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定向钻穿越喀斯特地貌不良地质管道施工技术---从管道穿越红水河、郁江探究喀斯特地貌下的定向钻施工.pdf6页
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定向钻穿越喀斯特地貌不良地质管道施工技术 一从管道穿越红水河、郁江探究喀斯特地貌下的定向钻施工 中国石油西气东输管道公司王宜建 中国石油天然气管道局穿越分公司李勤学 中国石油西气东输管道公司权雷 摘要：作者总结多年定向钻管道穿越的施工技术和教训，详细叙述了在喀斯特地貌下富含岩溶、裂隙地质管道穿越成功的
实例，研究了在不良地质定向钻管道施工工艺和施工程序等技术措施进行了归纳总结，制定出一套切实可行的技术方案，对这
种不良地质管道穿越技术积累经验和借鉴。 关键词：喀斯特地貌、风险分析、机具的选择、技术措施 喀斯特地貌 karstlandf0珊 ，是具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称，又称岩
溶地貌。除溶蚀作用以外，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。 我国西南地区喀斯特地貌分布广泛，其大量含有碳酸盐岩、硫酸盐岩和卤化盐岩在流水的不断溶蚀作用下，在地表和地下
形成了各种奇特的溶洞。造成地下岩石具有一定的孔隙和裂隙，它们是流动水下渗的主要渠道，岩石裂隙越大，岩石的透水性
越强，岩溶作用越显著，形成地下径流。 喀斯特地貌为祖国的山河增添了许多美丽的色彩和让人流连忘返的旖旎风光，广桂林山水甲天下由此得名。但喀斯特地貌
下复杂的岩石地质情况对管道建设者却是一个新的挑战。从21世纪初开始，我国的管道建设掀起新一轮的高潮，西气东输二线、
三线，中缅油气管道等项目相继开工建设，管道开始向我国的西南、东南延伸，而在这些管道建设过程中，迫切需要解决管道
穿越岩溶不良地质的技术难题。尤其地质最为复杂的最具代表性的是西气东
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浅析水平定向钻施工在长输管道建设中的优势
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于【精品】专业论文文献 -水平定向钻技术在燃气管道施工中的应用的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：【精品】专业论文文献 -水平定向钻技术在燃气管道施工中的应用 最新【精品】范文参考文献专业论文水平定向钻技术在燃气管道施工中的应用水平定向钻技术在燃气管道施工中的应用摘要:水平定向钻技术作为一种非开挖技术,在管道施工中优势十分明显。近年来,该技术被广泛应用在自来水、燃气、电信等管道施工中。本文就水平定向钻技术在燃气管道施工中的应用进行了探讨,简要介绍了水平定向钻进施工工艺,阐述了管道穿越设计参数分析与确定,并对风险控制措施和关键工序的施工控制进行了说明。关键词:水平定向钻;燃气管道;施工工艺;穿越曲线;风险控制中图分类号:TU71 文献标识码:A 文章编号:1 引言水平定向钻进技术作为一项新型的燃气管道非开挖施工技术,具有不破坏环境、不影响交通、施工周期短、综合效益高等优点。而传统的燃气管道施工技术是采用开挖沟槽铺管,该方法有开挖作业面大、道路交通影响大、施工周期长等不足。因此,水平定向钻进技术的出现,无疑让燃气管道施工企业带来了更大的效益。下面,就水平定向钻技术在燃气管道施工中的应用进行相关探讨。