大口径管道定向钻穿越复杂地层的设计与施工

9° 30′和 8°。在穿越出土侧（管段预制场地）实施夯管 L415MB 螺旋缝埋弧焊钢管（图 4）。
作业，沿穿越轴线开挖 5～6 m，夯进 φ 2 000×32 钢管
至岩石层约 100 m，采用对穿方式进行导向孔施工。
在对出土端进行开挖、降水和夯管作业过程中，当
夯管至 36 m 时，基本无法继续夯进，故决定对剩余的
陈周等.大口径管道定向钻穿越复杂地层的设计与施工.油气储运，2012，31（1）：33-35.
摘要：西气东输二线举水定向钻穿越工程中，采用原定向钻单穿设计方案施工时，管道拖至覆盖层与 岩层交界面处时受阻致使回拖失败。按照顺气流方向向右平移 10 m 后重新进行穿越，实施对穿方 案，并在原设计方案的出土端采用开挖、夯套管及注浆加固处理松软覆盖层的方法，最终成功穿越。 分析首次穿越失败原因：未加固覆盖层、穿越管径过大以及扩孔器较重等因素共同作用导致扩孔时 出土端覆盖层下沉，覆盖层与岩石交界面处形成台阶，使管道回拖卡阻。总结施工经验，在大管径定 向钻穿越软硬交错复杂地层的设计与施工中，务必加固上部覆盖层，且扩孔、修孔、洗孔、回拖过程应 连续进行，在特殊情况下，停止回拖时间不宜超过 4 h。 关键词：油气管道；定向钻；软硬交错地层；扩孔；卡阻；对穿 中图分类号：TE89 文献标识码：A DOI：CNKI:13-1093/TE.20111208.1609.002
（2）以夯套管方式防止在覆盖层与交界面处形成 台阶状而阻碍扩孔和回拖。若套管夯击距离较长，可 以采用在地下水位线以上先开挖基坑，然后再夯击套 管的方式，以便有效减短套管长度；或采用举水穿越方 案，当套管夯进较困难时，可以采用注浆加固的方法处
参考文献：
[1] 中国石油天然气集团公司. GB 50424-2007 油气输送管道穿越 工程施工规范[S]. 北京：中国计划出版社，2008. （收稿日期：2011-03-01；编辑：孙伶）
穿越场区上部覆盖层主要为粉细砂、粉质粘土、圆 砾以及卵石，下部基岩为泥质粉砂岩。圆砾粒径通常 以 1～20 mm 为 主，粒 径 大 于 2 mm 的 颗 粒 含 量 约 占
图 1 穿越处入土端管道布置图
网络出版时间：2011-12-8 16:09:00ɹɹɹɹɹɹ网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/13.1093.TE.20111208.1609.002.html
参考文献：
[1] 苗承武，江士昂，程祖亮，等. 油田油气集输设计技术手册[M]. 北京：石油工业出版社，1995：718-741. （修回日期：2011-10-15；编辑：熊寅铭）
作者简介：吕勇明，工程师，1983 年生，2006 年毕业于西南石油大
学油气储运专业，现主要从事油气集输工艺设计与规划工作。 电话：13936886359；Email：lvyongming@petrochina.com.cn
图 4 林头村抚河穿越东岸入土端管道布置图
4 设计与施工建议
理松软覆盖层。除此之外，在地质条件允许的情况下， 埋深满足设计规范要求时，应直接穿越覆盖层。
（3）穿越软硬交错地层时，应首先穿越硅管套管， 为主管对穿做准备。同时，可以在硅管套管内预留电 缆，为主管对接提供人工磁场。在夯击套管处理覆盖 层时，套管前端宜采用喇叭口形式，防止发生卷边以及 回拖过程中套管口卡住回拖管。若套管夯进较困难， 可以采用套管壁注浆、涂工业蜡减阻等方法，也可以同 时使用两台大吨位的夯管锤增加夯击力。
细砂层进行注水泥浆固结处理，处理范围为：宽 6 m，
长 25 m，加固深度 10 m。高压旋喷桩处理完毕后，开
始进行导向孔作业，随后连续进行 7 次扩孔作业，此后
主管道顺利回拖。
2.3 原因分析
举水穿越工程从扩孔到修孔，中间时间间隔长达
34 d，造成回拖中断，孔壁泥浆失水量增大，泥饼丧失
图 3 林头村抚河穿越西岸入土端管道布置图
“十一五”期间，我国油气储运行业蓬勃发展。石 油、天然气管道逐渐向大口径方向发展，与世界先进水 平接轨，其中西气东输二线管道工程是典型的大口径 管道。该管道西起新疆霍尔果斯，经西安、南昌，南下 广州，东至上海，由 1 条干线和 8 条支干线组成。管道 连续穿越新疆内陆湖、长江、黄河、珠江四大流域，干线 管道管径 1 219 mm，支干线管道管径 1 016 mm。在众 多穿越工程中，定向钻非开挖技术在西气东输二线工 程中得到广泛应用，举水定向钻穿越为穿越软硬交错 地层的典型工程。
