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【摘 要】本文介绍了水平复合弯定向穿越技术在宁波市北仑高压管线太河路及河道穿越工程中的应用情况;介绍了现场勘察,地面及地下构筑物调查,水平复合弯导向孔的设计和实际操作,以及有线控向系统的使用。
【关键词】水平复合弯;水平甩弧;导向孔设计;导向孔施工;一次造斜;有线定向
Application of horizontal composite curve direction technology in laying pipelines
Liu Li-bo, Zhu Zhi-peng
(Jiangsu Petroleum Exploration Bureau, Jiangsu Oilfield Construction Department Jiangdu Jiangsu 225261)
【Abstract】This article describes the level of composite bending direction through the high-pressure technology in the pipeline too Ningbo Beilun River Road and River Crossing Project in the application; introduced on-site investigation, ground and underground structures investigated, the level of complex curved design and the actual pilot hole operations, as well as the use of wire to the system.
【Key words】Horizontal compound curve; Rejection arc level; Guide hole design; Guide hole construction; Once deviating; Cable orientation
1. 前言
2007年8月江苏油建承接了宁波市城市天然气利用工程中的北仑高压管线太河路及河道穿越工程。
该穿越工程水平长度为840m,定向钻穿越段采用323.9×9.5mm的高频直缝电阻焊钢管,材质为L360(X52)钢。输送介质为天然气,设计压力为4.0MPa。
设计图纸确定的钻机入土点设在北仑区太河路西侧,位于高压输电线右侧7.5m,出土点位于北仑区太河路东侧。通过现场踏勘,穿越沿线有高压输电线、公路、河道、学校等设施,学校位于出入土点连接线上。
按规范规定,油气管线与学校,高压线等构筑物要保持一定的安全距离。设计要求穿越管线沿高压线一侧保持7.5m的水平距离,与高压线保持平行。经过实地考察和测量,整段穿越在平面走向上有3个拐点,拐角分别175°、174°和174°。且业主要求管线离高压线最近不能小于6m,最远不能超过9m,要在3m的宽度内完成3段水平甩弧,这在穿越的技术上有很大的难度,同时管线走向离高压线较近,控向系统受到高压电磁场干扰,影响控向精度。本工程的穿越地层为流砂、淤泥,这又增加了导向孔成形的施工难度。
2. 穿越施工方案的确定
2.1 定向钻设备和控向仪器的选用。
针对工程的施工要求和难度,本工程选用威猛D300×500钻机,最大扭矩67800N.m,最大回拖力为136t。采用DCI公司生产的SST定向定位系统。有缆探头最大测深32m,精度±5%,倾角及转角信息通过线缆传递,不受深度及距离限制;探头用电瓶供电,可在地表更换,不受使用时间限制。另外为了保证导向准确,我们还配备了远程定向仪器在地面进行准确跟踪定位。
2.2 现场勘测及地下构筑物调查。
现场勘测及地下构筑物调查是导向孔设计的重要依据,也是制定施工工艺的依据。项目部技术人员对现场进行了勘测,测绘了河流宽度、深度、河岸护坡的结构及坡度、河床底部形态(宽度、水深等)。确定了欲铺管线的起点、终点位置。对沿线各种构筑物检查并逐一探查。最后绘制出完整的施工现场管道分布平面图及剖面图。
2.3 导向孔设计。
按设计要求,穿越入土角为10°,出土角为7°,穿越曲率半径为486m。
根据管线的起点、终点位置,河床形态及地下构筑物情况,绘制出管道轨迹。要求:管道绕过地下排污管道;在河床底部埋深符合设计要求;曲线造斜段尽可能短以方便施工及加快施工速度,曲线造斜段要顺滑。水平起弧时,要在拐点前就开始起弧,要事先计算好水平起弧的位置,单根钻杆变化角度。导向孔设计时尽量避免水平方向和垂直方向同时调整角度(见图1)。
2.4 导向孔施工。
顺利成功钻出符合管道敷设设计要求的导向孔,就为整个管道工程穿越成功奠定了基础。因为扩孔及回拖施工是较为容易的。
