摘要：本文简要介绍了燃气管道水平定向钻设计所需遵守的规范;对如何进行工程测量、地质钻探进行了阐述;对如何进行水平定向钻线路的设计提出了看法;对水平定向钻线路设计各项参数的确定提出建议。

一、   前言

水平定向钻敷管技术^[1-2]是将石油工业的定向钻进技术与当代先进控制技术相结合的一种现代非开挖敷设管线的施工新技术，主要用于各种管线穿越河流、公路、铁路、建筑物等障碍物。水平定向钻的基本原理是：按预先设定的轨迹钻一个小口径导向孔，随后在导向孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔，当扩孔至尺寸要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管线，回拉敷设地下管线。

随着我国经济的持续发展，人民生活水平的不断提高，各行各业对能源的需求也越来越多，燃气工程越来越普及，水平定向钻这种非开挖穿越的技术在燃气行业也得到了广泛的应用，燃气管道定向钻穿越设计也应成为一个从事燃气设计的设计人员的基本技能。下面就对如何进行燃气管道水平定向钻设计作些初步探讨。

二、   应遵守的主要规范

1、《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）

2、《城镇燃气输配工程施工及验收规范》(CJJ33-2005)

3、《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分:A级钢管》(GB/T9711.1-1997)

4、《输气管道设计规范》(GB50251-2003)

5、《输油输气管道线路工程施工及验收规范》（SY0401-1998）

6、《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》(GB/T9711.2-1997)

7、《聚乙烯燃气管道工程技术规程》(CJJ63－95)

8、《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范 穿越工程》(SY/T0015.1-95)

9、《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范 》(SY/T4079-1998)

10、《埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准》(SY/T0413-2002)

11、《涂装前钢材表面预处理规范》(SY/TO407-97)

12、《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》(GB50236-98)

其中第1、2条规范适用于设计压力不大于4.0MPa的城镇燃气管道,第3条规范一般用于设计压力不大于4.0MPa的燃气管道；第4、5条规范适用于输气管道，第6条规范一般用于设计压力大于4.0MPa的燃气管道。第6条规范适用于设计压力不大于0.4MPa的燃气管道(聚乙烯燃气管道，管道直径与厚度比为11，即SDR11 。气体介质为天然气)。

二、   工程测量、地质钻探的要求

1、工程测量单位应提供的资料

 = 1 \* GB3 ①、平面地形图（1：500或1：1000）；

 = 2 \* GB3 ②、断面图(横向1：100或1：200，纵向1：500或1：1000)；

 = 3 \* GB3 ③、地下管线的物探资料，物探结果要求反应到断面图上。一般要求物探的范围是穿越管段四周50—100米内的范围。地下管线物探主要了解有关地下已有管线和其它埋设物的位置，为设计钻进轨迹提供依据。物探方法定位原理分为：电磁法、直流电法、地震波法和红外辐射法等。

    = 4 \* GB3 ④、穿越通航的水域时，必须取得航道主管部门的批准，航道部门一般要求地型图的测量范围是穿越段两端（上、下游）各大于300米；标高要求采用珠基水系标高（广东省的航道部门要求），坐标要求采用北京坐标系；断面图上要反应出航道的位置及宽度。

2、 地质钻探钻孔点布置及深度

 = 1 \* GB3 ①、设计人员应绘制勘探钻孔点布置图提供给地质钻探单位,地质钻探单位根据勘探钻孔点布置图进行地质钻探。

对于勘探钻孔点布置,《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范 穿越工程》(SY/T0015.1-95)第3.5.4条有如下论述“如采用定向钻，顶管或隧道敷设穿越，应交叉布置在穿越管段中线两侧，距中线50m”;

在《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范 》(SY/T4079-1998)附录C.01有如下论述“地质钻探孔应沿穿越管线的轴线两侧布置，一般孔距为100m,每排孔与穿越管线轴线距离为20~30m。若探孔中发现地质情况复杂难以判断土质变化，应酌情增加探孔密度”。

