中石油北京天然氣管道有限公司

陜京四線輸氣管道黃河穿越工程位于黃河干流呼和浩特段，管道為直徑φ1 219 mm、壁厚26.4 mm、X80(L 555)直縫埋弧焊鋼管。主管道采用二次連續(xù)定向鉆+基坑連頭方式穿越黃河，主要穿越地層為砂層，總長(zhǎng)度為2 743.6 m。應(yīng)用管道回拖就位組合保障技術(shù)，成功實(shí)施了大口徑、水平定向鉆管道的回拖就位。

1 回拖前檢查及分析

1.1 分析確認(rèn)導(dǎo)向及擴(kuò)孔成果

管道回拖的首要條件是成孔應(yīng)符合《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50423―2013）、《油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范》（GB 50424―2015）要求。由于水平定向鉆采用的是非開(kāi)挖工藝，回拖前無(wú)法直觀檢查孔內(nèi)的狀態(tài)，只能根據(jù)前工序的實(shí)施狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，如導(dǎo)向記錄、導(dǎo)向及擴(kuò)孔階段司鉆記錄數(shù)據(jù)，決定是否具備管道回拖條件。

1.2 確認(rèn)管道預(yù)制完成

回拖前管道應(yīng)預(yù)制完成，包括管道布置位置、管道焊接、清管試壓等工序，也包括設(shè)計(jì)要求的玻璃鋼防護(hù)等措施，對(duì)于多接一方式進(jìn)行回拖的，應(yīng)確認(rèn)各組管道預(yù)制完成，相對(duì)位置符合方案要求。同時(shí)，根據(jù)管徑大小、預(yù)制位置和回拖方案不同，管道管頭離管道入洞點(diǎn)（出土點(diǎn)）應(yīng)不小于20 m。

實(shí)施依據(jù)為管道安裝記錄（包括焊接、清管、試壓、防腐、玻璃鋼防護(hù)）。

實(shí)施條件為管道安裝符合《油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范》（GB 50424―2015）、 《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50369―2014）要求。管道防腐、玻璃鋼防護(hù)符合《定向鉆穿越管道外涂層技術(shù)規(guī)范》（Q/SY 1477―2012）要求。

1.3 檢查回拖帶布置

水平定向鉆管道回拖，通常采用發(fā)送溝或發(fā)送道的方式，主要目的均為減少回拖管道在地面運(yùn)動(dòng)的摩擦力，降低回拖風(fēng)險(xiǎn)。

（1）發(fā)送溝發(fā)送

發(fā)送溝注水是為管道提供浮力和減小管道與地表的摩擦系數(shù)，起到減阻效果，同時(shí)也可保護(hù)管道防腐層不被劃傷。采用管道發(fā)送溝減阻時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定 ：① 根據(jù)地形、出土角等確定發(fā)送溝開(kāi)挖深度和寬度，發(fā)送溝的下底寬度宜比穿越管徑大500 mm。②管道發(fā)送溝內(nèi)應(yīng)注水，最小注水深度宜超過(guò)穿越管徑的三分之一。③應(yīng)在回拖前將穿越管段放入發(fā)送溝，并使管道入土角與鉆桿出土角一致（圖 1）。

（2）發(fā)送道發(fā)送

發(fā)送道發(fā)送通常采用托管架、支撐堆或吊裝設(shè)備等方式。

采用托管架發(fā)送道時(shí)需要管道滿(mǎn)足彎曲曲率，并能順利進(jìn)入鉆孔。托管架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性除在預(yù)制過(guò)程中滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中保證托管架基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，在送管過(guò)程中，托管架不能傾倒，托管架傾倒可能損傷管道防腐層，甚至出現(xiàn)卡管，回拖無(wú)法進(jìn)行（圖 2）。

采用發(fā)送道方式時(shí)應(yīng)符合下列規(guī)定。①根據(jù)穿越管段的長(zhǎng)度和重量確定托管架的跨度和數(shù)量。②托管架的高度設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足預(yù)制管段彎曲曲率的要求。③托管架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在坡度較大、地面支撐能力差的地域可采用支撐堆發(fā)送，即每間隔一定距離（12 m～20 m）搭設(shè)一個(gè)土堆，支撐管道離開(kāi)地面。土堆應(yīng)具有確保滿(mǎn)足管道在頂部滑行的支撐能力，高度大于1 m。土堆間隔的設(shè)置應(yīng)根據(jù)管道重量與地形情況綜合考慮，支撐堆頂部宜采用膨潤(rùn)土袋，提供一定的潤(rùn)滑功能。在地域較為特殊的地方可以采用吊車(chē)、挖掘機(jī)、吊管機(jī)等吊裝設(shè)備配合吊籃、吊帶進(jìn)行發(fā)送，但需要根據(jù)管道發(fā)送的重量分布特點(diǎn)計(jì)算吊裝設(shè)備站位及數(shù)量，保證管道回拖發(fā)送的同時(shí)也要確保吊裝設(shè)備的運(yùn)行安全（圖 3）。

