 ⑤加入正电胶后，经检测pH值达到9～11，则泥浆配备符合要求。管道回拖时适度加入润滑剂（动植物油类衍生物、合成化合物如脂肪酚胺和表面活性剂调配而成），每1 m3泥浆中加入0.1 kg润滑剂。 3.6 通球测径和阴极保护 ①通球测径 管道回拖完成后，进行了管道通球测径检验，确保管道椭圆度合格。 ②阳极埋设 由于本工程使用牺牲阳极阴极保护，因此，在定向钻出土点、入土点处加装两组镁阳极包。 ③安装测试桩 为了有效检测牺牲阳极的防腐效果，在出土点、入土点处设置测试桩。 
参考文献：
［1］赵岚. 水平定向钻在钢质燃气管道施工的应用［J］. 煤气与热力，2005， 25 （5） ：49-51. ［2］赵占强. 大管径供热管道水平定向钻施工回拖作业技术［J］. 煤气与热力，2018，38（5）：A23-A26.
