低洼地段油田注水埋地管道定向钻敷设应用分析

时来元

大庆油田有限责任公司第十采油厂

A油田的部分区域地势低洼，地下水位高，地表常年积水。区域内草地、水稻田、鱼池较多，注水管道新建、改造施工难度大，夏季无法施工，大部分安排在初冬施工。冬季施工将影响新井投产，且由于施工环境恶劣，很难保证施工质量。如果管道的焊口、补口质量不高，管道回填时，冻土体积较大，会将管道的防护层砸裂，加速管道的腐蚀、穿孔，存在安全、环保隐患，每年管道维修维护费用和土地赔偿费较高。因此，需要探讨低洼地区埋地管道的敷设方式，通过技术优选，确定最佳施工方式，减少管道改造及后期维护费用，延长管道使用寿命。

1 埋地管道敷设方式优缺点对比

埋地管道常见敷设方式有开挖、设管堤、顶管、定向钻等四种方式[1-3]。优缺点[4]对比见表1。

表1 不同埋地管道常用敷设方式优缺点对比Tab.1 Comparison of advantages and disadvantages of different common laying methods of buried pipelines

从表1 可以看出：开挖敷设方式对地下水位低、地表积水较少的耕地等环境具有很好的适应性；对于地表有障碍物，或者常年积水的地方，应优先考虑使用定向钻敷设或顶管穿越[5]，其中穿越距离较长的管道采用定向钻敷设[6]，穿越距离较短（如公路穿越）时应采用顶管敷设。

2 埋地管道敷设方式经济性对比

由于顶管敷设[7]方式造价高，ZJ-S010—0021《A 油田管道公路穿越设计技术规定》已明确规定：当穿越段水平长度≤15 m时，采用钢顶穿越方式；穿赵段水平长度＞15 m 时，采用定向钻穿越方式。因此本文仅对定向钻敷设方式和开挖敷设方式进行经济性对比。

为便于比较，暂不考虑由于敷设方式不同引起的管道壁厚、防腐形式的变化，即假定定向钻敷设方式和开挖敷设方式使用的管道主材相同、防腐形式相同、长度相同，并选用应用范围最广泛的DN40 的注水管道，从土建施工费和征地费两方面进行比较，对比见表2。

表2 注水管道在不同敷设方式下的施工费用对比Tab.2 Comparison of construction cost of water injection pipeline under different laying methods 万元

费用计算说明：

（1）占地面积。开挖敷设方式：注水管道按11 m宽度计算占地面积。

定向钻敷设方式：根据GB 50424—2015《油气输送管道穿越工程施工规范》[8]6.1.14 规定，小型钻机的安装场地宜为40 m×40 m，大型钻机的安装场地宜为60 m×60 m。根据与施工单位现场结合，普通的注水管道埋设深度浅，穿越环境均为黏土、砂土，施工作业面小，20 m×20 m的场地即可满足钻机及吊装等设备的操作，因此钻机侧占地面积按20 m×20 m 计算，出土侧需组装管道回拖，按100 m×4 m计算，总占地面积为800 m2。

（2）征地费用。按具有代表性的A县A乡综合地价46.41 元/m2计取（临时征地按10%计费），青苗补偿按玉米地2.1 元/m2计取，地企协作费按0.5 元/m2计取，临时征地费为46.41×0.1+2.1+0.5=7.21元/m2。

（3）管沟土方费用。开挖敷设方式：管沟土方人工费占70%，63.91 元/m3；机械费占30%，19.57 元/m3计算。

（4）穿越费用。根据A油田公司造价中心2020年12 月24 日补充定额规定，定向钻穿越费用包括：钻机进出场费3 597.51 元/处；水平导向钻进765.86 元/10 m；扩孔费用由穿越管道管径决定，经过1次或多次扩孔成型，护壁、回拖费用DN100管径以内76.62元/10 m。

通过对施工费的计算比较，当注水管道长度超过60.5 m，定向钻穿越费用优于开挖敷设，因此推荐采用定向钻穿越。对于林带、水域、低洼草地的注水管道，由于施工难度大，推荐使用定向钻敷设。其他不同管径的敷设方式临界点可以通过计算求得。在某些综合地价较高的地区，也可以通过经济对比，确定是采用开挖敷设还是定向钻敷设。

3 定向钻技术运用实例

B注水井为A油田的一口更新注水井，设计管径规格为Φ 48 mm×4.5 mm，全长535 m，由于位于低洼草地，积水严重。2021 年10 月22 日对该管道实施了定向钻穿越施工，并验证定向钻穿越的技术可行性。B注水井设计管顶埋深2.2 m，根据钻机的安装位置和管道埋深确定钻机入土角为30°，钻头按30°方向钻入，在投影方向前进3.81 m后到达2.2 m 埋深，然后沿水平方向钻进，在到达B 注水井井口15 m 处，按20°角出土。在定向钻钻进过程中，随机指定一个位置，导向定位系统[9]接收装置显示钻头深度为2.23 m。利用挖沟机开挖，验证定向钻走向和穿越深度的控制精度：钻杆位于指定点下方，用钢卷尺检测，管顶深度为2.20 m，控制精度满足要求（图1）。

图1 开挖验证管道埋深Fig.1 Excavation to verify the buried depth of the pipeline

4 结束语

（1）对于地表有建（构）筑物或其他开挖难度较大的施工场所，定向钻穿越技术可推广使用，管道走向及埋深的精度控制可满足设计要求，具有不需征地、不需开挖土方，施工周期短、作业安全迅速、综合成本低、社会效益显著等特点[10]。

（2）随着管道埋深的增加，定向钻穿越的优点越来越突出。因此，在地表条件较好的施工场所，应根据管道埋深、土方工程量及征地等费用进行经济比对，确定采用开挖敷设还是定向钻敷设方式。