浅谈水平定向钻在油气管道工程中的应用

孙惠（中国石油化工股份有限公司天然气分公司，北京 10000）

浅谈水平定向钻在油气管道工程中的应用

孙惠（中国石油化工股份有限公司天然气分公司，北京 10000）

随着城市化进程的加快和经济建设的需求不断提升，我国的石油、天然气、水力、电力等工程不断扩展并且在施工技艺和工程建设等方面都得到了进步和提高。尤其是我国的油气管道工程，我国的油气管道总长较长，并且还在逐渐增加，为工业化进程的加快发展和保持经济高速曾峥提供了原动力和支持，我国的石油储备较低且分配并不均匀，形成了依靠进口和北油南下、西油东运的格局，这就导致油气管道施工成为我国工业发展的基础工程。水平定向钻石油气管道工程中使用的不开挖地表、节能环保且成本较小的一种重要的施工机械。本文将对水平定向钻在油气管道工程中的作用进行分析探讨，为油气管道施工建设提供参考建议。

水平定向钻;油气管道;应用

水平定向钻多应用在水力、电力、石油、天然气、煤气等的管线铺设施工建设中，它能够在不开挖地表面的情况下铺设多种公用设施，比如管道和电缆等。我国的油气管道工程随着经济的高速增长和工业的进步，正在逐步发展，油气管道工程对施工技艺和工程质量提出了更高的要求，既要保证施工地的环境与资源不被破坏，又要保证施工进步和质量。水平定向钻不仅适用范围广，而且施工精度高、施工速度快，投入成本低，这些优点都成为油气管道工程的首选。但是，要熟练掌握水平定向钻的基本工艺方法，提高水平定向钻的实际使用效果并积极促进我国油气管道工程的发展，保证我国油气输送的安全和稳定。

1 水平定向钻及其特点

1.1 水平定向钻

水平定向钻是一种以不开挖地表，铺设多种地下公用设施，如管道和电缆等的一种施工机械，广泛应用于水力、电力、石油、天然气、煤气等工程的管线施工中，并且水平定向钻可以在粘土、沙土、卵石等多种地况条件下施工，适合我国大部分的非硬岩地区来使用，在我国有很好的施工条件。

水平定向钻技术在-15℃至+45℃的环境中都可以作业，并且是将石油工业中的定向钻技术与传统的管线施工技术结合起来的新型施工技艺，在最近十几年的时间里获得了快速的发展和进步，尤其是在发达国家的油气等的工程建设中成为一个新兴产业，拉动了石油、天然气等工业的进步。

1.2 水平定向钻的特点和发展趋势

水平定向钻作为一种新型施工技术，具有施工精度高、施工速度快、投资成本低、节能环保、对资源和周边地表建筑等的破坏小的特点。具体来说有以下几个特点：

第一，破坏及影响小。水平定向钻不开挖地表，而且在地下铺设管道，对交通、绿地、植被、周边建筑、环境和居民的正常生活都没有阻碍和影响，是现代化水平较高且文明施工的有利设备。

第二，穿越精度高。由于水平定向钻不开挖地表，所以存在穿越的特点，其穿越设备的穿越精度比较高，并且易调整敷设方向及埋深，其管线弧形敷设距离较长的特点可以埋深，又能够绕过地下的障碍物，保证工程质量。

第三，穿越可靠。很多管道工程的管网埋深都比较深，即使穿越河流时也会达到河床下9-18米，水平定向钻穿越不会对地表、地貌等造成影响。并且，水平定向钻没有水上、水下作业，对通航、河床结构等没有影响，施工的周期较短且施工效果好，非常可靠。

第四，灵活性好。水平定向钻的进出管道工程现场的速度比较快，而且调整起来比较方便、灵活，施工占地少、工程造价低，成为当前很多城市管道施工工程的首选。

当前，水平定向钻朝着微型化、大型化、适应硬岩作业、钻杆自动堆放和提取、自备式锚固系统、防触电系统等智能化、自动化、深度高的导向监控、应用范围广的方向发展。无论是大型管道施工还是中小型管道施工都有比较好的适用性。

2 我国油气管道的特点

目前，我国的油气管道总长已经超过了15万公里，新建天然气管道超过了3万公里，新建原油管道超过了1万公里，新建成品油管道1-15万公里，油气管线施工建设投入已经超过了3000多亿元。而且我国经济保持高速发展态势，工业化进程逐渐加快，未来对油气的需求会更高。

我国油气管道的施工技术正在不断进步，不仅提高自身的技术能力而且不断引进国外先进的施工技艺和施工设备。例如，当前，我国的原油管道主要输油干线都实现了密闭输送，管道的用管级别已经达到了X65，我国自行设计和制造的长输管道用高效输油泵后泵效能达到84%以上，而且管道工程建设和输送方面的能耗逐年降低，管道实现了自动化控制。但是，我国的油气管道工程仍然与世界先进水平存在差距，在施工设备和施工工艺上都应该更上一层楼，不断革新和创新，推动我国油气工程建设，带动我国工业进步和发展。