1.4 回拖力計(jì)算及鉆機(jī)檢查

按 照 《 油 氣 輸 送 管 道 穿 越 工 程 施 工 規(guī) 范 》（GB 50424―2015）規(guī)定，水平定向鉆回拖時(shí)的拉力宜按式（1）計(jì)算：

水平定向鉆機(jī)回拖力宜按計(jì)算值的1.5倍～3.0倍選擇。

鉆機(jī)的最大回拖力應(yīng)滿(mǎn)足要求的選用回拖力。回拖前應(yīng)確保鉆機(jī)處于健康運(yùn)行狀態(tài)，特別是動(dòng)力站、液壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)部件，否則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修或準(zhǔn)備備用鉆機(jī)后方能進(jìn)行回拖作業(yè)。

2 回拖鉆具組合設(shè)計(jì)

2.1 回拖鉆具組合

水平定向鉆回拖鉆具包括回拖鉆桿+引導(dǎo)擴(kuò)孔器+旋轉(zhuǎn)接頭+卸扣+回拖頭+管道。其中大口徑管道在回拖頭前還需增加過(guò)渡引導(dǎo)管。

（1）回拖鉆桿

鉆桿選擇首先應(yīng)與鉆機(jī)參數(shù)相匹配，同時(shí)鉆桿最大扭矩宜按式（2）計(jì)算值的2倍選取。

首先根據(jù)定向鉆鉆桿的扭矩選取值選擇鉆桿。其次根據(jù)工程規(guī)模選擇鉆桿。一般情況下，小型定向鉆采用S135級(jí)88.9 mm(3.5英寸)、 101.6 mm(4.0英寸)、114.3 mm(4.5英寸)加厚鉆桿；中型定向鉆采用S135級(jí)127.0 mm(5.0英寸)、 139.7 mm(5.5英寸)加厚鉆桿；穿越管徑φ 813 mm以上、穿越長(zhǎng)度1 000 m以上在復(fù)雜地層的穿越工程，應(yīng)采用S135級(jí)或V150級(jí)高強(qiáng)度167.6 mm(6.6.英寸)鉆桿，以提高鉆桿抗拉、抗扭能力。

（2）引導(dǎo)擴(kuò)孔器

根據(jù)對(duì)應(yīng)巖層選擇適用的巖石或筒式擴(kuò)孔器，其直徑宜比管線直徑大50 mm～100 mm。

（3）旋轉(zhuǎn)接頭

其回拖能力應(yīng)大于設(shè)計(jì)回拖力，且應(yīng)具有不小于1.2倍的安全系數(shù)。

（4）卸扣

卸扣應(yīng)采用大工廠制造的標(biāo)準(zhǔn)件，回拖能力應(yīng)大于設(shè)計(jì)回拖力，且應(yīng)具有不小于2.0倍安全系數(shù)。

（5）回拖頭

回拖頭應(yīng)在工廠內(nèi)制造。為起到引導(dǎo)作用，制作結(jié)構(gòu)分為封頭式或錐桶式，主要分為耳板、加強(qiáng)板、過(guò)渡段（封頭、錐桶）。

（6）過(guò)渡引導(dǎo)管

對(duì)于大口徑管道回拖，宜采用引導(dǎo)管方式提高管道入洞及拖行平順性能。引導(dǎo)管本體采用比回拖管道直徑稍小（小200 mm）的管道制作，長(zhǎng)度為6 m～8 m。

2.2 入洞貓背設(shè)計(jì)

由于大口徑管道自身具有較大剛度，在回拖帶上布置時(shí)呈水平姿態(tài)，而出土點(diǎn)洞口往往與地面呈一定夾角。因此，為了改善管道入洞時(shí)的受力狀況，減小管道和地面的摩擦力及絞盤(pán)效應(yīng)，保證管道回拖時(shí)在出土段的彎曲不小于管材的最小彎曲半徑，應(yīng)在洞口前方設(shè)置類(lèi)似“貓背”的懸曲線，懸曲線取值計(jì)算應(yīng)根據(jù)管道的材料特性、出土角等參數(shù)。

