同孔回拖技术在济青二线工程水平定向钻穿越中的应用

赵 敏，杨 肖，石江淼，何继伟

（1. 中国石油大学（北京）， 北京 102200； 2. 中石化石油工程设计有限公司 北京分院， 北京 102200）

同孔回拖技术在济青二线工程水平定向钻穿越中的应用

赵 敏1，杨 肖2，石江淼2，何继伟1

（1. 中国石油大学（北京）， 北京 102200； 2. 中石化石油工程设计有限公司 北京分院， 北京 102200）

结合济南—青岛输气管道二线工程实际情况，将光缆与管道同孔回拖技术运用到了定向钻穿越施工中。介绍了同孔穿越回拖施工方案，同孔回拖的技术要求与同孔回拖施工的优势。实践证明，同孔回拖技术能够节约工程成本、缩短施工工期及规避部分工程风险，适用于大型穿越、地质情况复杂、征地面积有限、工期和投资紧张的管道工程。

水平定向钻穿越; 长输管道; 光缆; 同孔回拖技术

在长输管道的建设中，为了管道的数据、图像、语音和视频等信号的传输，会在管道平行间距 300 mm处同沟敷设一根光缆，为长输管道的运营及维护提供了方便[1]。目前，在大型河流的穿跨越工程中，普遍采用的是管道和光缆分两次穿越，即两次打孔、两次回拖[2]。现行的SY/T4108-2005《输油(气)管道同沟敷设光缆(硅芯管)设计、施工及验收规范》中规定:管道采用定向钻方式穿越公路、铁路、河流时，光缆(硅芯管)宜采用具有一定强度的套管保护后单独定向钻穿越[3]。

济南—青岛输气管道二线工程主干线起点为齐河站，终点为平度分输清管站，干线线路全长约368 km，设计输量50亿m3/a，管径Φ813 mm，设计压力8.0 MPa，沿线河流大中型穿越54次，高等级公路穿越57处，铁路穿越6处，需要定向穿越黄河、小清河等大型河流。穿越地段地质条件复杂，回拖难度较大，并且周边村落繁多、地方关系复杂，工程进度和投资控制难度较大。考虑到上述诸多不利因素，为了规避风险、缩短工期并节约成本，本工程多处采用管道与光缆同孔多管回拖技术，只建一处入土点与出土点，同时回拖管道与光缆。减少了导向孔施工次数，节约了征地面积与工程费用[4]。定向钻同孔多管回拖技术有两种方法：一种为光缆与管道全部套入一根套管后进行回拖；另一种为双管无束缚回拖方式，即管道与光缆的前端套入套管中进行回拖，套管后端的管段处于自由无束缚的状态。同孔回拖的管道具有管径大与质量大的特点，所以对回拖过程中的摩擦力阻力的要求苛刻，而减少摩擦力最有效的方式则是保持泥浆的质量[5]。

1 济青二线工程同孔回拖技术应用实例

少海路定向钻穿越属于济南至青岛输气管道二线工程，穿越位置位于淄博市桓台县宋家村南侧。穿越工程参数：根据岩土勘察报告，选择粉土层作为定向钻穿越主要层位。管线穿越轴线最深处管底标高-9.9 m，定向钻穿越管道出、入土点之间水平长度409.8 m。穿越处地区等级为二级，管道设计压力为8.0 MPa，管径为DN800，属中型穿越。为了节约成本等因素，本处穿越采用光缆与管道同孔回拖技术。

1.1 测量放线

测量放线时，应根据本工程穿越施工图设计的穿越控制桩及线路定位桩坐标点，引出相对坐标点和标高，测量、放出定向钻入土、出土点位置。并且应针对泥浆池、钻机场地等，进行放线并做出标记。

1.2 布管及组对

钢管布管及组对应严格按《油气长输管道工程施工及验收规范》（GB 50369-2006）、《油气输送管道穿越工程施工规范》（GB 50424-2007）和《石油天然气建设工程施工质量验收规范 管道穿跨越工程》（SY 4207-2007）的要求执行。

1.3 定向钻穿越施工技术要点

钻导向孔阶段是穿越施工中最重要的阶段，决定着穿越的成功与否，也决定了敷设管道的最终所在位置。在钻进中，通过控向系统测量并控制钻头的位置与钻进角度，当实际钻进角度与预先设计轨迹有偏差时，可随时进行调整。