3 水平定向钻在石油管道中基本施工技术

水平定向钻是从国外引进的先进技术，逐渐在很多工业建设中进行广泛应用，对我国的的城市化发展和工业化进步做出了贡献。其施工工艺主要包括三个阶段：

第一，导向孔钻进。导向孔钻进的具体施工是根据要穿越的地质、地貌和地况实际情况进行综合分析，并最终确定合适的钻头以及导向板、地下泥浆马达，在入土点钻进，整个钻进施工过程都要监测和控制钻进工具，保持钻孔的延伸轨迹是根据设计行进的，在从另一端钻出时就完成了整个导向孔施工。

第二，扩孔。扩孔是定向钻施工技艺当中的重点和关键，对铺设管道起到关键作用。因为之前使用了小口径的钻头来钻进，现在应使用扩孔钻头以扩大导向孔。扩孔钻头要根据扩孔的直径、长度以及设备能力来进行选择，保证扩孔施工的有效性和成功率。

第三，管道回拖。管道回拖是水平定向钻施工中最后一个步骤，并且在条件允许的情况下，管道铺设可以和最后一级扩孔同时进行，这样做的目的是防止钻孔暴露时间过长而导致孔壁坍塌。而如果在清孔不够彻底、钻孔坍塌、钻孔弯曲严重、泥浆润滑不够理想的情况下，是不可以进行管道回拖施工的，这样会导致管材变形或者拉断，致使拉管失败甚至人身危险。可见管道回拖技术也是需要谨慎操作和较高的工艺水平的。

4 水平定向钻在油气管道工程中的应用

前文提到水平定向钻多用于管道铺设工程中的地下公用设施的施工建设，尤其是电缆和管道。我国是当前世界上的五大油气生产国之一，伴随全球经济的快速发展和国际合作的进步，以及对能源节约和环境保护的重视，我国对清洁能源更加重视。石油和天然气是不可再生清洁能源，使用量逐年上升。我国的油气长输管线已经达到了2万多公里的总长，通信光缆是油气长输管道工程建设中的重要工程，为油气管道的数据传输、通信、故障检测和排除提供保障。下面介绍一下在油气管道的通信光缆敷设中如何正确操作和使用水平定向钻。

水平定向钻在油气管道的通信光缆施工建设中主要涉及的是穿越部位，如，湖泊、河流、公路、铁路、学校等不能用普通顶管通过或者常规开挖的障碍部位，在这些穿越位置要十分注意水平定向钻施工技术。需要注意以下几点：

首先，敷设技术的方式选择。通常面对以上情况，可以选择两种方式，一种是同孔敷设，一种是分别敷设。同孔敷设，即油气主管与光缆套管同时在同一个空洞内回拖铺设。这种方式成本投入小且工期较短，但是，容易受限于扩孔直径和穿越距离。并且，油气主管和光缆套管容易在长距离之后出现缠绕问题，增大回拖的阻力致使光缆套管可能出现回拖断裂的现象。因此，在具体的选择上，要根据穿越的实际情况和设计要求进行选择。另外一种分别敷设，是指油气主管与光缆套管分别进行打孔敷设，这样施工能够减小主管回拖的阻力，安全性更高。但是，同样的，这种方式也要根据施工的实际情况和地质条件等进行施工。

其次，管材注意事项。管材的选择就是要采用何种类型的光缆保护套管，通常情况下，小型穿越施工（＜400m）可以选用回拖普通的硅芯管或者是加强型的硅芯管，而如果是大型的穿越施工（＞400m）的可以选择114mm*6mm型钢管作为保护套，将硅芯管放置于钢管内部。

再次，光缆敷设技术。我国通常采用硅管内压缩空气吹缆敷设方法。但是随着我国油气管道工程的穿越距离逐渐变长，甚至达到了几千米的长度，使用水平定向钻施工需要将管道一次性的预制完备，而且需要将光缆和硅芯管都要放置好后才能回拖，避免出现拖完管之后而光缆穿不进去的现象。因此，普通的吹缆敷设方法对长距离的光缆敷设施工不适用。改进之后的光缆敷设技术是在光缆钢管焊接时将套管中预先放置一条钢丝绳，并将硅芯管放置在地面上，同时分段把光缆吹好之后使用预设的钢丝绳将光缆拉进套管内，这样操作就既方便又适用于长距离油气管道了。

最后，回拖阻力的处理。在直接回拖硅芯管以及回拖钢套管时，因为管径小的限制，其承受的会拉力也是有限的，尤其是在越来越多的长距离油气管道工程中，穿越时的回拖阻力是个施工难题，有效降低回拖阻力是保证施工成功的前提。目前，我国通常通过保证成孔的方法来减小回拖阻力，因为成功和效果佳的成孔能够对管道敷设和回拖提供良好的条件和环境。在成孔时，要依据周围地质条件和地况情况以及工程条件，确定科学合理的成孔方法与钻进泥浆，并且注意钻进的速度要和施工要求和实际情况相匹配，可以挤压或者悬浮，选择能够保证孔洞有效形成的方式。

5 结语

我国油气生产总量不断增加，且在能源结构调整和环保意识的推动下，石油和天然气的使用量会逐渐增加。油气管道工程的质量和可靠性是保证我国油气安全输送的前提，通过水平定向钻这个新兴的地下公用设施铺设施工机械，在油气管道和通信光缆等的敷设中起到重要作用。经过多年的使用和革新，水平定向钻技术在施工工艺和施工中，都取得了一定的进步，但是还需要不断的进行研究和改进，以发挥水平定向钻在油气工程中的作用。

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