根据以上论述，定向钻穿越河流的地质探钻钻孔点布置我们是按图1布置进行。

图1  穿越河流的水平定向钻探钻钻孔点布置图

水平定向钻穿越陆地的地质探钻钻孔点布置我们是按图2布置进行。

图2  穿越河流的水平定向钻探钻钻孔点布置图

 = 2 \* GB3 ②、探孔深度应大于管线敷设深度10m, 探孔深度一般取河床底或道路路面下20m。

1、           地质钻探单位应提供的资料

 = 1 \* GB3 ①、工程地质报告(包括文字资料，地质断面图、柱状图、岩土力学指标，水文地质与地震基本烈度等)

二、水平定向钻施工图线路的设计

水平定向钻施工图线路的设计是根据工程要求、工程地质报告的结果、地下障碍物的具体位置、设计出钻杆最佳钻孔路线。

根据这些年来的实践结果，总结出的水平定向钻线路的常见的线路设计见附图3。其主要由以下的部分组成，主要包括入土角、入钻点之后的直线段，线路的曲线段、水平段、出钻点之前的直线段、出钻角等。

图3  常见燃气管道水平定向钻设计线路断面图(比例：横向1：100，纵向1：500)

常见各种参数的确定：

1、入土角：一般控制在9°—12°，最大不超过18°；

2、出土角：一般控制在4°—8°;

3、入钻点之后的直线段:大于（或等于）20米；

4、曲线段的曲率半径：大于（或等于）1500DN（钢管），且最小曲率半径不应小于300m;

5、水平段最小长度：一般取大于（或等于）10米（因为一般比较大型的定向钻穿越的钻杆选择常用的是10米钻杆，水平长度取大于一个钻杆长度）；

6、宜穿越的地质条件：粘土、亚粘土、粉砂、中砂层；

7、防腐层防腐等级：加强级；

8、 场地：入钻点、与出钻点要求离开河流的常水位水边线50m以外，入钻点场地要能安装钻机和蓄水池及泥浆池，可取25mX25m。出钻点要有组管场地，组管场地可取20mX（管长+50）m。当组管场地不够时可采用“2接1”（管道分两次进行回拖）或“3接1” （管道分叁次进行回拖）的形式进行，即组管场地可取20mX（管长+50）/2m或20mX（管长+50）/3m。

9、定向钻管段接头：需采用弯管或弯头进行连头。

三、   水平定向钻设计实例

   下面介绍本人设计的广州市仑头—生物岛—大学城燃气主干管设计,此主干管管线全长3200米，其中包括仑头海、官洲河2处定向钻穿越。其中仑头海穿越水平长度445米，官洲河穿越水平长度350米，设计管径D406.4X7.9,设计压力0.4MPa,穿越管段管材采用高频直缝电阻焊钢管（简称ERW管道），材质为L415,仑头海的入钻角设计为10°14’, 出钻角设计为7°22’,官洲河的入钻角设计为10°, 出钻角设计为7°，水平段埋深最浅处，大于7米。管线接头均采用冷弯弯管,管道焊接采用下向焊焊接工艺（手工电弧焊），焊条选择AWS E7010G纤维素焊条，焊条直径3.2mm,管道焊缝应在100%外观检查合格后，进行100%射线探伤，探伤按《钢熔化焊对接接头射线照像和质量分级》（GB3323-2005）的规定Ⅱ级为合格。

     穿越管段主管段防腐采用三层PE防腐加强级。管口的处理：首先管体表面用喷抛除锈，除锈等级达到Sa2.5级的要求，再采用双组份无溶剂环氧涂料打底，干膜厚度不小于200μm，然后包覆定向钻工艺专用的聚乙烯热收缩套防腐，采取电火花检漏，检漏电压为15KV。

四、结束语

  随着科学技术的发展，目前国外著名的钻机制造商可提供商品化的轨迹规划设计软件，通过采集所需的全部信息，利用计算机进行最优化钻孔轨迹设计。大大提高了水平定向钻轨迹设计的科学性和设计效率。

参考文献：

1、《管道工程设计与施工手册》 徐至钧等编著

作者简介：杨青（1965—），男，广东惠东人，工程师，学士，从事燃气工艺设计工作。

电话:(020)8766896-8007。

E-mall:yqwyy183@163.com

关健词：水平定向钻  规范  测量  钻探  线路设计