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摘要 随着城市建设的不断发展，天然气的应用和使用越来越多地得到更多人的青睐，然而天然气产地与消费地的不一致性，使得用管道长距离输送天然气成了一个途径，然而在输送过程中不可避免地要经过包括铁路、河流、山地等障碍物。因此，穿、跨越施工技术得到了广泛的应用。那么如何确保施工顺利实施和施工质量呢？本文结合自己的施工过程，就定向钻穿越施工的关键技术与措施进行探讨。
关键词
中图分类号 TE973.4 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0009-01
1 定向钻穿越施工的关键技术与措施
1.1 导向孔的选择（如示意图）
导向孔在钻进过程中偏离设计穿越曲线的原因：
1）钻机就位方位与管线设计穿越方位有偏差。
2）受外部磁场的影响，计算机采集的数据非钻头的真实位置。
1.2 针对以上造成曲线偏移的原因，可以采取相应措施进行预防
例如，在宝静大工程宝坻大白庄柏油路及灌溉渠DN800钢管定向钻穿越工程中，我们选择入土点安放钻机设备，钻地场地为60m×60m，泥浆池为20m×20m。 钻机场地中钻机基础做0.3m厚、20m长、30m宽的碎石或素混凝土垫层。挖地锚坑：长4.0m、宽4.0m、深1.7m，用C20素混凝土浇注；预留地锚空间（2.8m×1.8m×1.2m）。这是根据管线穿越中心线计算出的钻机的位置，以保證钻机就位方位与设计管线中心线的重合。
除了钻机位置的影响，还要注意外部磁场的影响。例如：在津晋高速B段穿越盐场施工中，我们首先在地面上标出强磁场地面信标（如下图）。
采用人工磁场，即在穿越中心线两侧布设的闭合线圈，这样所布线圈不受外部磁场的干扰，可以准确无误的将钻孔数据反映出来，当探头到达此闭合的线圈区域内，接通直流电源产生磁场，通过人工磁场可以测得穿越轴线的左右偏移和穿越标高。由于人工磁场在地磁场受干扰的情况下可以提供准确的管线穿越方位角，在地磁场不受干扰的情况下可以校正控向方位角的正确性，从而能够很好的控制导向孔与设计穿越曲线偏移，并能保证穿越曲线的平滑性。
2 导向孔的施工
导向孔曲线的光滑直接影响到钻导向孔时的推力、回拖力和回拖的成功率。如果钻杆在地层中呈“S”形，导致钻杆的推力向前传递受阻，难于控制钻头的方向，引起曲线的不光滑，而且导向孔钻进在上升段时由于钻杆和钻头自身的重力下沉会引起抬头难，为避免上述情况发生，应在钻导向孔时保证每根钻杆控向角度应小于10，而且不能连续的上升和下降。
在进行扩孔时，应保证在整个钻进过程中有返浆。在前述宝静大工程中，由于是穿越DN800管径的钢管，所以采用分级扩孔，分别使用 φ400、φ800、φ1200、扩孔器扩孔。 然后进行回拖，回拖是穿越的最后一步，也是最为关键的一步，在回拖时采用的施工方式是用φ1200扩孔器+旋转切换器+Φ813的穿越管线，在回拖时进行连续作业，直至管线回拖成功后，拔出套管。回拖管段的最大允许拉力控制在不超过管道指定最小屈服力的70%，管道的最大允许纵向应力（拉+弯）不应超过管道指定最小屈服力的90%。
有关参数的选择（以下是宝静大工程宝坻大白庄柏油路及灌溉渠DN800钢管定向钻穿越施工具体数据的选择）
2.1 穿越轨迹入土角和出土角（α，β）
入土角应比钻机自然夹角小，考虑穿越长度尽量减小以达到更经济的原则，选择入土角均为α=10°考虑到穿越管线管径为DN800，为方便管线回拖入土阻力小的原因，选择出土角均为β=10°。
2.2 穿越管段两端曲率半径（R）
根据穿越设计文件及施工规范，结合穿越的具体情况选择
R=1500×0.813=1220m。
2.3 水平定向钻穿越结构强度安全验算
A：管道许用应力：[σ]=FφtδS=166（Mpa）。（依据设计规范GB50423-2007中公式3.2.4-2）
[σ]—输送油气钢管许用应力（Mpa）；
δS—钢管规定屈服强度（Mpa）—415；
φ—钢管焊缝系数，一般取1.0；
t—温度折减系数，当温度小于120℃时，t值取1.0；
F—温度设计系数，按表3.2.4取0.4
2.4 穿越管段的轴向拉应力检算
σa=ESα（t1-t2）+μσh
=2.0×105×1.2×10-5（25℃-15℃）+0.3×0
=24+0=24（Mpa）< [σ]
Σa—管段钢管的轴向应力（Mpa）；
ES—钢材的弹性模量，取2.0×105（Mpa）；
α—钢材的线膨胀系数，取1.2×10-5[（m/m.℃）]；
t1—管道安装闭合时环境温度（℃）；
t2—管道内输送介质的温度（℃）；
μ— 钢材的泊松比，取0.3。
B：穿越管段弹性敷设产生的弯曲应力检算：（依据设计规范SY/T0015.1-98中式4.5.2-4）
σb=EsD/2R=2.0×105×813÷（2×1050×103）= 77.4（Mpa）<[σ]。
σb—管段弯曲时钢管的轴向弯曲应力（Mpa）；
Es—钢材的弹性模量，2.0×105（Mpa）；
D—钢管的外径（mm）；
R—弹性敷设半径（mm）。
C：径厚比63：5，符合3.6：6规范，同时可不用计算管子径向变形引起的局部屈服。
