PE燃气管道定向钻穿越施工要点
佛山市南海燃气发展有限公司胥珩
摘要:通过对PE燃气管道非开挖定向钻施工的经验性总结,对PE燃气管道定向钻施工中的主要影响、控制因素进行了分析并提出具体处理意见,为成功实施PE燃气管道定向钻施工提供可行的操作参考。关键词:PE燃气管道;施工;非开挖;定向钻
定向钻施工也称为往复式潜钻施工HDD(Horizontal Directional Drilling),是工程技术行业的一种管道施工工艺,一般多用于各种公用地下管道建设,由定向钻机在不进入、开挖地表面的条件下进行钻孔、扩孔、清孔等过程以后再进行管道回拖。在燃气管道建设工程中有广泛应用。
一、燃气管道定向钻施工的工艺原理
1、前期准备工作;首先是管线位置测量放线,然后进行地质勘探,再根据勘探结果和建设要求制作施工MATCH_
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_1714117246722_0;方案中应明确轨迹设计、操作
规程
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等内容经审批通过方可进场施工。
2、导向孔钻进;开挖好出入土点工作坑后,钻头从出土点顶入地下,钻头通过钻杆中空连接水源喷射高压水柱将泥土松开;在这个过程中通过钻杆控制钻头的旋转方式进行轨迹控制工作,钻头内装置精确的导向及探测仪器(信号发射器),当其在地下潜挖时,地面上的接受器可由其电磁波显示钻头所在的位置及深度,进而可转绘成精确的地下管线图表。
3、扩孔、清孔;当完成导向后,钻头出现在入土点,这时将导向钻头更换成扩孔器,扩孔器喷射润滑剂旋转前进,进行多次的预扩孔和清孔,使孔径达到回拖要求。
4、拖管;将扩孔器连接PE燃气管,扩孔器从
入土点向出土点喷射润滑剂旋转前进,燃气管随之拖行最终出土;采用无污染的天然粘土细粉作为润滑剂,混合在水柱中喷入土壤,不但可稳固孔道壁且有润滑作用,将拖管时的摩擦力降至最低,日后泥浆形成一圈干燥的粘土裹覆管线。
二、燃气管道定向钻施工的选用条件
燃气管道定向钻施工的优点有:1、施工条件适应性强;适用于穿越铁路、公路、河流、其他障碍等不便于进行开挖地表面的施工条件;2、环保;对管道穿越周围的环境、设施、生产生活、交通等方面影响破坏小,可减少因开挖施工造成地面塌方下陷及房屋龟裂;3、维护安全性高;所需开挖空间少,安全防护隐患少、维护容易;4、经济性强;对比开挖、维护、修复造价较高的情况,其施工费用明确可控;5、采用机械化施工,工期较短。
燃气管道施工应谨慎选择定向钻工艺的情况:1、存在一定的施工安全隐患,由于可见性不强,施工安全控制要求较高;2、定向钻施工的燃气管道在运行中难以进行维护、抢修;3、对比开挖施工造价可控的情况,其施工费用、
材料
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费用可能偏高。
三、勘察设计
1、通过调研资料、实地测量等方式掌握现场地质情况、地下设施情况十分必要,只有知道地下的情况才能够根据地质硬度确定钻机、钻头的选用型号,根据地下障碍调整钻掘深度、轨迹。
2、通过放线查看现场,考虑预制管道的摆放方案,预制管道的摆放方案将直接影响出入土点位置、托动力调整等后续问题;在实际操作中如摆放
