油气管道连续穿越多种轨道交通线路研究.pdf

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1、 第 3 3卷 第 4期 O I L A N D G A S T R A N S P O R T A T IO N A N D S T O R A G E 油号储运 1 7 油气管道连续穿越多种轨道交通线路研究 刘玉宝刘海 山 中国石化销售有限公司华北分公司， 天津3 0 0 3 4 1 摘要 ： 油气管道连续穿越电气化铁路、 城市轻轨和城际高铁， 采用单一的定向钻或顶管施工 工艺都无法满足其安全要求。为确保施工顺利完成， 对顶管结合定向钻穿越施工工艺进行 了研究， 对施工过程控制进行 了梳理。该方案有效降低 了施工难度， 缩减 了施工周期， 节省了工程投资， 技 术可 靠， 具有较高 的经济

2、效 益和 应用推广价值 。 关键词 ： 油气管道； 穿越工程； 定向钻； 顶管 D OI ： 1 0 3 9 6 9 i i s s n 1 0 0 65 5 3 9 2 0 1 5 0 4 0 0 4 0 前 言 定 向钻和顶管两种 穿越施工 工艺 ， 常用 于管道 穿越 铁 路 、 公 路 、 河 流 等 障碍物 。顶管 穿越 施 工 工艺 是在 工 作坑内借助顶进设备产生的顶力， 克服管道与周围土壤 的摩擦力 ， 将套 管按 设计 的方案 顶人 土 中至 接 收坑 ， 然 后在套管内敷设管道完成穿越施工。顶管穿越， 地面压 力载荷由套管承担 ， 保护套管内的工作管道 ， 不影响穿 越 区

3、域的地基承载力 ， 一般情况 下超过 1 0 0 m， 施工 作业 需 要增加 中继站 ， 施工难 度大 ， 技 术要求 高 ， 主管道 安装 难度较大。定向钻穿越施工工艺是利用水平定向钻机 ， 按 照设计 轨 迹钻 一 个 导 向孑 L ， 然 后 利 用 扩孑 L 器 进 行 扩 孔 ， 扩孔完成后将待敷设 的管道拉人钻孔， 完成敷管作 业 。定 向钻穿越施工在 长距离穿 越工程 中优 势 明显 ， 郑 州一 汤阴成品油管道定 向钻穿越黄河 主河槽达3 0 0 0 m， 江都一如东天然气管道工程管道定 向钻穿越长江达 3 3 0 0 m， 定 向钻穿越长度不断刷新纪录 。顶管和定 向钻穿

4、越施工工艺在 油气 长输 管道 穿 越工 程 中 的研究 和应 用 较多 ， 技术 已非 常 成熟 ， 但结 合 两种 穿越 技术 完 成穿 越 施 工的研究和实践较 少。若在顶 管穿越 施工 完成 后 ， 利 用定 向钻穿越施工对 准顶管套 管进行 导 向钻 孔 ， 然 后利 用 定 向钻 回拖 管道 ， 完 成管 道安 装 ， 对 降低 管道 穿越 工 程施工难 度 ， 缩 短施 工 周 期 和 降低 施 工 成本 具 有 积 极 意 义。 1 工程背景 某成品油长输管道 ， 全长 1 5 5 k m， 设计输量 4 0 0 X l 0 t a ， 设计压力 9 5 M P a ， 管径

5、4 0 6 4 ra i n ， 采用 L 4 1 5 直缝 电阻焊钢管 。该 工 程在 天津 市滨 海新 区 T J I 1 2 7 T J I 1 2 8号桩间 ， 从南 向北依 次 穿越津 山铁路 、 津滨 轻轨 及京津城 际高铁延长线 ( 规划 阶段 ) 。按照主管部门意见 及相关技术要求 ， 采用在铁路路基下 1 2 9 3 I n ， 1 5 5 0 m n q 套管顶管穿越津山铁路 ； 穿越京津城 际高铁段 ( 该 段是高 架桥 ， 下方是鱼塘 ) 要求在两 桥墩 中间地 面下 6 m通过 ， 套管直径不大于 5 0 0 m m， 防止扰动桥墩， 影响桥墩承载 力 ； 中间穿越津

