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          管道研究

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          油氣管道水平定向鉆穿越施工風險控制

          來源:《管道保護》2023年第1期 作者:孫大偉 時間:2023-2-20 閱讀:

          孫大偉

          國家管網集團山東運維中心青島作業區

           

          摘要:新建管道穿越密集的已建地下管網、人工或天然障礙物,通常采用水平定向鉆實現不開挖穿越,但同時存在施工風險高、監管難的問題。通過某定向鉆施工事故案例分析,結合相關規范要求以及現場管理實際,對采用水平定向鉆穿越油氣管道交叉施工管理和風險控制進行分析,對油氣管道企業改進定向鉆施工監管有較強的指導意義。

          關鍵詞:油氣管道;水平定向鉆;交叉穿越;第三方施工;風險控制 

           

          水平定向鉆法是管道敷設施工非開挖敷設方式之一,水平定向鉆施工具有環境擾動小、施工精度高、易于調整方向和埋深等優點,但對于已建埋地管道的運營單位,開展水平定向鉆交叉穿越第三方施工監管時,往往存在監管困難等問題。本文通過某公司事故案例分析,結合定向鉆與油氣管道設施交叉穿越的相關規范要求,對定向鉆交叉施工管理和過程風險控制進行分析。

          1  事故案例分析

          2021年3月,A施工單位采用水平定向鉆方式新敷設一條天然氣管道,從B管道公司一條成品油管道下方交叉穿越。在導向鉆已完成、定向鉆施工擴孔過程中,定向鉆桿與成品油管道底部管壁直接接觸并持續旋轉摩擦,導致成品油管道被磨穿并發生大量泄漏。

          事故直接原因:定向鉆穿越工程施工擴孔過程中,由于粒徑大的礫砂不斷在底部沉積使得鉆桿發生向上漂移,與管道持續旋轉摩擦造成管道泄漏。事故間接原因:一是未準確掌握施工現場地質情況,施工單位未針對此工程開展地質勘測,不了解該穿越段存在礫砂層,忽略了對礫砂沉積導致鉆桿偏移的風險識別。二是不符合規范要求,交叉位置導向孔與成品油管道底部垂直凈距不足4米,不滿足SY/T 6968―2021《油氣輸送管道工程水平定向鉆穿越設計規范》中6米規定。三是施工單位對水平定向鉆穿越施工工藝管控不到位,選用的桶式擴孔器不合理,在穿越礫砂及黏土地層時,在泥漿中的浮力較大,產生向上偏移推力,鉆桿漂移與成品油管壁直接接觸導致事故發生。


          2  定向鉆施工管理常見問題

          水平定向鉆施工主要分為導向鉆孔、擴孔、洗孔、管道回拖幾個流程。雖然定向鉆施工技術和定向鉆機設備已相對成熟,但由于埋地設施錯綜復雜,且不同地區的地質條件存在差別,實際施工過程仍存在較大風險。目前管道運營單位在定向鉆施工監管中主要存在以下問題。

          (1)提前介入不足。管道企業通常與建設單位和施工單位聯系密切,卻很少參與施工方案設計工作,與工程設計單位聯系較少,缺乏前期定向鉆施工設計階段的溝通和對接,從而無法在方案設計階段及時發現并指出定向鉆施工方案設計缺陷和存在的風險。

          (2)方案審查不嚴。審查人員對水平定向鉆穿越工程設計規范掌握不到位,無法根據相關規范和體系文件準確找出定向鉆施工方案中的不符合項,對施工風險研判不到位。

          (3)前期準備不到位。定向鉆施工前,未能準確掌握埋地設施分布的詳細情況。明確穿越位置后,未能選擇合適位置開展工程地質勘測,因此不能準確掌握穿越處地質條件,無法預估穿越地層的阻力和力矩,致使導向鉆控向困難或鉆桿漂移。

          (4)缺少風控手段。定向鉆穿越施工均為地下作業,管道運營單位的施工監護人員無法直觀觀察到鉆進位置和深度,不利于及時發現施工過程中的異常情況。

          (5)違章施工難以防范。個別施工單位為避免繁瑣的審批、報備手續,未經管道運營單位許可野蠻違章施工。

          3  定向鉆穿越施工風險控制措施

          通過分析總結事故教訓,應高度重視定向鉆交叉穿越工程可能帶來的重大風險,針對風險因素制定現場監管措施,并認真加以落實。

          (1)施工準備階段。首先,準確掌握擬采用定向鉆鋪設的管道和需穿越的埋地管道各詳細參數,包括管材、壓力、輸送介質、附屬設施及其他地下隱蔽工程。其次,定向鉆施工區域按照《油氣輸送管道工程水平定向鉆穿越設計規范》關于勘探點位、勘探深度和資料搜集要求做好地質勘查工作,將地勘報告作為施工方案的重要附件,明確定向鉆施工區域的地下土層結構,從而對曲線軌跡設計、導向鉆頭選取、擴孔器的選擇提供判斷依據。并根據該規范第7部分選擇定向鉆出入土點、布設定向鉆機安裝場地、泥漿池設置位置等。再次,在役管道運營單位應利用管道定位設備對管道進行精準定位,采用人工開挖探坑的方式在交叉點位置找到管道及伴行光纜。

