【论文精选】长输油气管道和城镇燃气管道定向钻穿越设计

 摘自《煤气与热力》2024年10月刊>>>

长输油气管道和城镇燃气管道定向钻穿越设计

夏冰峰，郝蕴华，刘艳华

（北京市公用工程设计监理有限公司， 北京 100000）

摘　要：从管道应力校核、管道埋深、钻机选择、场地布置、防护层、防腐层检测方面，分析长输油气管道和城镇燃气管道定向钻穿越设计标准的差异，提出建议。

关键词：定向钻穿越；长输油气管道；城镇燃气管道；标准

参考文献示例：

夏冰峰，郝蕴华，刘艳华. 长输油气管道和城镇燃气管道定向钻穿越设计［J］. 煤气与热力，2024，44（10）：B08-B09，B15.

1　概述

水平定向钻穿越技术作为油气管道非开挖施工技术的一个分支，是在油田定向钻井工艺的基础上发展起来的，是传统的管道敷设技术与油田定向钻井工艺结合形成的。

水平定向钻工作过程：施工时，按照设计的钻孔轨迹依靠钻机驱动钻具、钻杆先钻出导向孔，待导向孔钻具在穿越障碍物的另一侧出土后，卸下导向用钻头，根据穿越管道直径和穿越地质情况选择适当的钻具进行反向扩孔。当孔径满足管道回拖要求后，用钻机利用钻杆将预制好的管道从出土点通过扩孔形成的孔道拉至入土点，从而完成管道敷设。

2　在长输油气管道中执行的主要标准

定向钻穿越在长输油气管道执行的主要标准为GB 50423—2013《油气输送管道穿越工程设计规范》、SY/T 6968—2021《油气输送管道工程水平定向钻穿越设计规范》、GB 50424—2015《油气输送管道穿越工程施工规范》、SY/T 7368—2023《穿越管道防腐层技术规范》等，长输油气管道工程对于定向钻穿越设计与施工涉及的标准规范较为系统全面，对长输油气管道定向钻穿越设计、施工、焊接检验等作出了相应的规定。而针对定向钻穿越的防腐层选用、管道应力校核、岩土工程勘察等都有相应的行业标准或者国标。

3　在城镇燃气中执行的主要标准

定向钻穿越在城镇燃气管道执行的主要标准为CJJ/T 250—2016《城镇燃气管道穿跨越工程技术规程》、CJJ 95—2013《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》、GB/T 51455—2023《城镇燃气输配工程施工及验收标准》，上述标准对城镇燃气定向钻穿越的设计、施工、防腐层、焊接检验等作出了相应的规定。

4　标准差异对比分析

长输油气管道定向钻穿越管材均为钢管，城镇燃气管道定向钻管材可以为钢管和PE管。本文仅针对钢管定向钻工艺进行对比和分析，结合定向钻施工工艺，对于定向钻穿越中穿越位置的选择、出入土角要求、曲率半径要求、管材选用、扩孔、回拖、导向孔偏差、泥浆等方面的规定，长输油气管道和城镇燃气管道规定差别不大，对于此类差异本文不予对比和分析。以入土角为例，根据CJJ/T 250—2016的规定，定向钻入土角为8°~18°，而GB 50423—2013、SY/T 6968—2021规定定向钻入土角分别为6°~20°和8°~20°。本文主要对定向钻穿越在城镇燃气管道和长输油气管道的执行的主要标准的差异进行梳理和分析。

4.1　管道应力校核

①　城镇燃气管道

依据CJJ/T 250—2016第3.0.7条，穿越管道的强度和稳定性计算应符合GB 50251—2015《输气管道工程设计规范》的有关规定。

②　长输油气管道

应力校核除满足 GB 50251—2015和GB 50423—2013的规定外，SY/T 6968—2021对管道回拖工况、试压工况、运营工况应力校核均作出要求。

4.2　管道埋深

①　城镇燃气管道

依据CJJ/T 250—2016第4.3.4条，燃气管道至规划河床的覆土厚度不宜小于3 m。

②　长输油气管道

依据SY/T 6968—2021第8.0.1条，水域穿越管段管顶埋深不宜小于设计洪水冲刷线或疏浚深度线以下6 m；管顶距离河床底部的最小距离不宜小于穿越管径的10倍。