6、滨轻轨 段应用桩 距 1 m 的等 腰三 角形桩 阵加固软土路基 ， 只能在桩底 3 m以下， 即地面1 2 m以下 通过 。津 山铁路和津滨轻轨 间距约 6 0 m， 中间有 1 条水 渠 、 铁路 自闭线 及 多条 国防光 缆 ， 京 津 城 际高铁 延 长线 与津滨轻轨 间距 约 3 0 m， 下方为大片鱼塘 。 经过现场多次调查和反复论证， 为了兼顾 3条轨道 交通线路安全技术要求， 降低施工难度和安全风险， 最 终确定穿越方案为在津 山铁路南侧路基下 1 2 9 3 m顶管 穿越津 山铁路 ， 接 收坑 设 在津 山铁 路 和津 滨轻 轨 之 间 ； 在津 山铁路 顶管 工作 坑南

7、侧应 用定 向钻 向北 经顶 管发 送坑一水泥套管一顶管接 收坑 后 ， 依次 穿越 津滨 轻轨 和 京津城际高铁延长线， 出土点设在京津城际高铁延长线 下方鱼塘岸边 ， 主管道回拖至顶管工作坑 ， 然后利用 2个 收稿 日期 ： 2 0 1 50 1 0 4 作者简介： 刘玉宝( 1 9 7 9一) ， 男 ， 河北安平人， 工程师， 硕士， 从事成品油管道工程建设管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m天然号与石油 NA T UR A

8、L GAS A ND O I L 2 0 1 5年 O 8月 2 3 6 3磁方位角测量 在导 向孔开钻 前 ， 测量 穿越 中心 线 的磁 方位 角 ， 这 一数值是导向孔控 向的原 始依据数 值 ， 必须 准确 。采 用 全站仪在穿越 中心 线上 的地表 进行 多点 测量 ( 通常 出 、 入土侧各取 2个点 ) ， 然后 将各组数 据进行分 析对 比 ， 排 除 由于磁干扰导致 的错误数 据 ， 确定正 确的磁 方位角数 值。如果各组数据相差较大( 0 2 。 以上) ， 则增加测量点 2 4 个 ， 直到确定正确 的数值。磁方位角作 为定 向钻 穿 越工 程最重 要的控向数据 ， 是确

9、保钻孔导 向精度 的基础 。 2 3 6 4精确控 向 为了使导向孔严格按设计曲线钻进 ， 开钻前对每 l 根钻杆的钻进要求都提前在 图纸上作好标注 ， 重点控制 单根钻杆的钻进质量和整体曲线的质量 ， 每 5 m校正 1 次钻头位置 ， 使施工 曲线与设计曲线重合。控向人员应 严格 按照设计 曲线 计算每次倾 角 的调 整度数 ， 通 过轨迹 变化确定控 向方向的变化 ； 施钻 人员严格 执行控 向人员 的指令 ， 按照指令进行操作 ， 防止人为操作导致钻孔偏 移设计 曲线 。 2 3 7扩孔 采用推 拉 式 扩孔 方 式 进 行逐 级 扩 孔 ， 将 孔 扩 大 到 中 7 0 0 m m

10、。在扩孔器被拉进 3 5 0 m时 ， 沿着 导 向孔洞推 出 ， 逐 级扩 孑 L 。单边 钻 孔 内 泥浆 流 失较 快 ， 在 导 向 、 扩 孔 、 回拖过程中， 用泥浆泵将流进基坑 内的泥浆及时稀 释 、 回收和处理 。 2 3 8管道 回拖 将基坑及水泥套管 内泥浆清理 干净 ， 拆 除支架 和钢 套管； 水泥套管内每 5 m放置砂袋 ， 高度约 2 0 e m( 便于 绝缘支架的安装) 。向井内注水至水泥套管的 1 2高度 ( 确保主管进入套管时处于漂浮状态) 。在人土点后侧 开挖 1 条长约 1 5 0 m， 深 1 m的发送沟 ， 并注满水 。光 缆套管和主管道分别独立地连接

11、 在 u形环上 ， 防止 2根 管道在 回拖过程 中相互 刮擦 、 挤压 和缠绕 。在 回拖 主管 的过程 中， 用扩 孔器 向管 孔 内补 入泥浆 ， 确 保管 内有 足 够 的泥浆润滑 ， 减少孔 内阻力。管道 回拖 1 5 0 13 3 时 ， 对两 段主管道进行 焊接 、 无损 检测 和 防腐补 口， 继续 回拖 至 露出工作井 内套管端 口5 0 C l T I 。 2 3 9绝缘 支架安装 用泥浆泵将井 内的水全部排出， 主管由土袋支撑， 卸下扩孔器， 对主管道每2 m安装绝缘支架， 距离套管两 端 1 n a 处安装 2 个绝缘支架 。 2 4工作井管道连头 用土袋覆盖工作坑内水