以上是我结合自己参与项目施工过程中的一点体会，在这里和同志们一同分享，有不当之处，还请同志们批评指正。总之，在定向钻穿越施工技术中，还有许多值得研究的课题，需要我们在今后的施工中不断地探索。
关键词
中图分类号 TE973.4 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0009-01
1 定向钻穿越施工的关键技术与措施
1.1 导向孔的选择（如示意图）
导向孔在钻进过程中偏离设计穿越曲线的原因：
1）钻机就位方位与管线设计穿越方位有偏差。
2）受外部磁场的影响，计算机采集的数据非钻头的真实位置。
1.2 针对以上造成曲线偏移的原因，可以采取相应措施进行预防
例如，在宝静大工程宝坻大白庄柏油路及灌溉渠DN800钢管定向钻穿越工程中，我们选择入土点安放钻机设备，钻地场地为60m×60m，泥浆池为20m×20m。 钻机场地中钻机基础做0.3m厚、20m长、30m宽的碎石或素混凝土垫层。挖地锚坑：长4.0m、宽4.0m、深1.7m，用C20素混凝土浇注；预留地锚空间（2.8m×1.8m×1.2m）。这是根据管线穿越中心线计算出的钻机的位置，以保證钻机就位方位与设计管线中心线的重合。
除了钻机位置的影响，还要注意外部磁场的影响。例如：在津晋高速B段穿越盐场施工中，我们首先在地面上标出强磁场地面信标（如下图）。
采用人工磁场，即在穿越中心线两侧布设的闭合线圈，这样所布线圈不受外部磁场的干扰，可以准确无误的将钻孔数据反映出来，当探头到达此闭合的线圈区域内，接通直流电源产生磁场，通过人工磁场可以测得穿越轴线的左右偏移和穿越标高。由于人工磁场在地磁场受干扰的情况下可以提供准确的管线穿越方位角，在地磁场不受干扰的情况下可以校正控向方位角的正确性，从而能够很好的控制导向孔与设计穿越曲线偏移，并能保证穿越曲线的平滑性。
2 导向孔的施工
导向孔曲线的光滑直接影响到钻导向孔时的推力、回拖力和回拖的成功率。如果钻杆在地层中呈“S”形，导致钻杆的推力向前传递受阻，难于控制钻头的方向，引起曲线的不光滑，而且导向孔钻进在上升段时由于钻杆和钻头自身的重力下沉会引起抬头难，为避免上述情况发生，应在钻导向孔时保证每根钻杆控向角度应小于10，而且不能连续的上升和下降。
在进行扩孔时，应保证在整个钻进过程中有返浆。在前述宝静大工程中，由于是穿越DN800管径的钢管，所以采用分级扩孔，分别使用 φ400、φ800、φ1200、扩孔器扩孔。 然后进行回拖，回拖是穿越的最后一步，也是最为关键的一步，在回拖时采用的施工方式是用φ1200扩孔器+旋转切换器+Φ813的穿越管线，在回拖时进行连续作业，直至管线回拖成功后，拔出套管。回拖管段的最大允许拉力控制在不超过管道指定最小屈服力的70%，管道的最大允许纵向应力（拉+弯）不应超过管道指定最小屈服力的90%。
有关参数的选择（以下是宝静大工程宝坻大白庄柏油路及灌溉渠DN800钢管定向钻穿越施工具体数据的选择）
2.1 穿越轨迹入土角和出土角（α，β）
入土角应比钻机自然夹角小，考虑穿越长度尽量减小以达到更经济的原则，选择入土角均为α=10°考虑到穿越管线管径为DN800，为方便管线回拖入土阻力小的原因，选择出土角均为β=10°。
2.2 穿越管段两端曲率半径（R）
根据穿越设计文件及施工规范，结合穿越的具体情况选择
R=1500×0.813=1220m。
2.3 水平定向钻穿越结构强度安全验算
A：管道许用应力：[σ]=FφtδS=166（Mpa）。（依据设计规范GB50423-2007中公式3.2.4-2）
[σ]—输送油气钢管许用应力（Mpa）；
δS—钢管规定屈服强度（Mpa）—415；
φ—钢管焊缝系数，一般取1.0；
t—温度折减系数，当温度小于120℃时，t值取1.0；
F—温度设计系数，按表3.2.4取0.4
2.4 穿越管段的轴向拉应力检算
σa=ESα（t1-t2）+μσh
=2.0×105×1.2×10-5（25℃-15℃）+0.3×0
=24+0=24（Mpa）< [σ]
Σa—管段钢管的轴向应力（Mpa）；
ES—钢材的弹性模量，取2.0×105（Mpa）；
α—钢材的线膨胀系数，取1.2×10-5[（m/m.℃）]；
t1—管道安装闭合时环境温度（℃）；
t2—管道内输送介质的温度（℃）；
μ— 钢材的泊松比，取0.3。
B：穿越管段弹性敷设产生的弯曲应力检算：（依据设计规范SY/T0015.1-98中式4.5.2-4）
σb=EsD/2R=2.0×105×813÷（2×1050×103）= 77.4（Mpa）<[σ]。
σb—管段弯曲时钢管的轴向弯曲应力（Mpa）；
Es—钢材的弹性模量，2.0×105（Mpa）；
D—钢管的外径（mm）；
R—弹性敷设半径（mm）。
C：径厚比63：5，符合3.6：6规范，同时可不用计算管子径向变形引起的局部屈服。
以上是我结合自己参与项目施工过程中的一点体会，在这里和同志们一同分享，有不当之处，还请同志们批评指正。总之，在定向钻穿越施工技术中，还有许多值得研究的课题，需要我们在今后的施工中不断地探索。