空间不足可以采用“边焊边拖”的办法。3、出入土角度、出入土点位置、钻掘深度等相互影响,经验上钻掘长度与深度成正比,角度与深度成正比,角度与钻掘长度成反比;其中:出入土角度因为对钻掘长度、深度、回拖力等有很大影响,是严格限定的,通常入土角以12~20度为宜,出土角以4~30度为宜,钻掘长度受管材安全载荷、回拖力等影响不宜过长。4、当完成以上考察后钻进的轨迹设计也就大致完成了,一般方案设计图上会标示出进入点角度、钻掘曲率及出口点的角度,钻掘曲率是依据钻掘长度、深度、预制管型号、材质、回拖力、钻杆曲率等因素而决定。
四、回拖力计算
目前回拖力的计算
公式
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主要有三种“卸荷拱土压力计算法”、“净浮力计算法”、“绞盘计算法”,“绞盘计算法”的基本公式为: F=μPL
式中 F——回拖力, N
μ——摩擦系数(无量纲,一般泥浆中取0.25,地面取0.40)
P——单位长度管材竖直方向的合力,N/m
L——管道长度,m
五、泥浆配比
通常采用一般钻井泥浆,主要成分有:淡水、定向钻钠坂土、聚合物HFEC、滤失剂DFD-140、润滑剂等,其相对密度为1.1~1.2。在施工中应根据地质情况不同随时调整泥浆添加剂、相对密度,如,卵石地层的河床,应加大泥浆相对密度,减少泥浆的漏失。
六、优化措施
1、上述第四点的公式为理论近似计算公式,实际施工中回拖力的大部分被施加到扩孔器、工具的横切面上,回拉力的总量并未按比例传递到被回拖的管道上;因此为让总拉伸应力在要求的范围内以确保回拖管材安全,通常使用软接头的办法,即在回拖管道前端接入一段软接头;该软接头预设的断开拉力应小于被拖管道的安全载荷,按CJJ63-2008《聚乙烯燃气管道工程技术规程》的要求,相应拉伸应力限值取管材屈服拉伸应力的50%。
2、管道应尽量平直摆放以减小拖动阻力,可以灵活利用地形将PE燃气管道放置于河面上,回拖时在管道下方垫设辅助滑动滚轮等。
3、尽量采取连续回拖,减少间断回拖产生的静摩擦力;保证在泥浆固化之前完成回拉任务。
4、回拉过程中注意保持稳定的泥浆环流。
5、扩孔直径不是越大越好,只要能使钻孔容纳所要敷设的管道即可,从减小流动阻力方面来看,扩孔直径也是愈小愈好;扩孔直径还应根据地层条件和管道类型确定,对于回拖PE管材而言,扩孔直径宜为敷设管道外径的1.2~1.5倍。
6、PE管材在回拉完成后,其弹性应变会很快恢复,经过一段时间后,伸长恢复和温度达到平衡状态的热收缩可能会导致拖拉头退回到钻孔出口内。为防止这种现象的发生,在回拉完成后还应将管头拉出一段长度,通常约为管材总长度的3%。
七、其他注意事项
1、卡钻的出现及解决方法;在砾石、糖粒砂、钙质层钻进时可能出现卡钻现象,应及时调整泥浆配比,使用最大泥浆泵排量,与挖掘机配合,将钻杆撤出卡钻区,寻找卡钻出现的原因,调整泥浆配比,增加泥浆切力与粘度,使用扭矩大、推力大的钻机及相匹配的钻头,完成导向孔的钻进。
2、穿越大型河流时,轨迹设计应结合地质状况,选择合理穿越层位。
3、在遇到钻杆运输等类似问题时,应选择合理工艺方法,可用孔道中送钻杆的方法。
八、结束语
当前PE燃气管道因其优点使用越来越广泛,非开挖定向钻施工也因其灵活便捷的特性大量使用;但在PE燃气管道非开挖定向钻施工中还存在诸如凝水缸设置、分段焊接回拖施工过程中加设套管、局部地段的管基处理等诸多问题。建议尽快出台有关PE燃气管道定向钻施工的专业性规范,以改变目前设计、施工及验收缺少依据的局面,进而推进该项技术在燃气建设中的发展应用。
参考文献:
[1] 安金龙,水平定向钻穿越回拖力的计算方法及其分析,石油工程建设, 2008
[2] 洪国,燃气用PE管水平定向钻进若干问题探讨,煤气与热力,2009.06
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