12、泥套管端 口和主管道， 在顶 管工作坑后 背墙深 2 m处 对井壁 开凿 出 2 I n X 1 n l 的孔 洞 ， 碎石用卷扬机运出井内， 将管道回拖耳鼻切割， 对管 端进行 打磨 和制作焊接坡 口。 严格控制碰死 口管道组 对错边 量 ， 最大错 边 量不大 于 1 6 m m， 且沿 周长 均匀 分布 ， 对 口间 隙控制 在 0 8 2 4 l l l m， 钢管对接偏差不大于 3 。 ， 管 口 1 0 0 m m内杂物清 除干净。采用低氢碱性焊条手工电弧焊， 焊前应做到焊 条烘 干 、 管 口预 热 、 防风 防潮 等关 键 措 施 ， 以保 证 焊 接 质量 。 根据实际尺寸将

13、 2个 9 0 。 热煨弯头和直管段焊接， 进行 x射线检测、 超声波检测和防腐补口， 用 吊车吊人 工 作坑 ， 用 土袋 支撑 ， 用外 对 口器 进行 组对 ， 井 下 焊接 ， 焊缝外观检测合格后采用 x射线和超声波无损检测， 然 后进行 防腐补 口和 电火花检测。 为了便于管道试压， 避免在弯头上焊接和切割试压 封头 。 在工作坑后背墙侧开挖 1 5 m x 1 5 m x 2 1T I 的管 沟 ， 用直管段和井 口弯 头焊接 ， 并安 装试压 封头 ， 进 行严 密性试压 。 2 5基坑 回填 将定 向钻光缆套管沿 连头管段 敷设 至工作坑 井 口， 并用 防水木塞 封堵 ， 用

14、红 砖 、 沥青麻 刀 对顶 管两 端水 泥 套管进行封堵。对工作坑 、 接收坑进行分层回填 、 夯实， 并根据回填进度， 逐步拆除工字钢围梁、 斜支撑、 爬梯和 水泥桩后 ， 进行地貌恢复 。 3 H S E措施 本工程在基坑 内进行安 装作业 ， 风险 高 、 难度 大 ， 必 须制定详细的 H S E保障措施和应急预案， 落实安全防护 措施 ， 重点确保作业 环境 、 施工人员用 电安全 。 4结论 工程顺利实施的关键是定 向钻人 土导 向控制 准确 ， 保证定向钻导向水平段和水泥套管轴线重合 ； 工程难点 是水泥套管内支 架安装 和钢套管焊接组 装 ； 井下 作业 条 件差 ， 人员容

15、易疲劳 ， 必须做好 安全 防护 措施 ； 利 用定 向 钻精准导向 ， 工作 管道 穿过 水 泥套 管 ， 回拖至 顶管 工作 坑 ， 降低了施 工难度 和施工成本 ， 缩短 了施工周 期 ， 充分 证 明了顶 管技术 和定 向钻 穿越技 术 相结 合 的可行 性及 技术优势 。 参考文献 ： 1 曾 强， 秦政先， 廖雍 四川地区河流定向钻穿越设计施 工探讨 J 天然气与石油， 2 0 1 0 ， 2 8 ( 4 ) ： 1 51 7 Z e n g Q i a n g ， Q i n Z h e n g x i a n ， L i a o Y o n g D i s c u s s i

16、o n o n D i r e c t i o n a l Dr i l l i n g R i v e r C r o s s i n g D e s i g n a n d C o n s t r u c t i o n i n s i c h u a n R e g i o n J N a t u r a l G a s a n d O i l ， 2 0 1 0 ， 2 8 ( 4 ) ： 1 51 7 ( 下转第 3 6页 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m天然号与石油 N AT UR AL GAS AND OI L 2 0 1 5年 0 8月 征分析

17、 J 油气井测试， 2 0 1 2 ， 2 1 ( 1 ) ： 1 61 8 L i H a i k e ， H u a n g X i a o y u n ， J i a n g K a i j u n T h e C h a r a c t e r i s t i c A n a l y s i s o f We l l T e s t C u r v e f o r Q i n g s h e n V o l c a n i c G a s R e s e r v o i r J We l l T e s t i n g ， 2 0 1 2 ， 2 1 ( 1 ) ： 1 61 8 3

18、刘之的， 苗福全， 罗晓芳， 等 火山岩裂缝型储层应力敏感 性 实验研 究 J 天然气地球科学 ， 2 0 1 2 ， 2 3 ( 2 ) ： 2 0 82 1 2 Li u Zh i d i ，Mi a o Fu qu a n， Lu o Xi a o f a ng， e t a 1 Ex p e rime n t o f S t r e s s S e n s i t i v i t y f o r I g n e o u s F r a c t u r e d R e s e rvo i r J N a t u r a l G a s G e o s c i e n c e ， 2 0