见，采取洗孔、1 371.6 mm 岩石扩孔器回拖，在 φ 1 219 管道前端连接 3 根 φ 610 管道等措施再次回拖，但回拖 至普通地层与岩石地层交界处时再次受阻，采用滑轮
下部基岩中穿越，未对上部覆盖层采取任何措施。为 避免发生类似举水穿越失败事故，将原穿越方案调整 为两端开挖结合夯套管处理覆盖层，定向钻对穿的方
组将回拖管道拖出，至此按原设计方案回拖失败。
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案。调整方案为：西岸（主钻机侧）入土角为 8°，首先开
2.2 第二次施工概况 首次回拖失败后，穿越公司决定按照顺气流方向
挖 5 m，而后夯进长 126 m、φ 1 524×26 的 L415MB 螺 旋缝埋弧焊钢管（图 3）；东岸（辅助钻机侧）入土角为
向右平移 10 m 后重新穿越，入土角和出土角分别为 7°，首先开挖 7.4 m，而后夯进长 141 m、φ1 524×26 的
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陈周等：大口径管道定向钻穿越复杂地层的设计与施工
施工技术
Chen Zhou, et al：Design and construction of directional drilling crossing project for large-diameter pipeline in complex stratums
1 举水定向钻穿越
70 ％，卵 石 一 般 粒 径 为 10～60 mm，泥 质 粉 砂 岩 RQD 值为 85～95。 1.2 地层选择与设计参数确定
综合考虑穿越处的地质条件及定向钻穿越的入土 角、出土角、曲率半径等因素，穿越水平段管底标高选 在－9.0 m 处，使管道可以避开覆盖层中的圆砾和卵石 层，基本在泥质砂岩中通过。河床下管顶最小埋深为 25 m，位于冲刷线以下 20 m。穿越处西岸场地开阔， 交通便利，便于管道组焊，故将入土点设在东岸，入土 角为 9°30′（图 1），出土点设在西岸，出土角为 6°30′ （图 2），弹性敷设曲率半径为 1 828.5 m。
式中：p1 为管道起点压力，MPa；p2 为管道终点压力， MPa；d 为管径，mm；L 为管道长度，m；G 为日产液量， t；η0 为气液比。
结果表明：管道终点井口回压约 0.5 MPa，满足集 输要求，结合前期试验，认为单管通球工艺可以应用于 齐家油田。
综上所述，单管通球工艺适用于产油量高于 12 t/d 的油井，相比单管环状掺水和电加热工艺，单管通球工 艺可以在一定程度上降低能耗。该工艺在高寒地区油 田中的应用，对于进一步优化集输工艺，节能降耗具有
作者简介：陈周，助理工程师，1982 年生，2007 年毕业于河北工业
大学土木工程专业，现主要从事管道穿跨越工程的设计工作。 电话：0316-2074632；Email：cppechenzhou@cnpc.com.cn
（上接第 32 页） 油气混输管道水力计算经验公式：
一定的指导意义。原油性质和含水率对单管通球工艺 的影响，尚需进一步深入研究。
1.1 工程概况 西气东输二线干线在湖北省武汉市新洲区境内穿
越举水，穿越处东岸为辛冲镇胡仁村，西岸为刘集乡占 桥村。穿越处管道设计压力 10 MPa，管径 1 219 mm， 穿越实长 957.5 m，为大型穿越工程，穿越管道分别由 φ 1 219×22 输气管道和 φ 114×6.4 硅管套管构成。
2012 年 1 月 第 31 卷 第 1 期
施工技术
文章编号：1000-8241（2012）01-0033-03
大口径管道定向钻穿越复杂地层的设计与施工
陈周1 冉永红2 尤伟星1 张浩3
1. 中国石油天然气管道工程有限公司穿跨越室，河北廊坊 065000； 2. 中国石油天然气管道局国内事业部，河北廊坊 065000；3. 北京城建建设工程有限公司，北京 100000
出岩石洞口。连续 5 次洗孔后，开始回拖，回拖至第 4 集，偶含卵石和砾石，最大粒径达 60 mm。
根钻杆时，钻杆发生断裂，调整管道入洞角度后重新回
初期设计认为，砾砂层粒径较小，且含量较低，定
