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綜合資訊

管道定向鑽穿越施工的可行性分析

  • 來源:廣州示蹤線纜有限公司
  • 作者:王琳
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简述了定向钻穿越的施工特点及可行性分析方法,对于给定的管道穿越工程,特别是针对复杂地质条件下的长距离大口径管道穿越,给出了可以采用定向钻穿越的基本范围条件,可为工程施工方案的选择提供借鉴 .

1 前言 目前水平定向鑽穿越已經應用于多個行業的施工過程中,如石油、自來水、電力電訊等,成爲比較成熟的非開挖穿越技術。近年來,世界範圍內定向鑽穿越技術得到了新的發展,特別是在石油天然氣管道建設中,大直徑的如Ф1220管道、長距離的如2km長管道都已經成功穿越。在我國,采用定向鑽技術完成了長江、黃河等大型河流及海域的管道穿越工程,創造了一系列穿越世界紀錄。
2 定向钻施工特点和可行性分析
水平定向鑽進管道鋪設技術是在不清除地面障礙物的情況下,管道從障礙物的底部地下穿越,與其它管線鋪設方法相比它對環境影響小,障礙物下管線覆蓋深度大,對管線保護的效果好。由于不需要清除地上障礙物,並且施工現場恢複工程量較小,可以減少工程建設投資。但是管線采用定向鑽穿越施工受許多條件的制約,在穿越過程中存在不可預測的因素,一旦穿越失敗將帶來不可挽回的損失。
管道水平定向鑽穿越包含鑽導向孔、擴孔和管線預制、回拖等步驟,鑽導向孔是沿著穿越曲線鑽出一個小直徑的孔,然後采用不同規格的擴孔器對導向孔進行一遍或多遍擴孔,以達到需要的孔徑,最後將預制完的成品管線回拖入孔內,在全部施工過程中泥漿起非常關鍵的作用。
對于給定的管道穿越工程,能否采用定向鑽施工主要應考察兩個方面:即技術和經濟方面。在技術方面,首先要通過工程物探和鑽探等手段對管道擬選路由區的地質狀況進行詳細勘察,其目的是了解地形地貌特征,基岩埋設深度和沈積層(特別是礫石層)結構與厚度特征,各土層的物理力學特征,路由區地基土的穩定性情況,以及區內存在的災害地質特征等。爲定向鑽穿越可行性分析提供基本數據:地層結構中各種土質的分類;砂礫質物等各成分的分布曲線;岩芯中岩石的品質、抗壓強度、硬度。在經濟方面,比較定向鑽穿越與其它方法穿越的費用,在達到同一穿越效果情況下,如果定向鑽穿越的費用低則在經濟上就是可行的。下面主要討論如何進行定向鑽穿越技術方面的分析。
3 技术可行性分析定向钻穿越要在技术方面可行,关键是在穿越区域地下形成一个稳定的孔道保证管线能够顺利回拖,或地下土层已经成为流质使管线能够顺着这些流质在外力作用下得以回拖。但整个穿越段都是理想流质的情况比较少见,而且局部可能存在异物引起管线防腐层破坏,因此都要求管线回拖前有一个成形孔道,并向孔道中注入性能合适的泥浆。如果在回拖过程中该孔道能够保持畅通,回拖时作用在管线、钻杆上的最大应力和鑽機设备上的载荷都在允许范围内,采用定向钻穿越就是可行的。因为穿越工程变化多样,并不存在明确的标准能说明定向钻穿越是否可行,而且还决定于施工单位的技术装备和经验。为了简便起见,分析穿越的技术可行性可通过与以往工程中的基本参数进行比较,即地层状况、穿越长度、直径,这三个因素作用在一起将很大程度上决定定向钻穿越的可行性。

首要考慮的因素是地層狀況,其中兩種地層最不利于穿越,即高礫石含量的礫質地層、強度和硬度特別高的岩石。地層中含有礫質成分太多時成孔難度大,因穩定性差不易被鑽削成孔或成孔後局部塌方,並滯留于孔中不易被泥漿帶走,成爲鑽頭、擴孔器鑽進和管線回拖時的障礙物。高強度和硬度的岩石同樣是穿越的障礙,鑽孔、擴孔速度特別慢,對鑽杆、鑽具要求高,鑽進方向控制困難;相反,特別容易破碎的岩石象礫質一樣給成孔帶來不穩定的因素。地層狀況與穿越可行性關系見表1。
管線穿越的路由地質情況可能相當複雜,不同區段含有不同的成分,盡管對穿越曲線優化設計,有時也將通過不利于穿越的地層,能否穿越決定于該地層穿越長度、連續性及在整條穿越曲線中位置,如改變幾類地層排列順序將使穿越情況完全發生改變。另外,對地層狀況認識是建立在分析鑽探岩芯性質的基礎之上,由于鑽探調查是非連續地進行,而管線穿越沿設計曲線連續進行,在實際穿越中可能遇到意想不到的地層,施工前需充分考慮各種因素。
穿越長度和管徑主要受鑽機和鑽具的能力限制,因爲在鑽導向孔過程中,鑽杆存在彈性使穿越長度不能無限延長,而且隨著穿越長度的增加,對鑽頭的鑽進方向的控制能力逐步減弱,導向孔很難按設計的穿越曲線完成。要實現成品管線的回拖,孔徑需擴至管徑的1.2~1.5倍,這樣對于大口徑管線穿越,對堅硬地層進行擴孔作業時扭矩非常大,鑽杆強度有時不能滿足要求;在表2管道定向鑽穿越長度和直徑最大的工程礫質、砂質地層情況下,徑越大的孔道越難維持穩定狀態而易出現塌方,這些因素限制了大直徑管線的穿越。表2列出了目前已經完成的穿越長度和直徑的最大紀錄,分析定向鑽穿越可行性時可與之比較。
對于複雜地質條件下的長距離大口徑管道穿越工程,必須將地層狀況、穿越長度、管道直徑這三個因素綜合考慮,在目前的技術和裝備條件下分析能否采用定向鑽穿越施工,可參考表3複雜地層狀況下穿越管徑、長度可利于管道的永久保護。但是能否進行定向鑽穿越受行性表。許多因素的限制,需對特定管道工程的穿越可行性進行分析,通過對地層狀況、穿越長度、管道直徑三個主要因素進行分析,從技術角度給出了可以進行油氣管道穿越工程采用定向鑽鑽進技術確爲非穿越的基本範圍條件,可爲分析定向鑽穿越可行性常好的方案,可以節省工程投資,縮短施工周期,有時提供一定指導。

來源/廣州示蹤線纜有限公司王琳     示蹤線,爲中國示蹤線领导品牌 !

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