19、1 2， 2 3 ( 2 ) ： 2 0 82 1 2 4 霍凌婧 火山岩气藏复杂渗流机理研究 D 北京： 中国科 学院研究生院( 渗流流体力学研究所) ， 2 0 0 9 H u o L i n g j i n g Me c h a n i s m R e s e a r c h f o r C o m p l e x V o l c a n i c R o c k G a s R e s e r v o i r P e r c o l a t i o n D B e i j i n g ： G r a d u a t e S c h o o l o f C h i n e s e A c

20、a d e m y o f S c i e n c e s ( S e e p a g e F l u i d Me c h a n i c s R e s e a r c h I n s t i t u t e ) ， 2 0 0 9 5 薛定谔 多孔介质中的渗流物理 M 王鸿勋， 译 北京： 石 油 工 业 出版 社 。 1 9 8 2： 2 63 3 S c h r o d i n g e r A E T r a n s l a t e d P o r o u s Me d i a F l o w P h y s i c s M Wa n g H o n g x u n ， t r a

21、n s B e i j i n g ： P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s ， 1 98 2： 2 63 3 6 G l a d k o v S O G a s k i n e t i c Mo d e l o f H e a t C o n d u c t i o n o f H e t e r - o g e n e o u s S u b s t a n c e s J T e c h n i c a l P h y s i c s ， 2 0 0 8 ， 5 3 ( 7) ： 8 288 32 7 F a t t I P o r e

22、V o l u me c o m p r e s s i b i l i t i e s o f S a n d s t o n e R e s e rvo i r s R o c k s J A A P G， 1 9 5 8 ， 4 2 ( 8 ) ： 1 9 2 41 9 5 7 8 戈尔布诺夫 异常油田开发 M 张树 宝， 译 北京： 石油工 业 出版 社 ， 1 9 8 7： 61 4 G o r b u n o v A T A b n o r ma l O i l fi e l d D e v e l o p m e n t M Z h a n g S h u b a o ， t r

23、 a n s B e i j i n g ： P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s ， 1 9 8 7 ： 61 4 9 李传亮 裂缝性油藏的应力敏感性及产能特征 J 新疆石 油地质 ， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 1 ) ： 7 2 7 5 L i C h u a n l i a n g S t r e s s S e n s i t i v i t y a n d P r o d u c t i v i t y o f F r a c t u r e d R e s e rvo i r s J X i a n g P e t r o l

24、 e u m G e o l o g y ， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 1 ) ： 7 2 7 5 f 1 0P e d r o s a O A P r e s s u r e T r a n s i e n t Re s p o n s e i n S t r e s s s e n s i t i v e F o rma t i o n s C P a p e r 1 5 1 1 5 P r e s e n t e d a t t h e S P E C i fo r - ni a Re g i o n a l Me et i ng， 24 Apr i l 1 9 8 6， Oa k

25、 l a n d， Cali f o r ni a， U S A Ne w Yo r k ： S P E， 1 9 8 6 1 1 贾永禄 ， 赵必荣 拉普拉斯变换及数值反演在试井分析 中 的应用 J 天然气工业， 1 9 9 2 ， 1 2 ( 1 ) ： 6 0 6 4 J i a Yo n g l u ，Z h a o B i r o n g Ap p l i c a t i o n o f L a p l a c e T r a n s form a n d Nu me ric a l I n v e r s i o n t o We l l T e s t a n a l y s i

26、 s J N a t u r a l G a s I n d u s t ry， 1 9 9 2 ， 1 2 ( 1 ) ： 6 0 6 4 1 2 郭 洋， 杨胜采 我 国火山岩油气藏压裂技术研 究进展 J 天然气与石油 ， 2 0 1 2 ， 3 0 ( 2 ) ： 4 9 5 1 Gu o Ya n g ， Ya n g S h e n g l a i C u r r e n t S t a t u s a n d De v e l o p me n t T r e n d o f Vo l c a n i c R e s e r v o i r F r a c t u rin g T

27、e c h n o l o g y i n C h i n a J N a t u r a l G a s a n d O i l ， 2 0 1 2 ， 3 0 ( 2 ) ： 4 95 1 ( 上接第 2 0页 ) 2 李 浩 杭 甬线输气管道工程防腐专业的设计与施工 J 天然气与石油 ， 2 0 0 8 ， 2 6 ( 2 ) ： 1 3 L i Ha oS u mma riz a t i o n o n De s i g n a nd Co ns t r uc t i o n o f Co 0 一 s i o n C o n t r o l S y s t e m i n H a n