2 水平定向钻技术主要施工工艺2.1 场地选择、布管施工场地包括钻机场地和布管场地。钻机(来源：淘豆网[/p-7490541.html])场地较宽,根据钻机设备进行工艺布置,必须因地制宜,综合考虑入土点、钻机、场地周边环境等因素,一般控制在 30m×40m 范围内。布管场地较狭长的,除出土点处需要 20m×20m 范围的出土场地外,还需比穿越管道长度长100m 左右的布管场地(宽度约 5m,能满足布管施工即可),布管曲率半径可适当减小,控制在 800 外 D 以上,出土点后 100~150m 内布管线路应为直线。2.2 施工前检验主要包括焊接检验、防腐检验、试压、清管等,此步骤对穿越管最新【精品】范文参考文献专业论文道施工和今后的安全运行至关重要,具体实施要求按相关技术规范执行。2.3 钻导向孔钻导向孔是检验穿越曲线能否成功的主要环节,若出现异常,可以及时分析调整穿越曲线,降低工程风险,因此必须保证导向曲线的合理可靠。2.4 扩孔扩孔能使钻屑(土壤)和钻进液(泥浆等)充分混合,并形成合适的空间,降低阻力,便于管道回拖,因此须根据穿越管径、穿越地质、回拖阻力等情况,合理确定扩孔孔径和扩孔次数。扩孔孔径按穿越管径(来源：淘豆网[/p-7490541.html])逐步增大,每次扩孔增加 100~150mm 为宜,并选择合适的扩孔器。2.5 管道回拖管道回拖是穿越工程的最后和最关键的一步,施工时必须连续作业,根据回拖阻力和导向曲线,合理控制泥浆,精确控向。2.6 施工后复验为了检验回拖后管道的强度和密封性,并为穿越单项工程的竣工验收提供依据,复验是目前保证管道安全的最后一道检验措施。主要包括强度试验、严密性试验、清管、干燥等。3 管道穿越设计参数分析与确定某定向钻穿越工程沿线须穿越高速公路和主要街道,经综合考虑决定采用组合定向钻穿越的设计方案,穿越长度为 987m。本工程管道设计压力 6.0MPa,材料选用 X60(L415)管线钢,管道选用外径813mm、壁厚 15.9mm 的直缝双面埋弧焊钢管,强度设计系数取 0.4。下面仅对穿越设计曲线的确定和回拖阻力的算法进行分析。3.1 穿越曲线的确定(1) 影响穿越曲线的因素影响定向钻穿越曲线的因素有很多,各因素之间的相互关系也非常复杂,综合大量定向钻穿越工程实践经验,主要有 10 大要素:管道与障碍物的安全(来源：淘豆网[/p-7490541.html])间距、穿越长度、穿越曲线经过的土质分布情况、管道特性、管道曲率半径、穿越深度、入土角、出土角、钻杆允许折角、出入土点场地及地面标高。最新【精品】范文参考文献专业论文(2)计算程序为了更精确的计算设计曲线,根据几何原理及相关技术规范特别编制了“定向钻穿越曲线计算程序”,经多次工程实践验证,计算误差很小。(3)计算结果分析根据计算结果分析,穿越实长为 987m,入土角 9o,出土角 6o,入土直线段 20m以上,管道曲率半径为 1500D 外,即 1219m,穿越曲线水平段管中与入土点管中距离为 18.37m,管道距沪宁高速路面&10m,距曹安路路面&6m。经综合分析,满足相关技术要求,设计曲线可行。3.2 管道回拖阻力分析和计算(1)管道回拖阻力的组成管道的回拖阻力大致由以下几项组成,但是回拖时这些阻力是不确定的,甚至是随机的。因有些阻力不是同时存在,只能作为在回拖过程中阻力异常时分析用,以便有针对性地处理回拖过程中的问题。1)管道在洞外部分因自重引起的摩擦力主要取决于管道入洞前的支(来源：淘豆网[/p-7490541.html])撑方式,如果采用水浮法可忽略不计,只考虑支撑段的摩擦阻力,摩擦系数μ1 根据经验取值。2)管道入洞角度、深度误差产生的阻力主要是偏离设计孔洞造成的,由于管子的刚度大,相当于重新扩孔,使扭矩和拉力增大。