一般情况下，扩孔完成后，孔径的尺寸为管道外径的1.2至1.5倍。在本工程的管道光缆同孔穿越中，要求扩孔直径大于两管外径之和的1.5倍，防止因空间太小致使两管相互挤压摩擦而破坏管道的防腐层。穿越岩石地质时，防腐层的损坏很大部分来自于管道与参差不齐的岩石孔壁之间的摩擦，所以，扩孔工序中的修孔工序十分重要。

管线回拖前，应完成以下事项：连接前用泥浆冲洗钻杆，以确保钻杆内无异物；连接后要进行试喷，确保水嘴畅通无阻；旋转接头内应注满油，旋转应良好；回拖前应对钻机、泥浆泵等设备进行保养和小修；回拖前一定要将孔内钻（扩）孔所切削下来的岩层清洗干净，确保回拖一次成功。

由于是同孔回拖，应在光缆套管焊口处使用热收缩带，避免光缆焊口与管道壁面的摩擦而损坏管道的防腐层。同时，应在回拖管口处光缆套管和管道上分别安装万向节，从而保证光缆套管不会在回拖过程中缠绕至管道上。在扩孔回拖时，将扭矩控制在合理的范围内。扭矩过大，钻杆卸扣困难；控制表压保证扩孔回拖时的顺利进行。回拖时注意加强两边联系，时刻监控仪表读数同时做好每一根钻杆仪表记录，每一遍预扩完孔后都要认真对照记录数据，分析产生数据波动的原因和采取必要的措施，编扩孔记录,使扩孔、回拖具有可追溯性，保证扩孔、回拖施工程序顺利。根据地质情况及上一级扩孔情况，合理确定下一级的扩孔尺寸和扩孔器水咀的数量和直径，保证泥浆的压力和流速，提高携带能力，减少岩屑床的生成。保证扩孔回拖的顺利。回拖启动后，要作到平稳、匀速(回拖中不能停留)，速度控制在 3～9 m/min。操作手时刻观察回拖力、扭矩和泥浆压力变化，及时上报，以便采取必要措施，使钢管顺利回拖成功。管线回拖时要增大泥浆排量,保证孔内泥浆的充裕,有利于管线回拖。准备好助力设备，若回拖过程中，回拖力过大时，将使用助力设备作为管线回拖时的应急措施：挖掘机成对称方式排列，随着管线的回拖速度同步行进[6]。

2 光缆套管与管道同孔回拖技术的技术要求

定向钻穿越工程中采用光缆套管与管道同孔回拖技术时，要对整个施工过程的质量进行严格地控制，要保证每一个环节都达到所需的标准，以下几点是在光缆套管与管道同孔回拖技术中需要注意的地方。

2.1 泥浆的配置与其质量的保证

泥浆的质量在定向钻穿越中起到关键的作用，应针对不同的地质情况选用不同的泥浆配方，用膨润土和泥浆添加剂配出在不同阶段分别起到悬浮、携屑、固壁和润滑功能的泥浆。其中，所用的泥浆添加剂最好使用环保型泥浆添加剂。使用三个泥浆搅拌罐，使膨润土、添加剂和水得到充分搅拌，让泥浆的性能更为高效与稳定。同时，还要注重泥浆的回收处理，在入土点和出土点出分别有一个泥浆收集池，用过的泥浆通过泥浆回收处理后进行循环使用，大大提高了泥浆的使用效率。根据地质的实际情况有针对性的制定了泥浆体系，通过对泥浆压力的控制，调整泥浆马达的旋转速度。其基本配方是：2%～3%预水化复合泥浆+0.2%～0.4% 增添剂+0.3%降滤失剂+0.2%固体润滑剂。穿越砂层地段加0.2%单项压力封闭剂。

2.2 光缆套管和输气管道应各自独立

在回拖过程中，为了防止光缆套管因自身转动而缠绕到输气管线上，可采用在光缆与管道接口处分别安装万向节的方法，光缆套管和输气管道应各自独立，不能捆绑或连接在一起。使光缆套管在回拖时可以进行自转，从而避免光缆套管缠绕到输气管线上的情况。

