爱华网第26卷第5期2008年10月
天 然 气 与 石 油NaturalGasAndOil
Vo.l26,No.5Oct.2008
钱塘江定向钻穿越设计
谭明星,刘玉峰,杨 帆,曾 强,雷 杰,谢启帅
(中国石油工程设计有限公司西南分公司,四川成都610017)
摘 要:钱塘江定向钻天然气输送管道穿越成功,标志着又一个定向钻穿越在长度
@管径
上的世界之最产生,为我国长距离大口径油气管道大型河流定向钻穿越工程建设积累了丰富的设计和施工经验。就工程建设特点,设计及施工科学过程应对,新技术采用等作了简要介绍,提示了设计及施工中需注意的问题。
关键词:钱塘江;定向钻;
长距离大口径输气管道;大型河流穿越
文献标识码:A
穿越的先例,积累了丰富的设计和施工经验。
文章编号:1006-5539(2008)05-0007-04
0 前言
2007年3月6日18点08分,随着连接2453.7m的5813@1519mm管段的万向节和1067mm桶式洗孔器在浙江省杭州市萧山区钱塘江南岸露出地面,标志着5杭州-宁波天然气输气管道工程6(简称杭甬线输气管道工程)控制性工程钱塘江定向钻穿越最后一道工序成品管段回拖成功,同时也标志着世界上又一个定向钻穿越的长度@管径之最诞生。
本次成品管段从2007年3月4日下午18点16分开始回拖到6日18点08分回拖结束,历时约48h,启动时回拖力约70,t最大回拖力约140,t回拖管段空气中重约760t。由于采用了目前世界最先进的定向钻对接技术,实际钻进曲线和设计曲线偏差基本没有,这种在如此长度和管径下的定向钻回拖速度和回拖力在定向钻穿越历史上是极少见的,说明了设计选址和层位正确、施工中钻(扩)孔洞变形小、管道发送条件好、泥浆性能科学。在此之前距本工程上游8m的一条5168@6mm光缆套管也已于2006年11月24日完成定向钻穿越施工。
杭甬线输气管道工程钱塘江定向钻穿越成功,开创了我国长距离大口径石油天然气管道大型河流
1.1 项目背景
钱塘江定向钻穿越是浙江省天然气有限公司投资约二十多亿元建设的杭甬线输气管道工程5813主干管的一个控制性工程,由中国石油工程设计有限公司西南分公司设计,中国石油管道局穿越公司施工,辽河监理公司监理。
由于该穿越是连接/西气0和/东气0的重要管段,加之穿越距离长、自然条件十分复杂,工程建设从管道过江方案论证、设计完成到施工结束,历时约2年。
在过江位置确定时,设计选择了从杭州市城区下沙经济开发区在建九桥下游的东线过江方案和城区上游袁浦大桥上游过江的西线过江方案,最后从投资、用地规划和工期等角度推荐了东线过江方案,该位置河段也是世界著名的/钱塘江大潮0观潮河段。在管道过江方式上设计比较了盾构、顶管、跨越和定向钻等方案,经过浙江省发改委组织全国有关专家多次开会论证,最后确定了现在的定向钻单根管道穿越方案。
1 设计阶段概述
收稿日期:2008-03-15
作者简介:谭明星(1945-),男,湖北恩施人,教授级高级工程师,学士,主要从事天然气储运研究与设计工作。电话:
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1.2 穿越河流自然条件
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天然气钢质管道无损检测6中的Ò级。在定向钻施工质量控制上,导向孔曲线与设计曲线的偏移量半径不大于3m,出土点沿设计轴线的纵、横向偏差不大于3m。
施工准备、钻导向孔、扩孔、回拖、管道组装焊接检验防腐试压及地貌恢复等施工期约4~5个月(不包括光缆施工时间1个月)。
1.4 干管与光缆套管定向钻穿越之间关系
光缆套管为5168@516L245无缝钢管,敷设位置平行干管上游8m。光缆套管定向钻穿越长度、层位及断面敷设参数等与干管相同,只是管材、防腐、焊缝检验等与干管不同。5168管施工目的除了作为光缆套管外,也为5813干管施工取得经验。
光缆套管全部环向焊缝只进行100%超声波检查和10%X射线抽查,检测标准与干管相同,标准为Ó级,允许进行返修。
钱塘江是浙江省第一大河,水系包括新安江、富春江,干流在杭州澉浦河口入杭州湾,全长668km,流域面积达5558km。该河流洪汛受梅汛控制,汛期时江水面暴涨,最大洪峰流量29000m/s,百年一遇时最高潮水位达7m。
穿越处河道常年水面宽约2100m,地层由素填土、砂质粉土、粉砂夹粉土、粉土夹淤泥质粉质粘土、粘土、粉质粘土、粉质粘土、粉质粘土夹粉土、含砾砂岩等8个工程地质层18个亚层组成,十分复杂。最后经综合分析设计选择了管道主要敷设层位为粘土层,管道在此处层中敷设位置距河床底部距离约27m,该层位即能保证管道远行安全和适合定向钻施工,对航道通行、河道整治、地方规划也没影响。1.3 管道安装设计思想
