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          管道研究

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          黃土塬地區管道單邊定向鉆技術參數選取

          來源:《管道保護》2022年第2期 作者:張妮 楊恒 王東文 時間:2022-3-28 閱讀:

          張妮 楊恒 王東文

          中國石油長慶油田公司第三輸油處

           

          摘要:黃土塬地區管道采用單邊定向鉆技術具有穿越距離長、高差大、施工效率高、坡體干擾小等優點,適用于大型黃土沖溝、陡坎的一次性穿越。針對工程實施中缺乏單邊定向鉆設計參數規定,探討了單邊定向鉆穿越黃土沖溝的線路設計及參數選取。有助于單邊定向鉆技術的完善和推廣。

          關鍵詞:管道隱患治理;單邊定向鉆;穿越軌跡;入土角;穿越長度

           

          長慶油田某輸油管道于2012年建成投產,全線長度30.58 km,管道材質為L360,設計壓力6.4  MPa,壁厚6.4 mm,管徑323.9 mm,設計溫度20℃~60℃。管道所經地區分為黃土梁峁溝壑地質單元和黃土殘原、風沙灘地地質單元。巡檢發現在管線K2+600 m處跨越前出現地裂縫,地貌單元屬于狹長黃土梁,梁體兩側邊坡陡峭,發育有多處滑坡,位于管線物流方向右側的滑坡群滑動面已全面形成,滑坡群長約180 m,寬約6 m~25 m,整體穩定性較差,需要實施跨越改線及跨越前60 m改線工作。本文分析了滑坡體加固、滑坡段移線、桁跨小改線、整體改線(單邊定向鉆+溝底穿越)四種可能技術路線,并進行了對比論證。

          1  跨越治理方案

          1.1  滑坡體加固

          對發生滑坡的150 m山體加強觀測及治理。治理辦法為對長度40 m主要裂縫段采取開挖管道釋放土壤載荷、恢復管道敷設彈性;以3:7灰土回填夯實地表裂縫,沿管帶修建排水渠、截水墻等水保設施。經論證該方案未解決滑坡體造成的管線安全隱患,可作為臨時加固措施。

          1.2  滑坡段移線

          山梁脊線附近仍舊保持6 m~15 m寬度的穩定帶,可將滑坡段管道遷移在穩定山脊,再對滑坡體實施水工保護治理,確保管線處于地質穩定帶。經論證該方案雖然使管道避開發生滑坡的地帶,但并未脫離滑坡影響范圍,安全隱患仍然存在。

          1.3  桁跨小改線

          在靠近跨越錨墩25 m范圍有穩定地臺,可以從對面山梁建60 m桁跨,將管道由對面山梁接引至原跨越錨墩端,避開滑坡段山體,跨越兩端實施水工保護工程,原跨越錨墩周邊以3:7灰土夯實、加固裂縫和地面。經論證該措施避開了現有滑坡體,但因臨近滑坡影響區,新桁跨自重可能引發新滑坡。

          1.4  整體改線

          山梁旁有擬選的改線山梁,兩側山體相對穩定,適合改線管道敷設,可以避開滑坡段山體對管線危害。在枯水季節于溝底挖坑,從兩側山梁向溝下實施單邊定向鉆,于溝底連頭,拆除原索跨。改線段長度860 m、其中定向鉆長度350 m,原線路長度840 m,改線段與原線路長度基本相當。經論證該方案徹底避開了現有滑坡段,可以從根本上解決管道存在的安全隱患。

          2  單邊定向鉆技術

          單邊定向鉆技術是水平定向鉆穿越和斜井穿越的組合。充分利用小型定向鉆機體積小、鉆桿短、操作靈活、便于控向等優點。施工時斜井坡度范圍大,坡度控制難度小,穿越施工的泥漿量小,對環境影響小,施工安全性好,適合于單次較長距離的斜井穿越(圖 1)。單邊定向鉆斜井穿越技術主要參數有入土角,出土角(線路為曲線軌跡)、管線埋深,穿越長度等。



