水平定向钻的施工工艺
(1)管材的选择目前,应用于燃气输配的管道有钢管、PE管和铸铁管。铸铁管由于采用承插式和机械接口,加上本身柔性差,不适合用水平定向钻铺设。钢管、PE管既可拉又可弯,适合用于水平定向钻,其中盘卷PE管最为理想。
(2)现场勘察在钻进轨迹设计和施工前,应对工作区及管线经过区域进行地面和地下的勘察。地面勘察包括对地形地貌的测量,确定施工区域是否有足够的场地保证设备的安放和正常施工。地下勘察包括地质条件的勘探和地下管线及设施的探测。地质条件从根本上决定施工难易程度。岩层、碎石层、砂层、粉土层不适合用水平定向钻施工。粘性土既容易钻进,孔道成型又好,适合用水平定向钻钻进。当然这些都不是绝对的,例如目前已实现了在岩土层钻进。土质分析判断可以通过沿设计轨迹钻勘探孔取样,具体方法可以参照有关规范。在穿越城市道路时,地下管线的情况往往是错综复杂的,既有污水管、给水管、煤气管,还有高压电缆、通信电缆。在实际情况中,往往档案资料不全,原参照标志不清。在这种情况下,地下管线的探测任务尤为重要。对于金属管道和电缆,通常用电磁感应法探测,如地下管线探测仪,它是通过接收地下管线的电磁信号判断管线位置。对于非金属管线只能采用电磁波法,如IDS探地雷达,它是通过分析管线反射回来的电磁波判断管位。
(3)钻机选择钻机型号应根据回拖管道所需拉力选择。回拖力估算公式为:Fh=(Ff-W)LfFf=π4D2ρngW=πDδρgg式中:Fh回拖力,N;Ff单位长度管道悬浮在泥浆中产生的浮力,N/m;W单位长度管道的重量,N/m;L管道长度,m;f管线与孔壁之间的摩擦系数,可取1.0;D管道外径,m;ρn泥浆密度,kg/m3;δ管道壁厚,m;ρg钢管材的密度,kg/m3。
(4)钻进轨迹设计地下情况探明,出土、入土点确定后,根据管道埋深,就可以设计规划钻进轨迹。钻进轨迹通常由入土点斜直线段、曲线段、水平直线段、过渡段、直线段、出土点组成。曲线段的曲率半径应大于钻杆和管道的最小弯曲半径,例如材料S135,长度5m的钻杆最小弯曲半径为70m左右。钢管的最小弯曲半径根据经验一般取大于管道外径的1200倍。PE管有较强的柔性,能适应钻杆钻出的任何孔道。钻具的入土角较大,而曲率半径一定时,将使钻孔深度加深。入土角较小,有利于钻杆受力和管道回拖。
(5)钻进操作导向孔钻进:司钻根据导向仪传递的有关钻头参数,调整实际钻进轨迹与设计轨迹的偏差,确保正确钻进。扩孔:导向孔完成后,在出土点换上旋转接头和扩孔器进行回扩。经回扩的最终孔道直径应是管道直径的1.5～2.0倍。若一次回扩不能满足要求,可进行多次回扩,扩孔器后面应接入钻杆,以保证下一次回扩的顺利进行。拖管:拖管可与最后一次扩孔同时进行。对于PE管,作用在管道上拉力不能太大,以免拉伤PE管。对于目前普遍使用的高密度PE管,其最大允许拉力如表1所示。
(6)管道外防腐采用水平定向钻铺设的钢管一般深度较深,铺设后外防腐很难检测。即使发生泄漏,也不可能进行开挖抢修,因此对钢管的防腐涂层提出了很高要求。除了要有良好的电绝缘性,能耐腐蚀、抗菌外,还要有足够的机械强度;有较好的耐磨性,以防止与土壤摩擦而损伤;有良好的抗弯曲性,以确保防腐层在一定曲率半径下不致损坏。另外,若钢管采用阴极保护,就要求防腐蚀层应具有一定耐阴极剥离强度的能力。环氧粉末由于具有优良附着力、柔韧性、耐化学腐蚀性强、电绝缘性好等的优点,在穿越钢管上有广泛应用。为了提高单层环氧粉末的耐机械撞击力,防水性,现在已经有了双层环氧粉末的涂层结构和环氧粉末外加挤压聚乙烯(PE夹克)的防腐技术,保证了重要燃气输气管道的万无一失。
(7)压力试验管道回拖前应进行强度试验和严密性试验,管道回拖结束应当再进行严密性试验。随着能源结构的调整,天然气作为一种洁净能源将逐步代替人工煤气。在天然气管网建设中,水平定向钻作为一项高精度、高效率、环保好、安全的施工技术,将得到越来越广泛的应用。