3)管道曲率变化引起的阻力穿越精度偏差过大在短距离内产生了很大的折转角,或地层突变使曲率半径变小产生的阻力。4)洞内泥浆及岩土混合物引起的摩擦阻力伴随回拖全过程,非随机的,与泥浆和地质的情况有关,泥浆量增大可使阻力(泥浆和岩土的混合物产生的摩擦阻力)减小。5)洞内泥柱引起的摩擦阻力是随机的,粘土多时,泥浆量偏小其值会很大,增加泥浆量可减小阻力。6)在管道抬头阶段泥柱重力产生的阻力最新【精品】范文参考文献专业论文与管道抬头角度和深度相关,但穿越深度较浅时,管道抬头阶段因泥柱重力产生的阻力不明显。7)泥柱变形产生的阻力主要产生在粉质粘土和淤泥质粘土中,与回拖的速度有关,回拖速度快时阻力大,慢时阻力小。(2)管道回拖阻力的计算管道回拖阻力的分析,在处理回拖阻力异常时是必要的,但是在定量计算实际回拖阻力时(来源：淘豆网[/p-7490541.html])将很困难,因为有些参数是随机的,所以一般按经验只计算回拖时的最大阻力 Fmax(即钻机的最小拉力)。计算条件假定为孔内充满泥浆、孔壁没有大面积坍塌、回拖前管道完全置于发送道上、管道入土时保持顺畅。经过英国 Land & Coasting 公司的过程计算法和美国奥格公司的分段逐点计算法的应用演变,逐渐形成以下实用算法:管道在洞中的泥浆阻力:F 切=πDτψL管道在洞内因自重产生的管壁与孔壁间的摩擦阻力:F 自=μqL回拖最大总阻力:Fmax=F 切+F 自式中μ—重力摩擦系数,(0.2~0.4,与泥浆量和泥浆性质有关);ψ—固相含量系数,(10~25);q—钢管单位长度重量,kg/m;τ—泥浆的切应力(根据经验取 9.5Pa);D—钢管直径;L—穿越长度。ψ系数表述泥浆中粘土颗粒的浓度(即固相粒子空间的网架密度)、粘度、内介质动切应力的大小,且宏观反映孔内岩土固相颗粒与泵入孔内的泥浆量的体积比。泥浆占有的孔内空间比例越大,ψ值越小,反之ψ值越大。一般地层土质较软很难将孔内的介质全部置换,(来源：淘豆网[/p-7490541.html])ψ值不可能很小。最新【精品】范文参考文献专业论文经计算和工程实践表明,对大管径管线定向钻穿越,由于钻孔成形的好坏直接影响回拖阻力,故计算时应考虑管道在孔中因泥浆切应力引起的阻力。同时根据管道在孔中的实际状态,计算阻力应适当留有余量以保证回拖安全,故计算重力摩擦阻力时忽略了管道曲线变化引起的受力影响和泥浆的浮力影响。由于回拖力在整个穿越过程中是动态变化的,计算非常复杂。因此理论计算的最大阻力 Fmax 仅为选择钻机和施工控向提供依据,实际回拖时仍应密切关注回拖力突变影响。算例:11 标高速和公路组合定向钻回拖力计算已知条件:钢管 D 外=813钢管壁厚δ=15.9管道材质X60 管线钢直缝双面埋弧焊钢管;穿越实长 L=987m;穿越段地质为粉质粘土和淤泥质粉土;穿越段曲率半径 R=1500D。求:定向钻回拖阻力 Fmax解:壁厚δ=15.9mm,重力摩擦系数μ=0.3,固相含量系数ψ=20。Fmax=F 切+F 自=48.82+92.50≈141.32(t)选取德国 HK-250 定(来源：淘豆网[/p-7490541.html])向钻机,允许最大回拖力约 200t,满足设计选型要求。工程实施后的相关数据表明,实际阻力均小于理论计算阻力,在道路路基下为了防止损坏公路,控制了泥浆量,使阻力局部增大,但均在钻机工作的安全范围之内,做到了管道的顺利回拖并保证了公路的完好。4 风险预测与关键工序的施工控制4.1 设计过程中的风险控制设计的风险主要来源于基础资料的准确性、设计方案的合理性、关键设计技术措施是否到位等。