          (2)方案設計審查。首先,明確定向鉆設計路徑與管道的平面位置關系,通過平面關系圖清晰顯示定向鉆與已建油氣管道的具體交叉位置和交叉角度,定向鉆總長度以及交叉位置相對定向鉆軌跡水平方向的位置,宜將交叉點設置在定向鉆沿水平方向平緩推進的階段,不應設置在向下鉆進和向上抬升的階段。其次,合理設計定向鉆穿越軌跡,繪制定向鉆施工縱斷面圖,定向鉆彈性敷設曲率半徑不宜小于1500D,不應小于1200D,曲率半徑越大,管道承受的彎曲應力越小。交叉點處管道垂直間距滿足不小于6米的強制要求,同時應綜合考慮到擴孔器種類和尺寸的影響,視現場實際情況適當增大交叉間距。在定向鉆軌跡曲線的水平方向上,每隔一定距離設置監測點,便于監護人員實時掌握鉆頭的位置和埋深。再次,嚴格審查地質勘察報告,必要時邀請行業專家參加評審。水平定向鉆不應長距離穿越卵石層、礫石層、破碎硬質巖石層及大于2毫米以上顆粒含量30%~50%的礫砂層,避免出現因導向失敗而增加施工風險。

          (3)施工現場布控。定向鉆施工應按照大型施工執行標準化現場布控,在施工區域出入土點、管道交叉位置采用彩鋼瓦、鐵絲護欄網等硬隔離措施進行圍擋。施工區域應懸掛第三方施工安全告知牌和醒目的警示標識,夜間作業應保證充足的照明條件,布控區域四周設置警示燈。

          (4)施工過程管控。首先,在管道可視的情況下完成定向鉆穿越。在施工出入土端方向距離管道中心線兩側5米位置,沿平行于管道的方向開挖監測槽。監測槽深度大于管道底部1米以上,長度為定向鉆設備最大偏移誤差值加兩側各4米。因現場作業空間和地形地貌限制,不具備監測槽開挖條件的,在迎鉆頭一側設置鋼板進行保護,鋼板入地深度和設置寬度與監測槽設置原則一致。其次,定向鉆機導向儀跟蹤采用有線控向和無線控制相結合的方式,確保對導向鉆的精準定位。定向鉆機施工過程中,應至少指派1名專業人員或聘請有資質的專業監理24小時監控施工運行狀態,跟蹤導向鉆鉆進參數。導向與司鉆要保持及時溝通,嚴格按設計曲線要求鉆進。定向鉆穿越軌跡曲線水平方向每隔一定距離應設置一處數據控制點,對鉆頭的深度和位置進行實時監測,控制導向孔不偏離預設曲線。若發現導向曲線有偏離設計方案的趨勢或冒漿、卡阻等其他異,F象時,應立即停止施工。

          (5)聯合竣工驗收。定向鉆穿越工程結束后,管道運營單位和定向鉆施工單位應對交叉穿越管段進行聯合竣工驗收,通過探坑、監測槽確認管道是否受損、是否因施工擾動發生位移和沉降,并將實際定向鉆軌跡曲線作為竣工資料進行歸檔。確認管道無異常后,對探坑、監測槽進行回填,拆除施工現場硬隔離圍擋,做到工完料凈場地清。

          4  結語

          隨著經濟發展對油氣資源需求增長,城鎮化水平不斷提高,油氣管道運營企業將頻繁面對定向鉆交叉施工所帶來的風險,F階段水平定向鉆穿越施工管理中普遍存在的前期介入不足、方案審查不嚴、現場管控不到位等問題,從施工準備、方案審查、現場布控、過程監管和竣工驗收各個環節針對性地完善施工管理措施,把好流程關、技術關和現場關,筑牢全天候、全過程、可視化防線,將水平定向鉆穿越油氣管道工程的風險處于可控狀態。


          作者簡介:孫大偉,工學學士,山東運維中心青島作業區管道科科員,主要從事長輸石油天然氣管道保護、完整性管理、管道腐蝕控制相關工作。聯系方式:15066873320,997066224@qq.com。

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