          1 單邊定向鉆穿越位置示意圖

          2.1  相關規定

          GB 50423―2013《油氣輸送管道穿越工程設計規范》規定“水平定向鉆敷設穿越管段的入土角控制在6°~20°,應根據地質條件、穿越管徑、穿越長度、管段埋深和彈性敷設條件確定”。結合現場實際情況,入土點距沖溝邊緣的距離不小于50 m,出土點距坡腳不小于3 m。

          2.2  設備可調試范圍

          鉆機可以直接停放在自然地坪上通過調整鉆機自身角度滿足斜井角度的需要。當斜井角度較大而鉆機調整角度不能滿足要求時,需開挖一個與穿越斜度設計角度一致的簸箕形工作坑,鉆機停放在工作坑旁根據地勢和設計的入鉆角度進行安裝調試,保證鉆桿中心線與斜井穿越軸線同心以確保入土角度,探頭在地面上測得磁方位角的精度符合要求。

          2.3  設計及施工要求

          管道在黃土塬頂和谷地的平坦地段按照開挖管溝埋管的方式鋪設,塬頂為工藝線路埋深,谷地考慮沖刷適當增加埋深。谷地開挖管溝到陡坡底邊后向陡坡內挖洞。沖溝兩側入土點、溝底出土點要保持同一垂直面,保證溝底彎管連頭自然順暢。為此要提高測量放線的精準度,嚴格鉆孔控向。

          為保證穿越施工安全,施工前應首先查明黃土沖溝邊緣松散土和穩定土的分布范圍。定向鉆機距離坡邊的安全距離應在10 m以上,管道穿越路徑距離坡邊的穩定層安全距離應在3 m以上。

          2.4  穿越軌跡確定

          線路軌跡為直線時角度較大,研究直線入土角即可滿足曲線入土角,出土角和埋深在規定范圍內即可。入土角α與穿越長度L關系式如下:

          L2=(H+h-h0)(cotα-cotβ)

          L=(H+h-h0)/(sinα)

          其中:L2為坡頂入土點離沖溝坡頂的最小安全距離,m;L為穿越斜井長度,m;H為沖溝的垂直高度,m;h為穿越段沖溝底連頭作業處管線埋深,8 m(沖溝沖刷線以下6 m,普通沖刷線2 m);h0為坡頂管線埋深,m(一般為1.5 m);α為入土角,°;β為邊坡坡度角(一般在45°~80°)。

          根據以上公式得出:入土角角度過大,坡頂入土點離沖溝坡頂的安全距離就越小,穿越斜井長度越短,下滑管線需要挖掘機拉力就越大,容易產生安全隱患。入土角角度太小,會導致主管線下管長度過長,不利于主管道的發送,管線自重不能得到充分利用,也會增大管線與土體的摩擦。

          2.5  單邊定向鉆參數選取

          入土角越大越不能保證入土點距沖溝邊緣的距離。根據水平定向鉆規范的入土角度范圍(6°~20°)和鉆機本身與地坪可調角度范圍(0°~25°),入土角不能超過45°。參考人工斜井角度范圍(10°~35°),最終確定在塬頂沿管道走向設置定向鉆,鉆桿入土角度控制在6°~45°(視鉆機能夠安裝固定的能力盡可能加大角度,以減少斜井長度),曲線軌跡出土角控制在4°~21°,管線埋深滿足水平定向鉆和人工斜井的要求,靶心對準坡角洞口后加固鉆機。

          3  結束語

          單邊定向鉆穿越不同于水平定向鉆穿越和人工斜井穿越,其利用水平定向鉆技術成孔和擴孔、利用人工斜井技術發送管道到斜井內,是水平定向和人工斜井技術的結合應用。穿跨越治理工程采用單邊定向鉆加溝底穿越的實施方案,可以穩定避開山體表面的地質敏感區域,受施工環境影響較小,實施方便經濟高效,可成為油氣田管道進行穿跨越治理時優先考慮的技術之一。

           

          作者簡介:張妮,1993年生,本科,中級工程師,主要從事油氣儲運與地面工程技術管理工作。聯系方式:13469606655,290174189@qq.com。

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