4.3　钻机选择

①　城镇燃气管道

依据CJJ/T 250—2016第5.3.4条，钻机最大回拖力不宜小于计算值的2倍；钢质管道水平定向钻回拖时的拉力应符合现行国家标准GB 50424—2015的有关规定。

②　长输油气管道

依据GB 50423—2013第5.2.3条，钻机最大回拖力可按计算值的1.5~3.0倍选取。

4.4　场地布置

①　城镇燃气管道

依据CJJ/T 250—2016第5.3.2条，根据穿越施工场地的实际情况，应合理布设钻机、工作井、材料堆放和管道地面安装等工作区的位置。施工场地地面应根据土层的稳定性和密实性采取防止塌陷的措施。

②　长输油气管道

依据GB 50424—2015第6.1.14条，小型钻机安装场地宜为30 m×30 m，大型钻机安装场地宜为40 m×40 m，钻具操作场地不宜小于30 m×30 m。

4.5　防护层

①　城镇燃气管道

依据CJJ/T 250—2016第4.3.12条，当采用钢管穿越时，应对管道外防腐层进行防护。防护层材料宜与管道防腐层兼容；当防腐层为三层聚烯烃类材料时，防护层宜采用改性环氧玻璃钢或玻璃纤维增强类材料；当防腐层为环氧粉末材料时，防护层宜采用改性耐磨环氧类涂料。

②　长输油气管道

依据SY/T 7368—2023第3.0.2条，定向钻穿越管段宜采用加强级防腐层或耐磨、耐划伤的外防腐层，并按SY/T 6968—2021的要求增加防护层。依据GB 50423—2013第5.1.11条，岩石层、卵砾石层等对管道存在划伤可能地段的定向钻穿越管道回拖时，应采取措施保护管道不受损伤，其防腐层或外层防护层应耐划伤。

4.6　防腐层检测

①　城镇燃气管道

依据CJJ/T 250—2016第5.3.18条，施工完毕后，应测量出、入土点坐标，做好施工记录；并进行防腐层完整性评价，检测合格后方可与两端管道进行连接。

②　长输油气管道

依据SY/T 7368—2023第3.0.4条，定向钻穿越管道在穿越前应进行外防腐层或防护层外观检查，有缺陷时应修复。定向钻穿越过程中应采取控制措施避免外防腐层的损伤，穿越完成后进行馈电测试，评价外防腐层绝缘性能。

5　建议

通过对上述相关标准的梳理和分析，结合近些年长输油气管道定向钻穿越工程和城镇燃气管道定向钻穿越工程实例，提出建议如下。

①　埋深

定向钻泥浆压力控制不当，容易造成冒浆，埋深过浅，定向钻泥浆压力极易大于地层压力，极大增加冒浆的风险。建议定向钻穿越时增加埋深以减小冒浆风险。

②　钻机选择

由于长输油气管道管径大、穿越距离长，部分管道为避免回拖过程中管道的漂浮，还考虑管道注水，在一些大口径定向钻穿越工程还会额外考虑推管机辅助管道回拖。因此，长输油气管道钻机最大回拖力按计算值的1.5~3.0倍考虑了足够的裕量，是合理的。城镇燃气管道管径相对较小，穿越距离短，钻机最大回拖力不宜小于计算值的2倍，能满足回拖能力的要求。

③　场地布置

长输油气管道一般在野外敷设，具备充足的出入土场地，且长输管道穿越管径大、距离长，钻机设备较大，因此，考虑足够的施工场地有利于施工；城镇燃气管道位于城市市区，场地相对紧张，城镇燃气管道可结合实际施工场地选用小钻机或多次焊接、组装回拖。

④　防护层

城镇燃气管道标准要求当采用钢管穿越时，应对管道外防腐层进行防护；而长输油气管道标准仅对管道存在划伤可能地段的定向钻穿越管道考虑采用防护层。通过近些年定向钻穿越实际工程案例分析，在黏土、粉土、风化岩等地质较好地层定向钻穿越采用加强级防腐后的试验结果反馈，回拖后馈电试验反馈防腐层性能满足要求，建议结合实际岩土工程地质条件判断是否需要采用防护层。

⑤　防腐层检测

城镇燃气管道回拖后要求进行防腐层完整性评价；长输油气管道定向钻穿越管道在回拖前应进行防腐层外观检测及漏点检测，穿越完成后进行馈电测试，评价防腐层绝缘性能。建议定向钻穿越管道回拖完成后进行馈电测试，评价防腐层绝缘性能是否满足要求。