28、g -Y o n g G a s P i p e l i n e J N a t u r a l G a s a n d O i l ， 2 0 0 8 ， 2 6 ( 2 ) ： 1 3 3 张伟， 蔡青青， 张勇， 等 钢制管道清管经验及清管器 卡堵的应急处理 J 天然气与石油， 2 0 1 0 ， 2 8 ( 6 ) ： 1 4 1 6 Z h a n g We i ， C a i Q i n g q i n g ， Z h a n g Y o n g ， e t a 1 S t e e l P i p e l i n e Pi g g i n g Ex pe rie n c e a n

29、d Eme r ge nc y Tr e a t me n t i n Pi g Bl o c ki ng J N a t u r a l G a s a n d O i l ， 2 0 1 0， 2 8 ( 6 ) ： 1 41 6 4 陈 杰， 杨华， 沈选忠， 等 输气管道大中型河流穿越设 计要点 J 天然气与石油， 2 0 0 7， 2 5 ( 3 ) ： 4 7 C h e n J i e， Ya n g Hu a ， S h e n Xu a n z h o n g ， e t a1 De s c r i p t i o n o f L a r g e a n d Mi d d l

30、 e Ri v e r Cr o s s i n g O p t i o n s a n d De s i g n Ou t l i n e J N a t u r a l G a s a n d O i l ， 2 0 0 7 ， 2 5 ( 3 ) ： 4 7 5 曾强， 陈彬源， 刘海禄 ， 等， 浅谈定向钻 穿越 中管道外防 腐层的保护 J 天然气与石油， 2 0 0 8 ， 2 6 ( 4 ) ： 2 42 6 Z e n g Q i a n g ， C h e n B i n y u a n ， L i u H a i l u ， e t a 1 P r o t e c t i o

31、 n o f A n t i c o r r o s i v e Co a t i n g i n Ga s P i p e l i n e d u r i n g Di r e c t i o n a l Dri l l i n g C r o s s i n g J N a t u r a l G a s a n d O i l ， 2 0 0 8 ， 2 6 ( 4 ) ： 2 4 2 6 6 沈 平 不同地质水平定向钻泥浆配比的研 究 c 中国 地质学会非开挖技术专业委 员会 2 0 1 3年非开挖技术会 议论 文集 2 0 1 3年 非开挖技 术会议 ， 2 0 1 30 41 9

32、， 苏州， 中国 北京： 中国地质学会非开挖技术专业委员会， 2 0 1 3 S h e n P i n g T h e R e s e a r c h a b o u t Ho r i z o n t al Di r e c t i o n a l D ril l i n g Mu d o n D i f f e r e n t G e o l o g i c a l C o n d i t i o n C C S T F C o n f e r - e n o e Pr o c e e di n g s o f 201 3 Tr e nc h l e s s Te c h no l o g

33、 y Co n f e r e nc e 2 01 3 Tr e nc hl e s s Te c h no l o g y Co n f e r e nc e，2 01 3 04 1 9， S u z h o u ， C h i n a B e r i n g ： c s T r ， 2 0 1 3 7 侯学瑞 洛阳驻马店成品油管道黄河定向钻穿越技术 J 天然气与石油 ， 2 0 1 0， 2 8 ( 1 ) ： 1 3 Ho u Xue r ui Lu o y a n g Zhu ma d i a n Oi l P r o d uc t Pi pe l i ne Cr o s s i n

34、g Y e l l o w R i v e r b y H o ri z o n t a l D i r e c t i o n a l D r i l l i n g f J N a t u r a l G a s a n d O i l ， 2 0 1 0， 2 8 ( 1 ) ： 1 3 8 G B 5 0 4 2 3 2 0 1 3 ， 油气输送管道穿越工程设计规范 s G B 5 0 4 2 32 0 1 3， C o d e for De s i g n o f Oi l a n d G a s T r a n s p o r t a t i o n P i p e l i n e C r o s s i n g E n g i n e e ri n g S 9 G B 5 0 3 6 92 0 1 4 ， 油气长输管道工程施工及验收规范 s GB 5 0 3 6 9 2 0 1 4， C o d e for C o n s t r u c t i o n a n d A c c e p t a n c e o f O i l & G a s T r a n s m i s s i o n P i p e l i n e E n g i n e e r i n g S 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m