浅谈天然气管道水平定向钻穿越设计和施工
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浅谈天然气管道水平定向钻穿越设计和施工
摘要：随着天然气管道在城镇使用率增加，水平定向钻穿越以其破坏面积小、安全、环保、相对经济性等优越性得到工程人员的普遍赞同。该文章主要阐述了天燃气管道水平定向钻穿越设计需要注意点等问题，并以工程测量和地质钻探为基础，对天然气管道水平定向钻穿越设计进行了探讨。
关键词:天然气管道；水平定向钻;曲率半径；防腐；回拖拉力。
引言：
随着我国技术的不断发展，天然气管道水平定向钻技术也在不断发展，如何做好天然气管道水平定向钻的穿越设计，成为工程中人们经常面对、讨论的一个问题，根据笔者多年的工作经验，下面对天然气管道水平定向穿越设计进行阐述：
一、基本原理
水平定向钻是穿越管段按照设计轨迹，通过障碍物的一种非开挖管道安装施工方法。施工中，需利用控向系统，采用扩孔、回拖附以注浆等工艺措施实现穿越。
二、工程测量、地质钻探的要求
1）工程测量单位应提供的资料
（1）平面地形图(1∶500或1∶1 000)。
（2）断面图(竖向1∶100或1∶200，纵向1∶500或1∶1 000)。
（3）地下管道的物探资料，物探结果要求反映到平面、纵断面图上。一般要求物探的范围是穿越管段四周50～100ｍ范围。地下管道物探主要需了解有关地下已有管道和其他埋设物的位置及标高，为设计钻进轨迹提供依据。物探方法按定位原理分为电磁法、直流电法、地震波法和红外辐射法等。
三、水平定钻穿越障碍物类型
水平定向越穿越主要穿越铁路、公路、河流、桥梁等，以上穿越时，在满足相关规范要求的情况下，需征得相关行政管理部门的批准方可施工。穿越通航河流时，在取得水文资料的同时，需考虑疏浚、船舶抛锚、河流改造等因素。穿越管段距离桥梁墩台冲刷坑边缘外不宜小于10m，并不应影响桥梁墩台安全。
特别针对穿越河流等水域（《油气输送管道穿越工程设计规范》
GB50423—2007中2.0.3：天然形成或人工建造的河流、湖泊、水库、沼泽、鱼塘、水渠等区域）时，穿越管段管顶埋深应在河流最大冲刷线2.5M以下，且穿越管段管顶到河床底部的最小距离宜大于穿越管径的10-15倍，且不小于6M。对防洪等级高的河流，应根据不同的地质类别，适当增加穿越深度及采用套管穿越。
水平定向钻穿越河流堤坝时，尚应根据不同的地质条件采取措施控制堤坝和地面的沉陷，防止穿越管道处发生管涌，不得危及堤坝的安全。水平定向钻入土点距大堤坡脚宜大于50m。
四、穿越管道材质及类型
1、管道穿越河流时，优先选用无缝钢管。穿越工程选用的国产钢管，应符合现行国家标准《石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第1部分：A级钢管》GB/T 9711.1-1999的规定，并应根据钢种等级与设计使用温度提出韧性、防腐等级要求。
2、城镇燃气用聚乙烯管（PE管）。PE管以其优越的防腐性及便于运输、焊接、使用经济性取得广泛使用。常用PE管为DSR11（标准尺寸比，指公称直径与公称壁厚的比值）、PE100（指MRS即最小环向应力要求强度为8.0MPa的聚乙烯材料）型。采用PE管时应确保燃气管道周围土壤温度不大于40℃；当直埋蒸汽热力管道保温层外壁温度不大于60℃时，水平净距可减半。
五、水平定向钻施工图线路的设计
1）水平定向钻施工水平定向钻穿越的曲率半径应符合设计要求，曲率半径不宜小于1500D，且不得小于1200D。结合《油气输送管道穿越工程设计规范》GB50423-2007中5.1.3指出下:①入土角α一般宜为8°～18°。②出土角β宜4°～12°。施工时，入土角、出土角可根据穿越长度、管段埋深和弹性敷设条件进行适当调整。
详见图1
2）施工过程中，PE管道应考虑回拖拉力因素，实践中聚乙烯管道的最大拖拉力应按下式计算：
F=15DN2/SDR
式中F——最大拖拉力（N）；
DN——管道公称直径（mm）；
SDR——标准尺寸比。
钢骨架聚乙烯复合管道的最大拖拉力不应大于其屈服拉伸力的50%。
六、压力试验
穿越管段的强度试验压力应为该处设计内压力的1.5倍；严密性试验压力应为该处设计内压力。对于钢质管道，试压时的环向应力不宜大于钢管屈服强度的90%。有特殊要求的穿越管段，可提高强度试验压力。穿越管段强度试压稳压时间不应少于4h；严密性试压稳压时间不应少于24h。
七、管道防腐
针对穿越采用钢质管道，管道穿越前管道的焊口、补口、补伤防腐程序需提前进行，防腐等级不应低于原管道的防腐等级。钢质管道常采用三层结构挤压聚乙烯加强级防腐附以牺牲阳极阴极保护技术。对于水平定向钻穿越，补口套两端均应加强一圈密封带来加强牢度，防止补口套脱开。
由于补口是管道防腐中很关键的一道工序，特别是在穿越中，往往因为拖管或推管会造成补口损伤，特别是在长距离拖管中，有可能造成补口损伤，应特别加强此部分的要求。
八、保护技术
水平定向钻穿越时，应随管道走向埋设金属示踪线，以利管道后期运营维护及管理。地面应做好三桩敷设（里程桩、标志桩、转角桩）其他标识。对于穿越重要河流应于上、下流设置阀门。
结束语：
随着科学技术的发展，天然气管道水平定向钻穿越设计和施工技术也在不断发展，在设计方面，目前国外著名的钻机制造商可提供商品化的轨迹规划设计软件。通过采集所需的全部信息，利用计算机进行最优化钻孔轨迹设计，大大提高了水平定向钻轨迹设计的科学性和设计效率。在施工方面，水平定向钻进技术是一项施工新技术，它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点，广泛应用于天然气管线铺设施工工程中。水平定向钻进设备，在十几年间也获得了飞速发展，成为发达国家中新兴的产业。
参考文献：
1、《城镇燃气设计规范》GＢ50028—2006。
2、《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分:Ａ级钢管》ＧＢ/Ｔ9711.1—1997。
3、《燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统 第1部分：管材》GB 1558.1-2005。
4、《油气输送管道穿越工程设计规范》 GB50423-2007。
5、《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2007。
6、《聚乙烯燃气管道工程技术规程》(ＣＪＪ63—95)。
7、《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范》(ＳＹ/Ｔ4079—1998)。
8、《埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准》(ＳＹ/Ｔ0413—2002)。
