定向鉆穿越質(zhì)量問題及預防措施

摘 要

摘要：定向鉆施工管道基本上不可能進行維修，建設(shè)期的質(zhì)量隱患可能導致很快穿孔泄漏。巖石地段的定向鉆穿越應(yīng)改用帕羅特防腐層，以降低劃傷風險；在地質(zhì)情況復雜多變，尤其是存在孤石
摘要：定向鉆施工管道基本上不可能進行維修，建設(shè)期的質(zhì)量隱患可能導致很快穿孔泄漏。巖石地段的定向鉆穿越應(yīng)改用帕羅特防腐層，以降低劃傷風險；在地質(zhì)情況復雜多變，尤其是存在孤石時，應(yīng)增加試拖工序，并提前做好解卡預案和準備，以防萬一。
關(guān)鍵詞：定向鉆；劃傷；帕羅特；卡管；試拖
    埋地管道建設(shè)過程中，經(jīng)常需要穿越公路、鐵路、河流等，定向鉆施工技術(shù)已在這方面得到廣泛應(yīng)用。由于城市燃氣管道建設(shè)中，拆遷已經(jīng)成為制約管道建設(shè)工期和費用的重要因素，更使得定向鉆使用越來越普遍。近年來北京燃氣管道建設(shè)的定向鉆工程量約占新建管道總長度的20%，在浙江某城際天然氣干線定向鉆穿越甚至達到了全程的50%以上。深圳天然氣高壓管道建設(shè)的定向鉆工程量也較原設(shè)計有較大提高，預計今后還有部分地段要改用定向鉆。
    然而，近期深圳部分天然氣定向鉆穿越管段驗收時發(fā)現(xiàn)，技術(shù)性能達不到設(shè)計要求，按照CJJ33-2005《城鎮(zhèn)燃氣輸配工程施工及驗收規(guī)范》的說法：“定向鉆施工，其管道基本上不可能進行維修”，建設(shè)期的質(zhì)量隱患可能導致很快穿孔泄漏，屆時引發(fā)的社會、經(jīng)濟后果都將是災難性的。因此，對定向鉆管段施工的質(zhì)量風險，必須進行嚴格控制。
1 防腐層劃傷風險的控制
目前深圳天然氣定向鉆穿越段管體防腐層為“3PE”，這在用于粉砂、中砂層穿越，譬如觀瀾河穿越施工時沒有問題，但在巖石路段，譬如水官高速等穿越段，管孔中的礫石就會對防腐層造成嚴重劃傷(圖1)。
 

    通常認為，回拖前擴孔直徑已經(jīng)達到定向鉆穿越管徑的1.2～1.5倍，管孔中又有大量泥漿潤滑，似乎管道可以輕松穿過，但為什么會產(chǎn)生嚴重劃傷呢?這是因為管段在回拖過程中呈現(xiàn)繃直趨向，而管孔是一條彎的圓弧曲線，其中心線不可能與管孔中心線自然重合，而是緊貼管孔壁向前滑移(圖2)。
    為解決穿越段防腐層劃傷問題，美國90年代初就開發(fā)了定向鉆專用的粉末混凝土Powercrete(帕羅特)防腐層，即在熔結(jié)環(huán)氧粉末底層上，噴涂以環(huán)氧樹脂為主要成膜物質(zhì)的雙組分環(huán)氧混凝土涂料。我們曾于2009年到北京燃氣集團、中石油管道局等地進行帕羅特應(yīng)用實地考察，確認其經(jīng)濟上可行，用于定向鉆管段時技術(shù)性能優(yōu)于現(xiàn)行防腐結(jié)構(gòu)?；貋砗筇峤坏目疾靾蟾娼ㄗh盡快展開探索，以減少運行中的腐蝕風險。
    由于種種原因該建議未能實施，現(xiàn)面對定向鉆管段防腐層劃傷嚴重，屢屢無法達到最低技術(shù)要求的現(xiàn)狀，應(yīng)在巖石地段穿越管段改用帕羅特防腐層。
2 卡管風險的控制
    在穿越路徑地質(zhì)情況復雜多變，尤其是存在孤石情況下，極易發(fā)生卡管，龍大高速穿越工程就是如此。受現(xiàn)場條件限制，定向鉆前期地勘無法做到很細密，在鉆導向孔和擴孔過程中，發(fā)現(xiàn)三處扭矩異常增大，表明其間有孤石。
    有人認為增加洗孔次數(shù)可避免卡管，實際上在堅硬孤石與松軟土壤交錯分布的情況下，由于松軟土壤被反復沖刷，使得孔徑遠大于堅硬孤石上的孔徑，從而在兩者交界處形成門檻。洗孔次數(shù)越多，門檻越明顯，管道回拖時發(fā)生卡管的風險越大(圖3)。
 

    對于此類情況，應(yīng)該在正式回拖前，用2～3根管制成試驗段，先行回拖檢驗。試驗段從鉆機入土端完全拖出，一是檢驗成孔質(zhì)量，確定是否會嚴重劃傷防腐層；二是選擇正式回拖時的泥漿參數(shù)及回拖速度，以免發(fā)生卡管事故。據(jù)了解，重慶燃氣在2009年進行梨香溪穿越就先進行了試拖，中石油管道局2010年4月在中俄原油管道穿越黑龍江也進行了試拖，今年初廣東佛山燃氣高壓管網(wǎng)穿越西江工程中竟然進行了三次試拖，之后才進行正式回拖。
    另外，施工單位應(yīng)有回拖時卡管情況下的應(yīng)急預案，龍大高速穿越卡管發(fā)生在第三塊孤石處，此時只需稍微后拉一下的擾動，再重新回拖時就可能錯過卡點。由于管道浮在泥漿中，這是不難做到的，而一味強拖則會越卡越緊。由于施工單位沒有合適的應(yīng)急預案，結(jié)果發(fā)生卡管時應(yīng)對失當，先是長時間停泵使泥漿干涸凝固，而后又在沒有鉆機有效引導情況下，用夯管錘暴力全程強夯，結(jié)果管段偏離管孔前行，導致鋼管塑性變形嚴重超標(圖4)。
 

    中石油管道局在每次定向鉆施工前制定的應(yīng)急預案都包括卡管時的處理措施。2004年在長春-吉林管道穿越松花江的預案中，明確當發(fā)生卡管時，采用吊機或倒鏈反向拖拉解卡的方法，且回拖前就在管道入土端事先備好地錨，以便需要時立即啟用，寧可備而未用，不可用時未備，以盡量縮短解卡時間，避免泥漿干涸凝固。
3 結(jié)語
    深圳天然氣高壓管道建設(shè)工期緊迫，但絕不能因此放松質(zhì)量，在二者有所沖突時應(yīng)首先確保質(zhì)量，哪怕工期延后?？紤]到沿線雜散電流普遍較強，我們應(yīng)該抱著寧過無缺的態(tài)度，保證定向鉆管段施工質(zhì)量。巖石地段的定向鉆穿越應(yīng)改用帕羅特防腐層，以降低劃傷風險；在地質(zhì)情況復雜多變，尤其是存在孤石時，應(yīng)增加試拖工序，并提前做好解卡預案和準備，以防萬一。
 
(本文作者：楊印臣 深圳市燃氣集團建設(shè)分公司 廣東深圳 518054)