(1)基础设计资料的搜集基础设计资料越详细越好,主要包括测量资料、物探报告、岩土地质勘探报告、现场踏勘、主管部门意见、规划设计资料及障碍物竣工资料搜集,各项资料尽可能互相验证。(2)设计方案的多方案比选主要进行穿越管线平面布置、管道设计参数选择、设计曲线的合最新【精品】范文参考文献专业论文理选择和管道纵断面设计、管道回拖阻力分析、工程造价比选等,经多方案综合比选后择优确定。(3)管道防腐及补口的处理因为穿越管道是不可修复的。一旦出了问题,只能更换整条管段,所以焊口的防腐尤为重要。(4)焊接及无损探伤采用下向焊焊接工艺,(来源：淘豆网[/p-7490541.html])严格控制焊接工序,保证焊接质量,并严格执行 100%射线探伤和 100%的超声波探伤。(5)试压验收的要求严格执行回拖后的强度试验和严密性试验,保证管道安全。4.2 施工时关键工序的控制与处理(1)严格控制钻杆折角工程施工钻杆的折转角度是严格按照设计参数控制的,单根钻杆调整角度 0.48°,分三次调整,因每根钻杆都需调整折转角,没有缓冲的余量,所以不能超调,通过耐心的操作和认真调整,确保了穿越曲线的平滑。(2)泥浆(钻进液)的控制为了确保地表设施及路基的安全,导向孔钻进便开始控制泥浆,根据钻进的总体时间,确定了最小的泥浆量,严格控制泥浆压力,并有专人检查地上情况是否异常,扩孔时检查泥浆返回情况,检查孔内混合物返回的粘度,适时改变泥浆供给量和参数,回拖时根据阻力情况适当地调整泥浆,在路基下缓慢通过并减少泥浆量,防止泥浆挤破路面(冒浆现象)。(3)导向系统导向系统是穿越工程的眼睛,本项目采用了英国 Sharewell 公司生产的 MGS 导向系统,并在穿越过程中采用地面信标系统(Tru-(来源：淘豆网[/p-7490541.html])Trucker system)配合 MGS 系统进行准确的跟踪定位,确保穿越曲线平滑和顺利实施。(4)管道入洞的处理根据理论分析和工程实践经验,支撑点距洞口 30m,洞口下挖20m,垫高 0.6m,基本上消除了入洞阻力,做到了入洞平稳,不振动,最新【精品】范文参考文献专业论文有效地避免了钻具的损坏,使管道顺利回拖有了良好的开端。(5)地层硬度突变的处理穿越在回拖管道进入路基附近时,出现了阻力和扭矩急剧增大情况,及时调整钻机的拉力和扭矩通过了该地层突变段。地层的硬度突变在短距离、较浅的穿越中受地面的影响较大,如高速公路基础较硬与河塘地层较软的过渡地段管道容易错位,一旦从软地层到硬地层中易卡管,造成扭矩、阻力增大,此时应及时调整钻机的拉力与扭矩,减少事故的发生。因此条件允许的情况下,应注意选择钻机的穿越方向,或适当地调整设计深度,尽量从硬地层向软地层穿越,可降低风险,提高穿越的成功率。(6)管道支撑的处理管道支撑的处理,也是很重要的,是保证回拖管道防腐质量的最后一道环节。根据支撑力选择支撑设备的承载能力,并应有足够的接触面积,保证防腐层不被破坏。本工程采用了辊轮支撑管道,基本上满足了施工要求。5 结语随着城市发展的不断深入,燃气管道工程的施工必然增多,其管道穿越的地段也将越来越复杂,因此,水平定向钻进技术的应用也会越来越多。但目前水平定向钻进技术的应用经验并不多,因此,必须从设计、施工等各方面加强风险控制,加强对关键工序的施工控制,这样才能提高定向钻穿越工程的成功率,保证工程的质量。参考文献[1] 林玩君.浅谈水平定向钻进施工技术[J].科技风.2011 年 14期[2] 刘盛兵;向启贵;刘坤.水平定向钻穿越施工及其风险控制措施探讨[J].石油与天然气化工.2008 年 04 期------------最新【精品】范文播放器加载中，请稍候...
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