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挖工藝，回拖前無法直觀檢查孔內(nèi)的狀態(tài)，只能根據(jù)前工序的實施狀態(tài)進行分析判斷，如導(dǎo)向記錄、導(dǎo)向及擴孔階段司鉆記錄數(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)計要求的玻璃鋼防護等措施，對于多接一方式進行回拖的，應(yīng)確認(rèn)各組管道預(yù)制完成，相對位置符合方案要求。同時，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（出土點）應(yīng)不小于20 m。

實施依據(jù)為管道安裝記錄（包括焊接、清管、試壓、防腐、玻璃鋼防護）。

實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）、 《油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB 50369―2014）要求。管道防腐、玻璃鋼防護符合《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動的摩擦力，降低回拖風(fēng)險。

（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，同時也可保護管道防腐層不被劃傷。采用管道發(fā)送溝減阻時，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)送道時需要管道滿足彎曲曲率，并能順利進入鉆孔。托管架的強度、剛度和穩(wěn)定性除在預(yù)制過程中滿足設(shè)計要求外，還應(yīng)在現(xiàn)場安裝過程中保證托管架基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，在送管過程中，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，回拖無法進行（圖 2）。

采用發(fā)送道方式時應(yīng)符合下列規(guī)定。①根據(jù)穿越管段的長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)計應(yīng)滿足預(yù)制管段彎曲曲率的要求。③托管架的強度、剛度和穩(wěn)定性應(yīng)滿足設(shè)計要求。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)一個土堆，支撐管道離開地面。土堆應(yīng)具有確保滿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土袋，提供一定的潤滑功能。在地域較為特殊的地方可以采用吊車、挖掘機、吊管機等吊裝設(shè)備配合吊籃、吊帶進行發(fā)送，但需要根據(jù)管道發(fā)送的重量分布特點計算吊裝設(shè)備站位及數(shù)量，保證管道回拖發(fā)送的同時也要確保吊裝設(shè)備的運行安全（圖 3）。

1.4 回拖力計算及鉆機檢查

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

水平定向鉆機回拖力宜按計算值的1.5倍～3.0倍選擇。

鉆機的最大回拖力應(yīng)滿足要求的選用回拖力�；赝锨皯�(yīng)確保鉆機處于健康運行狀態(tài)，特別是動力站、液壓傳動、機械傳動部件，否則應(yīng)及時進行維修或準(zhǔn)備備用鉆機后方能進行回拖作業(yè)。

2 回拖鉆具組合設(shè)計

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渡引導(dǎo)管。

（1）回拖鉆桿

鉆桿選擇首先應(yīng)與鉆機參數(shù)相匹配，同時鉆桿最大扭矩宜按式（2）計算值的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、穿越長度1 000 m以上在復(fù)雜地層的穿越工程，應(yīng)采用S135級或V150級高強度167.6 mm(6.6.英寸)鉆桿，以提高鉆桿抗拉、抗扭能力。

（2）引導(dǎo)擴孔器

根據(jù)對應(yīng)巖層選擇適用的巖石或筒式擴孔器，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、加強板、過渡段（封頭、錐桶）。

（6）過渡引導(dǎo)管

對于大口徑管道回拖，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�。ㄐ�200 mm）的管道制作，長度為6 m～8 m。

2.2 入洞貓背設(shè)計

由于大口徑管道自身具有較大剛度，在回拖帶上布置時呈水平姿態(tài)，而出土點洞口往往與地面呈一定夾角。因此，為了改善管道入洞時的受力狀況，減小管道和地面的摩擦力及絞盤效應(yīng)，保證管道回拖時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)置類似“貓背”的懸曲線，懸曲線取值計算應(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

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

通常采用的助力措施有吊裝設(shè)備助力、卷揚機組助力、夯管錘助力、助力鉆機助力、推管機助力等。

3 鉆具檢驗

回拖使用的鉆桿在管道回拖前應(yīng)進行檢測，只使用經(jīng)檢驗合格的一級鉆桿，并且于回拖前的最后一次清孔施工中，應(yīng)對分動器、 U型環(huán)、擴孔器進行檢查。

（1）回拖鉆桿

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

（2）引導(dǎo)擴孔器

使用前檢查擴孔器磨損情況，螺紋完好情況，對于牙輪擴孔器還應(yīng)檢查牙輪的密封情況，轉(zhuǎn)動牙輪檢查是否有松動現(xiàn)象。

（3）旋轉(zhuǎn)接頭

使用前應(yīng)按產(chǎn)品使用手冊進行注脂等保養(yǎng)，舊件應(yīng)返廠進行開件維護方能使用。

（4）卸扣

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

（5）回拖頭

回拖頭牽引耳部分采用Q345鋼及同等級中厚鋼板制作，應(yīng)進行拉剪、扭組合應(yīng)力計算�？准庸�應(yīng)采用機械成孔，耳板開孔和尺寸應(yīng)滿足對應(yīng)連接的卸扣等構(gòu)件尺寸要求�；赝项^與管道連接過渡段部分采用Q345鋼或同等級材料，并進行結(jié)構(gòu)及焊縫拉應(yīng)力校核。同時，在各結(jié)構(gòu)連接部位，特別是連接板與過渡段連接等部位應(yīng)焊接加強板，加強板采用同等級鋼板材料。

（6）過渡引導(dǎo)管

引導(dǎo)管前后連接部分均采用與回拖頭同等級鋼制作，即采用封頭或錐桶形狀的過渡段與牽引耳板焊接而成，耳板及過渡段均需要進行拉剪應(yīng)力校核。引導(dǎo)管前后須開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

水平定向鉆回拖既是實現(xiàn)管道就位的最后一步，也是檢驗之前導(dǎo)向、成孔等工作的重要工序。回拖需要同時考慮入土、孔內(nèi)回拖、出土三個方面的問題，且每一個方面又涉及機械、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%主鉆機端回拖力，實現(xiàn)了鉆機端回拖鉆具斷裂風(fēng)險有效可控。

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助理， 2000年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）熱能工程專業(yè)�，F(xiàn)主要從事油氣管道生產(chǎn)及管道保護管理工作。