导向孔施工前我们先用全站仪将钻孔轴线标在地面上,每30m 一个点,并逐点测出标高;然后依据导向孔轨迹计算出导向孔在该点的深度,连同导向孔在该点的斜度一并记人导向孔数据表中,以备施工时参考。施工时每隔3m采集一次钻头方位参数,发现偏差及时纠正。同时以每3~5根钻杆为一组,观察导向孔曲线是否平顺。我们使用SST的远程控向仪器,将接收机放置于导向孔轴线上,控向测量员通过远程显示器观测钻头方位参数,如果没有出现超出允许偏差时就快速旋进。在走到水平拐点前,就提前进行方向调整,采用地面人工控向与电脑方位角参数相结合的方法进行导向控制。
4. 经验与体会
经过近一个月的紧张施工,顺利完成管道穿越敷设施工任务。我们体会到:
(1)现场勘测及地下构筑物的调查是非开挖管道敷设工程中的重要准备工作,能否有效的避开地下构筑物关系到工程的成败。调查工作的重点是施工区域的电力、供水、供气、通信、国防通信、交通信号、路灯电缆、污水、雨水管线、人防工事等;应重点查明地下构筑物的平面位置、走向、埋深(或高程)、规格、性质、材质等,并编绘地下构筑物图;除此以外,还应查明每个构筑物的建设年代和产权单位。其探测范围应包括整个施工区域和可能受施工影响的地下构筑物安全的区域。本工程的顺利完工就得益于事前周密的地面障碍物和地下构筑物的调查工作。
(2)科学的设计导向孔轨迹,能有效降低施工难度、加快进度。施工过程中要按导向孔轨迹设计进行施工,以保证管道敷设位置的准确性。
图1 管线穿越平面投影示意图
(3)水平复合弯只能在施工特别要求的情况下使用,因为拐角多了,必然会影响穿越曲线的曲率半径,和管线回拖时的阻力。在导向孔施工中,开始起弧时要全程用远程显示器观测钻杆走向、斜度,钻进到拐点前要提前进行方向调整,与设计的图纸对照,是否符合施工要求,否则立刻退回,重新调整导向参数。
(4)在钻导向孔施工时,由于地层地质的不均匀或磁场干扰而导致导向孔偏移,那么在纠偏时,应尽量做到水平“一次造斜”。所谓“一次造斜”是指一个连续均匀且同方向的造斜过程,其曲率半径应满足管道敷设要求。
(5)泥浆的配制也是工程是否顺利进行的关键,性能优良的钻进液,能够明显的减少钻杆的扭力和推力,从而有助于导向参数的调整。
5. 结束语
穿越施工过程中,水平复合弯在近年的水平定向钻施工中得到了广泛应用,随着施工技术的进步,穿越地下或地上障碍物的工程越来越多,越来越复杂,有些工程可能要求导向孔施工在地下三维方向进行角度调整,本文就宁波市城市天然气利用工程北仑高压管线太河路及河道穿越工程中的水平复合弯的成功实施做了介绍,希望能对从事穿越施工的同行们起到一定的参考作用。
[文章编号]1006-7619(2010)07-06-624
[作者简介] 刘立波(1976- ),男,山东济南人,2009年毕业于石油大学工商管理专业,工程师,曾任多条水平定向钻穿越工程项目经理,现任江苏油建管道技术工程公司副经理。
【关键词】水平复合弯;水平甩弧;导向孔设计;导向孔施工;一次造斜;有线定向
Application of horizontal composite curve direction technology in laying pipelines
Liu Li-bo, Zhu Zhi-peng
(Jiangsu Petroleum Exploration Bureau, Jiangsu Oilfield Construction Department Jiangdu Jiangsu 225261)
【Abstract】This article describes the level of composite bending direction through the high-pressure technology in the pipeline too Ningbo Beilun River Road and River Crossing Project in the application; introduced on-site investigation, ground and underground structures investigated, the level of complex curved design and the actual pilot hole operations, as well as the use of wire to the system.
【Key words】Horizontal compound curve; Rejection arc level; Guide hole design; Guide hole construction; Once deviating; Cable orientation
1. 前言
2007年8月江苏油建承接了宁波市城市天然气利用工程中的北仑高压管线太河路及河道穿越工程。
该穿越工程水平长度为840m,定向钻穿越段采用323.9×9.5mm的高频直缝电阻焊钢管,材质为L360(X52)钢。输送介质为天然气,设计压力为4.0MPa。
设计图纸确定的钻机入土点设在北仑区太河路西侧,位于高压输电线右侧7.5m,出土点位于北仑区太河路东侧。通过现场踏勘,穿越沿线有高压输电线、公路、河道、学校等设施,学校位于出入土点连接线上。