2.3 回拖助力設(shè)計(jì)

在回拖過(guò)程中，若鉆機(jī)端回拖力已經(jīng)到達(dá)實(shí)施方案的最高值時(shí)，要果斷采取措施在管尾進(jìn)行助力，通過(guò)助力措施幫助管道向前拖行的同時(shí)，也可以有效削減鉆機(jī)側(cè)鉆具斷裂風(fēng)險(xiǎn)。

通常采用的助力措施有吊裝設(shè)備助力、卷?yè)P(yáng)機(jī)組助力、夯管錘助力、助力鉆機(jī)助力、推管機(jī)助力等。

3 鉆具檢驗(yàn)

回拖使用的鉆桿在管道回拖前應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)，只使用經(jīng)檢驗(yàn)合格的一級(jí)鉆桿，并且于回拖前的最后一次清孔施工中，應(yīng)對(duì)分動(dòng)器、 U型環(huán)、擴(kuò)孔器進(jìn)行檢查。

（1）回拖鉆桿

鉆桿送鉆井隊(duì)鉆桿檢測(cè)站進(jìn)行缺陷檢測(cè)（X射線和超聲波檢測(cè)），嚴(yán)禁使用檢測(cè)不合格的鉆桿。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)按照API（美國(guó)石油學(xué)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

（2）引導(dǎo)擴(kuò)孔器

使用前檢查擴(kuò)孔器磨損情況，螺紋完好情況，對(duì)于牙輪擴(kuò)孔器還應(yīng)檢查牙輪的密封情況，轉(zhuǎn)動(dòng)牙輪檢查是否有松動(dòng)現(xiàn)象。

（3）旋轉(zhuǎn)接頭

使用前應(yīng)按產(chǎn)品使用手冊(cè)進(jìn)行注脂等保養(yǎng)，舊件應(yīng)返廠進(jìn)行開(kāi)件維護(hù)方能使用。

（4）卸扣

卸扣受力軸的限位銷(xiāo)應(yīng)采用焊接等方式充分穩(wěn)固，防止回拖過(guò)程中受到?jīng)_擊掉落。

（5）回拖頭

回拖頭牽引耳部分采用Q345鋼及同等級(jí)中厚鋼板制作，應(yīng)進(jìn)行拉剪、扭組合應(yīng)力計(jì)算。孔加工應(yīng)采用機(jī)械成孔，耳板開(kāi)孔和尺寸應(yīng)滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)連接的卸扣等構(gòu)件尺寸要求。回拖頭與管道連接過(guò)渡段部分采用Q345鋼或同等級(jí)材料，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)及焊縫拉應(yīng)力校核。同時(shí)，在各結(jié)構(gòu)連接部位，特別是連接板與過(guò)渡段連接等部位應(yīng)焊接加強(qiáng)板，加強(qiáng)板采用同等級(jí)鋼板材料。

（6）過(guò)渡引導(dǎo)管

引導(dǎo)管前后連接部分均采用與回拖頭同等級(jí)鋼制作，即采用封頭或錐桶形狀的過(guò)渡段與牽引耳板焊接而成，耳板及過(guò)渡段均需要進(jìn)行拉剪應(yīng)力校核。引導(dǎo)管前后須開(kāi)孔以利于注入泥漿保證引導(dǎo)管不浮在孔洞頂部，改善拖行管道頭部受力姿態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

水平定向鉆回拖既是實(shí)現(xiàn)管道就位的最后一步，也是檢驗(yàn)之前導(dǎo)向、成孔等工作的重要工序。回拖需要同時(shí)考慮入土、孔內(nèi)回拖、出土三個(gè)方面的問(wèn)題，且每一個(gè)方面又涉及機(jī)械、地質(zhì)等諸多因素。因此管道回拖，特別是管徑1 000 mm以上的大口徑管道回拖是既重要又復(fù)雜的工藝。管道回拖就位組合保障技術(shù)的應(yīng)用，有效降低了30%主鉆機(jī)端回拖力，實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)端回拖鉆具斷裂風(fēng)險(xiǎn)有效可控。

作者：單勁智， 1977年生，中石油北京天然氣管道有限公司內(nèi)蒙古輸氣管理處處長(zhǎng)助理， 2000年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）熱能工程專(zhuān)業(yè)。現(xiàn)主要從事油氣管道生產(chǎn)及管道保護(hù)管理工作。