穿越管子规格为5813@15.9,材质L450,管型为UOE直缝管,执行GB/T9711.2-19995石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分:B级钢管6标准;输送介质为净化天然气,设计压力613MPa,按地震烈度6度设防
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。
2 施工阶段概况
2.1 设计变更及修改
由于施工时场地与北岸九桥施工存在干扰,应业主要求变更了北岸出土点,由原来位置向下游方向移动了21182m。同时,为满足对接施工北岸钻杆出土角度调整至8b,其余参数和要求不变,相应同时施工的光缆套管敷设位置也随之平移变化。2.2 定向钻施工情况
2.2.1 5168光缆套管施工简述
光缆套管主钻机DD-1330于2006年10月28日10点18分在南岸开钻,辅助钻机DD-220于11月3日10点在北岸开始钻进,11月19日在对接区(1841~1941m)内成功对接,11月20日导向孔完成,11月24日成品管道回拖完成。回拖钻具连接为11413mm钻杆+45712mm扩孔器+万向接头+5168光缆套管;钻导向孔时南北两岸均下有5325套管,其中北岸324m、南岸280m。
5168mm@6mm光缆套管穿越实际长度管道主要敷设层位及标高在-17~35m之间的粘土层中,长约2100m占总穿越长度的85%;两侧管道上岸经过淤泥质粉质粘土夹粉土等层共约350m,占总穿越长度的15%。南岸(萧山侧)放置主钻机,而北岸(下沙侧)放置辅助钻机并作为管段组装、回拖场地。南岸钻杆入土点距堤岸脚120m,入土角控制在10b55c;北岸出土点距堤岸脚170m,出土角控制在8b。
穿越曲线为/三直两弧0,曲率半径大于1500DN。设计理论计算管段回拖力为250~400,t选用的主钻机为大型钻机,对接用辅助钻机为中型钻机。设计建议钻杆采用经逐根检验合格的16813mm钻杆。
南岸钻机场地约为50m@60m,泥浆池用地为30m@30m;北岸管段组装场地约为2500m@30m,泥浆池用地为30m@30m;其他用地30m@30m。所有用地均为施工临时借地。
钱塘江穿越管道焊接工艺与线路相同,环向焊缝采用100%全圆周超声波检查和100%全圆周X,
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2.2.2 5813干管施工简述
2006年11月27日11点38分,主钻机南岸开钻,此次导向孔穿越时对接用线圈使用光缆套管内预先装入的电缆。28日主钻机钻至380m后开始安装套管,套管安装于12月1日结束,共安装套管315m。辅助钻机30日10点18分开钻,12月1日辅助钻机钻进320m后开始安装套管,12月4日完成全部套管安装工作,共计安装套管327m。
12月12日开始对接,第一次位置测试,两端导向孔之间的水平距离为011m、垂直距离为019m。此后由主钻机回抽一根钻杆,辅助钻机调整钻头方向钻进一根钻杆,再进行第二次位置测试,得出两导向孔之间的水平距离为0,垂直距离为016m。再经过一次导向孔调整和位置测试后,两端导向孔成功对接,此时主钻机穿越长度1746m,辅助钻机共穿越长度703m。
13日主钻机钻杆出头。接着进行55818,76210,91414,1066.8和1117.6mm扩洗孔,于2007年3月4日18点16分开始回拖,6日18点08分回拖结束。中间处理了13917mm钻杆胀扣和16813mm钻杆两次因扭矩过大产生的断裂事故。2.2.3 工程特点
#穿越距离长。穿越距离2454.15m,是国内最长、世界第二长的定向钻穿越。目前最长为德国LMR公司于2005年8月在易北河完成,长2626m、管径DN350mm。本穿越管径为5813,管径大,扩洗孔直径大次数多,相应难度大得多,故在长度@管径综合规模上为世界记录。
#采用世界先进的对接工艺。在导向孔穿越中设计和施工采用了先进的对接穿越技术,应用平行追踪控向系统ParatrackII,铺设交流磁信号线圈,两台钻机分别进行导向孔追踪穿越轨迹,最终进行精确对接。本项技术采用在我国是第一次,在世界累计也才23次。
#地层松软。穿越地层有约300m长为砂质粉土、淤泥质粉质粘土非常松软,长距离穿越易造成缩孔和过早的不返浆,造成钻导向孔时推力增大,钻头抬头困难,本次通过下长距离套管方法解决此问题,也是国内第一次定向钻施工时下这么长的套管。
#长距离泥浆回流。长距离穿越保证泥浆从入,学的泥浆配比,采用了大排量泥浆系统,及时多次洗、清孔。
#水下交流线圈铺设。根据现场条件及对穿要求,在穿越入、出土点之间全程铺设交流磁场线圈,其中水下布置磁场线约2100m。铺设线圈受潮汐涨落影响非常大,中心线上磁场线要求左右偏差不能超过1m,难度非常大。最后通过加载配重块、打桩、抛锚、设置浮子等综合办法解决了问题。
