天然气长输管道项目穿越区工程地质适宜性评价

贺旺 解立云 韦子钰

天然气长输管道施工过程中会穿越特殊复杂地段，如大中型河流、小型湖泊、高速公路、铁路及建筑物等。水平定向钻为非开挖地下油气管道先进施工技术之一。目前对定向钻在长输管道施工时穿越地段的合理选取，覆盖层厚度及不均地层对钻进稳定性的影响、对不同地层的适宜性评价等，始终是天然气长输管道施工设计与评价重点。《油气管道完整性评价技术》一书系统综述了国内外油气管道完整性管理及技术评价研究现状及进展，解析了国内外管道检测与技术评价标准，总结了油气管道穿越地段工程地质适宜性评价模型，尤其是深入分析了特殊地段地质工程问题，结合现场实例分析了油气管道及站场完整性评价技术应用，进一步展望了物联网及大数据在未来油气管道施工方面的应用。本书具很强的实用性，书中施工案例全部来源于具体生产实践，能为油气管道施工、运行及维护方面的相关技术人员及管理者提供一定指导。

定向钻穿越技术在不同地层施工中存在较大差异，随着技术的不断改进，适用于软质、硬质粘土层、高风化岩层及致密砂岩中的钻进。同时，在天然气长输管道项目中更多的被应用于穿越大中型河流地段，如成功应用于长江、黄河、鉴江、黄浦江、钱塘江及海底的穿越等。特殊复杂地质主要涉及地层及环境方面，其中地层方面主要包括岩石、卵砾石及砂土地层。岩石硬质特性、强摩擦性会导致定向钻进进度慢且钻头磨损严重，密度较大时岩屑的钻排较困难，钻后会形成稳定孔壁;卵砾石地层由于相对较低的地层强度影响孔壁稳定，如遇卵石或圆砾影响钻进，其颗粒特性可能使钻头偏向，由于较强地层渗透性影响泥浆及钻屑的及时排除，该地层扩孔也较困难;砂土地段穿越时主要面临孔壁稳定性控制，传统泥浆护壁方式不能实现松散砂土地层的稳定，在自身重力作用下水平钻孔中的管道会相对贴敷于底侧，泥浆包角增大，在不平衡压差作用下下压管线至“吸附”在孔壁，进而摩阻显著增大，影响施工的繼续。场地环境及工程地质条件是定向钻技术成果的关键。定向钻穿越技术一般需较大场地为设备及施工的支撑环境，穿越地层的工程地质条件，如地层特性、岩层颗粒、强度、均质性及透水性等因素影响定向钻施工。

相比传统管道开挖施工，水平定向钻管道施工技术在保证埋深及敷设精度情况下，能适用于不同特殊地层且对环境影响较小，这也是其广受欢迎的主要原因。，但其也存在不足之处，如硬质岩层及碎石区域施工较难、穿越设备配套昂贵、钻出泥浆处理问题。此外，不同地段地质条件不同，哪怕是同一个区域也会有多个特殊地段，水平定向钻始终不能一次完成这些地段的穿越，必须对不同项目工程设计不同应对方案。目前，水平定向钻方面依然没有形成一个统一、规范的设计施工标准，国内外始终没有形成一套完整的长输管道穿越地段适宜性评价体系。天然气长输管道在穿越冲击平原地貌、地层土质良好、河流稳定平坦区域时，河床冲击淤泥变化不会对定向钻进工程造成太大威胁，但应考虑河床及岸坡稳定性;在穿越滑坡、泥石流等不良地质场景及湿陷性黄土、盐渍土等特殊性岩土时，受到较严重影响，应视实际情况对岸坡地带采取相应护岸措施，进行抗震性设计，进行合适的抗震烈度，实验室内进行特殊岩土的膨胀率等特性测试。

上述内容在《油气管道完整性评价技术》一书有详细叙述。加强定向钻进技术机理方面的深入研究及不同地层地质条件的适用性评价分析始终是长输管道施工设计的核心研究内容之一。在随后长输管道施工设计时，首先尽可能对特殊地段进行规避，降低对复杂地段或不良地质条件地层进行施工设计;对复杂地段不同地层岩性施工时，选取不同钻进钻头、泥浆压力及钻进速度等，及时选择最好相应的地层变化监测措施;尽早形成一个相关方面统一、规范的设计施工标准，形成一套适用于不同地层穿越施工的钻进技术及一套完整的天然气长输管道穿越地段工程条件适宜性评价体系。