一、工程总体概况
高升-渤海输油管线改造工程包含两条管线,分别为D159油气集输公司向冷家油田公司输油管线和D273高升采油厂向坨子里输油管线,分别是冷家及高升原油生产的生命线,属于公司安全隐患整改项目。线路经过新工街大桥时采用穿越方式通过,先后讨论了顶管穿越方案、大开挖方案和以三厂场内为入土点的定向钻穿越方案,均由于地下障碍物多、乱等原因被否决,最后经过多方的讨论决定在河道内部修建入土作业平台和出土作业平台沿河道采用定向钻穿越新工街大桥的方式施工。
新工街定向穿越工程,穿越实长247m,管道规格为D159×6mm20#无缝钢管与规格为D273.1×7.1mmL320螺旋埋弧焊缝钢管,入土角11°,出土角6°。
二、主要施工内容和施工程序
主要施工内容包括以下三点:1.交桩测量放线、施工道路修筑、施工场地作业带清理;2.定向钻穿越及回拖;3.地貌恢复。本文重点讨论与常规定向钻不同的管道回拖过程。
管道回拖的施工过程及应注意的事项如下。
1.以往进行一孔多管穿越时均将多根工作管全部套入一根套管中进行回拖,本工程受地形条件和穿越长度的限制不能将两根工作管全部套入套管中,经多次论证采用多管无束缚回拖方式,即两个工作管前端套入1根D660套管,套管后端的工作管处于自由状态下回拖,这样即便于牵引和防止工作管损伤又能减少穿越长度降低损伤原有地下管线的风险。
2.连接方式为:管线前端连接30″扩孔器及万向节,由钻机牵引向入土点回拖。
3.管道回拖前,将施工现场所有设备整体检修一次,加油注水,更换过滤器,保证设备在最佳状态下工作;沿两条管线人工开挖1条发送沟,长247m,宽0.8m,深0.3m,两端培土,沟内可自然渗入河水。
4.为了避免回拖管线时使管线产生较大的折角,采用挖掘机将管线吊起,使角度缓慢过渡。两条管线在套管以后处于无束缚状态,为了避免管线应力散乱,在后端设置两个两个龙门架。龙门架的宽度略宽与发送沟宽。
6.回拖过程中,要控制泥浆泵泵压,保证井壁稳定。
7.在回拖过程中,设专人和设备对回拖管线的防腐层进行检测,发现问题及时处理,以确保进洞的管线防腐层万无一失。
四、工程难点及解决方案
本工程的难点在于导向孔精确度要求高。本工程的地表和地下的障碍物较多尤其在经过老桥墩和新桥墩时只有5m的空间,要求钻导向孔的误差必须在0.5m以内才能给扩孔赢得足够的空间,因此我们采用全程的人工磁场时刻对导向孔轨迹进行监控。
五、技术创新点
1.通过多次勘察现场,结合设计、施工单位仔细分析,大胆设想,创新提出了沿河东岸高压线塔基与新老桥墩之间不足5米宽区域的斜向狭窄作业带内实施一孔多管无约束自由回拖定向钻穿越技术方案。即两个工作管前端套入1根D660套管,套管后端的工作管处于自由状态下回拖,缩小了曲率半径,穿越长度由常规设计的450米缩短为247米,缩短比率为45%。同时,解决了入土、出土端由于工作管热应力变化伸缩套管封口和极差腐蚀问题。
2.采用全程人工磁场定位,时刻对导向孔轨迹进行监控。本工程的地表和地下障碍物较多,尤其在经过老桥墩和新桥墩时只有5米的空间,要求钻导向孔的误差必须在0.5米以内,难度非常大,因此我们采用全程人工磁场对导向孔轨迹进行实时监控。
3.在高—渤输油管线改造工程中首次采用一孔多管无约束自由回拖定向钻施工技术方案,实际穿越长度247米,满足设计穿越管段实长要求,同时满足曲率半径1500D要求,而且保证管材及管道防腐层不被破坏,取得了圆满成功,从而使高—渤输油管线改造工程能够顺利进行。
4.定向钻穿越施工必须有足够的场地条件。本工程在没有场地的情况下,提出了在河道内修建作业平台沿河道进行穿越施工的技术方法,这在国内尚属首次。
一孔多管无约束自由回拖定向钻施工技术的创新应用,既解决了工程施工中遇到的难题,又取得了良好的经济效益,为以后的河流及复杂地形条件的管道穿越提供了宝贵的经验。辽河油田主要油气产区有辽河、绕阳河、浑河等六大河流流过,区域内地势低洼,河流、沟渠密布,并且随着城区功能扩大,必然使管道施工经常需要穿越河流、沟渠、城市障碍物等,应用前景广泛。