2.3 回拖速度的控制

当管道回拖时，整个孔道充满了泥浆，管道会对泥浆产生挤压，从而对地层产生压力，所以回拖的速度不应太大。管道回拖为连续作业，需要控制回拖速度，使管道回拖速度为匀速。如果回拖速度过快，过大的压力可能会损坏孔壁，致使孔壁坍塌等情况的发生。同时，还应根据地层的变化随时调整回拖拉力，保证回拖过程的顺利进行[7]。

3 同孔回拖施工的优势

光缆套管和管道同孔回拖技术适用于大型穿越、地质情况复杂、征地面积有限、工期和投资紧张的管道工程，与光缆和管道分别回拖方式相比有一下几点优势。

3.1 节省费用

相比于传统的光缆管道分二次穿越，同孔回拖技术只需要进行一次定向钻穿越施工，减少了二次定向钻光缆穿越中的施工费用（钻孔、扩孔、回拖等施工）。同时可减少征地面积，节省了部分费用。

3.2 缩短工期

济南-青岛输气管道二线工程途径山东省11个县区，沿途经过的村落较多，会给当地居民带来些许不便，同时征地问题也错综复杂，经常会有不利于工程的因素阻碍工程的进展。所以适当地缩短工期是十分必要的，同孔回拖技术减少了一次光缆套管的定向钻穿越，明显缩短了工期。

3.3 可靠性高

特别是在地质情况恶劣的地区，同孔回拖技术减少了光缆单独穿越时的钻孔风险，只需要考虑到泥浆配置、套管拖头制作和回拖速度的控制等技术性问题并进行严格的操作即可避免穿越失败情况的发生[8]。

4 结束语

将同孔回拖技术运用在定向钻穿越中是一次大胆并且具有创新性的尝试。事实证明，相比于传统二次穿越方式，同孔回拖技术确实具有优越性，它不仅可以节约成本、缩短工期，还可以避免部分工程风险，这在长输管道的大型穿越、工期与投资紧张、地质情况复杂多变的地带中施工的优势更为明显。同孔回拖技术特别适用于DN＜600的小口径管道。在济南-青岛输气管道二线工程的部分穿越工程中，多处穿越使用了同孔回拖技术并取得了成功，具有明显的经济效益和社会效益[9]。

［1］胡成洲,冯东,王本明.光缆与管道同孔回拖技术在定向钻穿越施工中的应用[J].石油规划设计,2008,9(1):44-46.

［2］李长春.定向钻穿越设计中要注意的问题[J].油气田地面工程,2008(7):78.

［3］GB 50423-2007《油气输送管道穿越工程设计规范》[S].

［4］GB 50424-2007《油气输送管道穿越工程施工规范》[S].

［5］赵起龙.辽河油田天然气管网设计特点浅析[J].石油与天然气化工,2014(3):266-270.

［6］朱梅,刘文亮.定向钻穿越中的双管同孔穿越的技术研究[J].化工管理,2014(9):91-93.

［7］李珍,洪启林.光缆套管与主管道同孔回拖穿越[J].油气储运,2009(5):71-72.

［8］赵鑫,耿永华,李瑞波.埕港管道工程中应用的光缆套管与油管道捆绑式拖管技术[J].石油工程建设,2012(6):96-97.

［9］赵帅.油气管道定向钻穿越技术[J].石油工程建设,2009(2):37-40.

Application of the Back-dragging Technology in Single Hole in Jinan-Qingdao Gas Pipeline Project

ZHAO Min1,YANG Xiao2,SHI Jiang-miao2,HE Ji-wei1

（1. China University of Petroleum, Beijing 102200, China；2. Sinopec Petroleum Engineering Design Co., Ltd, Beijing 102200, China）

In the construction of Jinan-Qingdao gas pipeline project, the cable and pipeline back-dragging technology in single hole was applied in the horizontal directional drilling construction. In this article, the construction scheme, technical requirements and advantages of this technology were described. It has been proved that this technology can cut the cost, shorten the construction period and avoid part of the risk of the project. And this technology is appropriately applied in the pipeline project of large crossing, complex geological conditions, and limited land area and investment strain situation.

Horizontal directional drilling; Pipeline; Cable; Back-dragging technology in single hole

TE 832

： A

： 1671-0460（2015）03-0574-03

2014-10-23

赵敏（1991-），男，湖北荆州人，在读研究生，就读于中国石油大学（北京）动力工程专业，研究方向：天然气长输管道。E-mail：zhaomin_petroleum@163.com。