长输管道定向钻施工 在预制场地受限条件下的方案优化思考

长输管道定向钻施工 在预制场地受限条件下的方案优化思考

李俊

中石化江苏油建工程有限公司 225100

摘要：管道输送是能源储运最高效、最安全、最经济的方式，长输管道的建设很好的解决了国家经济高速发展对能源需求问题，尤其是能源使用中心和化石能源产地在区域位置上的不均衡，包括化石能源进口输送问题。 2021年底中国干线管道建设总里程已经达到 10.4 万公里，然而长输管道建设经常需要穿越大型河流和地下其他障碍物，并且穿越段焊接预制场地有时会受到地面建筑物、大堤、山体、桥梁、高速、高铁等设施限制，无法组装穿越所需的长度，因此解决场地空间受限问题就需要因地制宜的优化方案，全文结合多种场景下的限制终结了实际可行的方案，有一定的实践指导意义。

关键词：长输管道施工；定向钻多接一；方案优化

正文

1 小口径管道

小口径管道可以按照弧形轴线预制避开管道组焊沿线方向障碍物，在管道允许的弹 弧半径范围内，有时甚至可以 U 型布置，并且在实践中成功回拖到位。在回拖进穿越孔 洞前方开挖平顺的导向沟或者堆筑猫背，已减少回拖阻力和减少对管道弯曲应力，损伤 防腐层。

2 大口径管道

根据 GB50369-2014《油气长输管道工程施工及验收规范》第 5.3.5 的要求，管道弹 性敷设曲率半径不能超过钢管外径的 1000 倍[1]。当预支场地受限制时考虑现场采用二接一或者三接一焊接预制，回拖其中一段进穿越空洞后进行连头焊接然后继续回拖完成 施工。如果场地狭小严重受限最多按照四接一布置。回拖定向钻穿越就是依次将组焊管 回拖到适当位置，下一根组焊管与它首尾相连接时，暂停回拖，将二者进行焊接，并按 规定进行无损检测，待检测结果出来没有问题，再进行防腐补口，所有工序完成后再继 续回拖，以此类推将分段管线一节节回拖至入土点为止。一般地质条件下，多接一回拖 定向钻可停留的正常控制在时间为 4 个小时内，在这段时间内要进行焊接、探伤及补口 等工序，时间很紧凑。若焊接质量不合格，还要对焊口进行返修，再次进行探伤检测， 耽误的时间越久，管道回拖的成功率与之成反比，这也是水平定向钻多接一最大风险。 回拖过程受连头中断次数增多，回拖风险会陡增。原因主要包括泥浆离析，渗漏等导致 已经进洞管道被‘泥抱’卡钻，连头完成后再次启动回拖阻力会大幅增加。由于钻机中 途停顿，再次启动时需要的扭力更大，再加上停机时间过长，泥浆的流动性受到影响， 其悬浮和携带泥屑的作用就会严重不足，钻具切削下来的泥屑就可能大量地沉积在孔 内，从而增加管道再次启动回拖阻力。长距离穿越中钻杆中均布的补浆短接在连头中断 回拖后，受流动阻力分布不均影响，靠近钻机一侧近端补浆孔流量大，远端流量小甚至 堵塞也是造成孔护壁保护被破坏导致回拖阻力大幅增加。采用多接一焊接施工方法注 意事项还包括：

第一，预制多接一时尽量让预制段平行布置，单支钢管放在管墩上控制好间距，方 便组焊，减少坡口加工、预热、焊接、除锈防腐等工序的移动次数，提高施工功效，为 在保证焊接质量、现场安全的前提下，优化施工工序、合理安排好时间，定向钻多接一才能完美实施。随后再进行管道的回拖直至回拖结束。施工前要仔细察看现场，选择并 确定好合理的焊接位置。管墩布置时尽量两端低中间高，管道试压方便且利于余水排净。 最佳位置为离出土点三根管子距离处进行焊接，因为此位置时未进孔洞的管道没有应 力，不会产生翘头等现象，方便接下来对口及焊接工序。现场条件允许下，焊接位置尽 量选择在地势平坦开阔处，错开在低洼积水和丘陵高坡处。