按规范规定,油气管线与学校,高压线等构筑物要保持一定的安全距离。设计要求穿越管线沿高压线一侧保持7.5m的水平距离,与高压线保持平行。经过实地考察和测量,整段穿越在平面走向上有3个拐点,拐角分别175°、174°和174°。且业主要求管线离高压线最近不能小于6m,最远不能超过9m,要在3m的宽度内完成3段水平甩弧,这在穿越的技术上有很大的难度,同时管线走向离高压线较近,控向系统受到高压电磁场干扰,影响控向精度。本工程的穿越地层为流砂、淤泥,这又增加了导向孔成形的施工难度。
2. 穿越施工方案的确定
2.1 定向钻设备和控向仪器的选用。
针对工程的施工要求和难度,本工程选用威猛D300×500钻机,最大扭矩67800N.m,最大回拖力为136t。采用DCI公司生产的SST定向定位系统。有缆探头最大测深32m,精度±5%,倾角及转角信息通过线缆传递,不受深度及距离限制;探头用电瓶供电,可在地表更换,不受使用时间限制。另外为了保证导向准确,我们还配备了远程定向仪器在地面进行准确跟踪定位。
2.2 现场勘测及地下构筑物调查。
现场勘测及地下构筑物调查是导向孔设计的重要依据,也是制定施工工艺的依据。项目部技术人员对现场进行了勘测,测绘了河流宽度、深度、河岸护坡的结构及坡度、河床底部形态(宽度、水深等)。确定了欲铺管线的起点、终点位置。对沿线各种构筑物检查并逐一探查。最后绘制出完整的施工现场管道分布平面图及剖面图。
2.3 导向孔设计。
按设计要求,穿越入土角为10°,出土角为7°,穿越曲率半径为486m。
根据管线的起点、终点位置,河床形态及地下构筑物情况,绘制出管道轨迹。要求:管道绕过地下排污管道;在河床底部埋深符合设计要求;曲线造斜段尽可能短以方便施工及加快施工速度,曲线造斜段要顺滑。水平起弧时,要在拐点前就开始起弧,要事先计算好水平起弧的位置,单根钻杆变化角度。导向孔设计时尽量避免水平方向和垂直方向同时调整角度(见图1)。
2.4 导向孔施工。
顺利成功钻出符合管道敷设设计要求的导向孔,就为整个管道工程穿越成功奠定了基础。因为扩孔及回拖施工是较为容易的。
导向孔施工前我们先用全站仪将钻孔轴线标在地面上,每30m 一个点,并逐点测出标高;然后依据导向孔轨迹计算出导向孔在该点的深度,连同导向孔在该点的斜度一并记人导向孔数据表中,以备施工时参考。施工时每隔3m采集一次钻头方位参数,发现偏差及时纠正。同时以每3~5根钻杆为一组,观察导向孔曲线是否平顺。我们使用SST的远程控向仪器,将接收机放置于导向孔轴线上,控向测量员通过远程显示器观测钻头方位参数,如果没有出现超出允许偏差时就快速旋进。在走到水平拐点前,就提前进行方向调整,采用地面人工控向与电脑方位角参数相结合的方法进行导向控制。
4. 经验与体会
经过近一个月的紧张施工,顺利完成管道穿越敷设施工任务。我们体会到:
(1)现场勘测及地下构筑物的调查是非开挖管道敷设工程中的重要准备工作,能否有效的避开地下构筑物关系到工程的成败。调查工作的重点是施工区域的电力、供水、供气、通信、国防通信、交通信号、路灯电缆、污水、雨水管线、人防工事等;应重点查明地下构筑物的平面位置、走向、埋深(或高程)、规格、性质、材质等,并编绘地下构筑物图;除此以外,还应查明每个构筑物的建设年代和产权单位。其探测范围应包括整个施工区域和可能受施工影响的地下构筑物安全的区域。本工程的顺利完工就得益于事前周密的地面障碍物和地下构筑物的调查工作。
(2)科学的设计导向孔轨迹,能有效降低施工难度、加快进度。施工过程中要按导向孔轨迹设计进行施工,以保证管道敷设位置的准确性。
图1 管线穿越平面投影示意图
(3)水平复合弯只能在施工特别要求的情况下使用,因为拐角多了,必然会影响穿越曲线的曲率半径,和管线回拖时的阻力。在导向孔施工中,开始起弧时要全程用远程显示器观测钻杆走向、斜度,钻进到拐点前要提前进行方向调整,与设计的图纸对照,是否符合施工要求,否则立刻退回,重新调整导向参数。
(4)在钻导向孔施工时,由于地层地质的不均匀或磁场干扰而导致导向孔偏移,那么在纠偏时,应尽量做到水平“一次造斜”。所谓“一次造斜”是指一个连续均匀且同方向的造斜过程,其曲率半径应满足管道敷设要求。
(5)泥浆的配制也是工程是否顺利进行的关键,性能优良的钻进液,能够明显的减少钻杆的扭力和推力,从而有助于导向参数的调整。
5. 结束语
穿越施工过程中,水平复合弯在近年的水平定向钻施工中得到了广泛应用,随着施工技术的进步,穿越地下或地上障碍物的工程越来越多,越来越复杂,有些工程可能要求导向孔施工在地下三维方向进行角度调整,本文就宁波市城市天然气利用工程北仑高压管线太河路及河道穿越工程中的水平复合弯的成功实施做了介绍,希望能对从事穿越施工的同行们起到一定的参考作用。
[文章编号]1006-7619(2010)07-06-624
[作者简介] 刘立波(1976- ),男,山东济南人,2009年毕业于石油大学工商管理专业,工程师,曾任多条水平定向钻穿越工程项目经理,现任江苏油建管道技术工程公司副经理。