#解决在长距离粘土层钻进时的/泥包钻0、大扭矩下钻杆强度选择校核、长距离管段发送回拖和应急预案如助力、反拖等问题。2.3 管道施工情况
5813@1519和5168@6管道安装施工均由管道局二公司承担,辽河建设监理公司监理,四川派普检测公司进行焊缝质量检验。
5813@1519管子207根,焊接2006年9月29日开始,10月29日结束;射线检查一次合格率97158%,超声波检查一次合格率100%;管道安装、吹扫、试压全部合格;防腐检漏电压15kV无漏点,回拖时6个损害处已补。
5168@6管子300根,焊接2006年9月26日开始,10月28日结束;射线和超声波检查符合设计要求。
3 设计体会
3.1 设计特点及新技术采用3.1.1 设计特点
穿越地处市区,选址困难,已建和在建水下和地面水工建(构)筑物较多,牵涉因数和部门很多,干扰较大方案多,自然条件复杂,各种方案论证时间长。
穿越水域为特大型河流,水面宽约2100m,管道不管采用什么敷设方法,施工难度都较大,施工技术和措施都要求高,且为满足电厂投产要求工期又较短。
3.1.2 新技术采用情况
定向钻施工超过一定距离,就会出现钻头抬头,
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发现16813mm钻杆杆体断裂。4.2 今后设计和施工注意事项
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州市区穿越,水下、地面水工建(构)筑物较多,偏差控制严格,需要采用目前世界上最新穿越对接技术。该技术由美国PrimeHorizontalLimited公司发明,已在22个工程中成功运用。
科学解决钻进工艺参数、泥浆系统参数和泥浆性能,处理2100m长的粘土层施工中/泥包钻0问题。
a.在穿越长距离复杂地层时应在可研阶段进行相关的课题研究,如本处的"泥包钻"问题。该课题由于在可研阶段因种种原因未立项,因而产生后来的钻杆胀扣和钻杆杆体断裂。
b.长距离定向钻穿越,应有良好的穿越地质条件、管道组装、发送场地和条件。
c.在定向钻通过长距离粘土层时,应注意/泥包钻0问题。应在课题研究和试钻阶段确定泥浆性能、泥浆系统和钻进工艺参数,加强现场泥浆检测和监测等,保证泥浆用水质量及水源量,预先作好泥浆用水化验。
d.长距离定向钻穿越,应有严格的钻杆安全的保证措施,同时应有足够的备用数量。
e.强化现场施工质量监控、管理、组织和技术体系,包括业主、监理的管理和组织。
参考文献:
[1] 中国石油工程设计有限公司西南分公司.杭州-宁波
天然气输气管道工程钱塘江定向钻穿越施工图设计[Z].成都:中国石油工程设计有限公司西南分公司,2006.
4 今后设计和施工注意事项
4.1 施工中出现的问题
2007年1月3日开始进行1066.8mm板式扩孔后,由于扭矩达到56000N#m,后采用76210,91414mm桶式扩孔器清孔扭矩仍达到66000N#m时,在1月12日决定采用45712mm板式扩孔器清孔,但在1月15日晚上清孔至第71根钻杆时,扭矩从79000N#m突然下降到14000N#m,泥浆压力从300PSI突然下降到0,发现13917mm钻杆因扭矩大而胀扣。
2007年1月18日2点左右,从黄鹤山调来DD580机组帮助打捞,在从北岸推进22根钻杆时扭矩从83000N#m突然降到5200N#m,抽出钻杆
涩宁兰输气管道复线工程初步设计
顺利通过股份公司审查
中国石油天然气股份有限公司于2008年7月16~18日在北京组织召开了5涩宁兰输气管道复线工程初步设计6审查会。参加会议的有股份公司规划计划部、北京油气调控中心、管道分公司、中国石油工程设计有限公司西南分公司及特邀专家和代表共计90余人。
据悉,审查会议分工艺线路组、公用工程组、自控通信组、HSE组和概算组共5个小组对初步设计进行了详细的审阅,与会代表通过两天认真的讨论和审查,一致认为该工程初步设计的基础工作扎实,资料数据充分,内容详实,论证充分,方案比选全面,推荐的线路走向、工艺及各专业技术方案可行,主要设备选型合理。项目设计符合国家和行业的标准、规范,设计深度达到了相关规定的要求,可以作为指导施工图设计的依据。
在会上,股份公司有关领导指出,在发生5.12汶川地震后,中国石油工程设计有限公司西南分公司/急业主所急,想业主所想0,克服一切困难,坚持工作,在保证质量的前提下,按时完成了设计任务,为下一步施工图设计和项目的按期开工赢得了宝贵的时间,再一次展现了中国石油工程设计有限公司西南分公司/作风硬朗,技术细腻0的优良传统。
(苏欣 供稿)
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