第二，如果施工方案包括有管道内抗浮措施还需要提前连接管道内的抗浮配重体。 根据《油气输送管道工程水平定向钻穿越设计规范》（SY/T6968-2013）中 10.1.1 规定： 当管道在钻孔中的净浮力为大于 2kN/m 的上浮力时，应采取配重浮力控制措施[2]。根 据以往工程经验，采用 PE 管充水降浮，配重后管道合力方向向上，满足降浮要求。降 低管线在泥浆中的浮力，改变管道在孔洞泥浆中悬浮姿态，避免管线与孔洞壁的直接接触，不仅对防腐层起到保护作用还降低回拖力。如图所示。

第三，试压可以用细径旁通管串联各个分段充水升压以方便节约时间。在北方干旱 地区水资源十分稀缺，需要罐车外运淡水可以把封头提前放一个扫线球在里面，优先对 较长的一段进行充水试压，试压完成一段后用压缩机推动扫线球把试压水推入第二段内 进行试压，可以节约用水不用重复购买淡水。

第四，在试压尽量不要在阳光暴晒或昼夜温差大的气候时段试压，减少温差对试压 介质热胀冷缩的影响。

第五，连头焊接时检测施工和防腐施工要提前到现场待命，及时探伤并出具结果方 便下一步防腐补口，尽快启动继续回拖施工工序。要求回拖连头时组对管工和施焊焊工的技能精湛且心理素质稳定。机具配备 “多接一”回拖定向钻较整体回拖定向钻时主要 增加中途焊接、补口等工序，因此在设备上主要增加焊接、防腐补口等设备。在多接一 回拖前要对相关设备及器具进行检查和保养以确保焊接顺利进行，并同时配备一台焊机 作为紧急备用。在材料配备上也应有一定的备份和裕量。辅材包括焊接用的焊丝选用原 封未开封的焊丝和焊条，预热的气体选用满瓶装的。

图1  PE管平衡定向钻穿越管道浮力示意图

第六，回拖定向钻穿越过程中启动钢管回拖根据天气建议在上午和清晨，这样有利 途中连接时间控制在白天作业。

第七，根据回拖阻力计算选择管墩浇水减阻或者挖导向沟充水漂管减阻。回拉力计 算及定向钻机选择宜根据式计算值的1.5～3倍来选择。多接一回拖定向钻穿越取3倍的。 除了上述规避和控制多接一回拖定向钻的风险，我们还是应从多方面进行施工控制 和管理，规避风险，才能保证穿越的成功。比如：外协工作，提前和地方政府及村委会 沟通好，把如果发生情况的严重性告知对方。现场如果发生了回拖意外，造成农户利益 的损失的，待回拖完成后再进行损失鉴定及赔偿。回拖过程外协人员需留在施工现场， 应对随时发生的农户阻工。为了把协调工作落到实处，在施工前由项目部组织召开专题 会议，在焊接开始时由监理通知检测单位在指定施工区域待命，通知业主单位代表到场 旁站，提前做好应急演练和非开挖事故抢救措施布置。

3 其他障碍限制安装场地的处理

在定向钻穿越预支路由方向上有临时建筑或者其他障碍物可以暂时进行移除，待管 道回拖后恢复原样。预制路由方向有小型河流沟渠，凹陷等情况修筑便道便桥或者组焊 完成后起重吊装跨越沟渠，然后继续延伸组焊。 通过合理策划和精心组织可以对场地受限条件下的长输管道定向钻施工方案进一 步优化，控制风险且让施工效能大幅提高，减少埋设管道对地面附着物的破坏，极大地 保护环境。

参考文献

[1]油气长输管道工程施工及验收规范 GB50369-2014

[2]《油气输送管道工程水平定向钻穿越设计规范》（SY/T 6968-2013）