拖，管道回拖至普通地层与岩石地层交界处时，回拖速 向钻穿越可以通过此地层和导向孔，扩孔不易出现问
度突然减缓，经多次尝试回拖未果。尔后按照专家意 题。因此，在满足设计规范埋深要求的条件下，管道在
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Jan. 25, 2012 Vol. 31 No. 1
OGST
pipeline were also studied. Results showed that the CO2 corrosion for the submarine pipeline was a main corrosion form in service life, and the uniform thinning rate and local corrosion rate were in the range of mild corrosion and moderate corrosion. It is demonstrated that the submarine pipewline has a good performance in corrosion resistant ability. Key words: Xijiang Oilfield, submarine pipeline, inner wall thinning, corrosion products, corrosion rate He Sujuan: engineer, born in 1970, graduated from South China University of Technology, Mechanical Engineering, in 1992, is engaged in research of oilfield chemistry and corrosion control technology. Add: Shekou Industrial Road 2, Block A Room 1106 of No.1 Offshore Oil Building, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong, 518067, P. R. China. Tel:18664329521, Email: fsfh_zhaodawei@126.com
图 2 穿越处出土端管道布置图
3 林头村抚河穿越
2 施工过程
西气东输二线管道工程中的南昌－上海支干线， 在江西省南昌县广福镇江家村（西岸）及黄马乡林头村
2.1 首次施工概况
（东岸）穿越抚河，该处地质与举水穿越地质类型相似。
举水穿越工程第一次施工时，完成导向孔后经 7 穿越处管道设计压力 10 MPa，管径 1 016 mm。穿越
（4）在大口径管道定向钻穿越施工过程中，扩孔、 修孔、洗孔、回拖应连续进行，间断时间不宜过长，在特 殊情况下，停止回拖时间不宜超过 4 h[1]。
（1）在大口径定向钻穿越设计中，对于上部为覆盖 层，下部为基岩的地质，若定向钻穿越轨迹通过基岩交 界面，无论覆盖层是否存在圆砾和卵石，都必须考虑对 上部覆盖层进行处理，并设计为对穿方案。
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施工技术
2012 年 1 月 第 31 卷 第 1 期
原有强度，孔壁因强度不足而坍塌，孔洞形状改变。虽 然进行 3 次 1 422.4 mm 洗孔，但效果并不明显。第一 次回拖时，依照原设计方案未对两岸覆盖层进行夯套 管处理和加固硬化处理，且因穿越管径过大，扩孔直径 需达到 1 524～1 575 mm。另外，1 524 mm 岩石扩孔 器重达 6.15 t，扩孔时，出土端的覆盖层受压下沉，覆盖 层与岩石交界面处形成台阶，孔洞覆盖层中掉落的碎 屑堆积在台阶处，致使管道回拖卡阻，穿越失败。
级扩孔，最终一级扩孔尺寸为1 524 mm，满足相关规范 场区上部为覆盖层，下部为基岩，主要地层由上而下
要求：当管径大于 610 mm 时，最小扩孔直径为管径＋ 依次为粉质粘土、中砂、砾砂及粉砂岩，其中砾砂的碎
300 mm[1]。扩孔完成后进行修孔，4 根管可以自由进 石矿物组成以花岗岩为主，石英砂岩次之，局部粗砂富