摘要：本论文对水平定向钻的结构和施工工艺，是以勘察设计的视角进行分析和阐述的，而且分析了管道穿越施工过程中所遇到的危险，以及针对这些风险做出相应的安全措施，提高施工安全，防患于未然。与此同时，对于水平定向钻技术的应用，目前已经在西南成品油管道穿越和珠三角成品油管道的施工中应用，根据具体的施工过程，提出相关的注意事项。
关键词：水平定向钻；油气输送管道；工程施工
1.简述水平定向钻的穿越
在进行油气输送管道的施工中针对市政道路、大面积水域以及无法直埋的障碍等通常采用穿越的方法进行管道施工。传统的穿越方式有隧道穿越和开挖穿越等，但是目前我们通常采用水平定向钻穿越，主要是与传统的穿越方式相比较水平定向钻可以更好的把控方向、耗时少，效率高以及可进行长距离穿越，最重要的是不会对周围的环境造成污染等优势。
水平定向钻技术目前已经有了很大的提高，随着这十几年的发展，几乎达到了成熟状态，而且设备的型号已领齐全，可以达到2000米的穿越距离，是完全可以面对各种规模的施工和凹凸多变的地形。目前在设计水平定向钻的穿越过程中，我们需要考虑以下几方面：一是工程力学的分析；二是流体力学研究；三是施工现场的管道规格和受腐蚀状态等方面有密切的关联。
2.水平定向钻的系统构成
主要是由钻机、钻具、泥浆和导向系统共同组成了水平定向钻。
2.1钻机
钻机的组成部分主要是钻杆、柴油发电机。钻机需要依靠柴油发电机为其提供足够运转的动力，这也是组成中最关键的一部分。钻机需要依靠稳定的功率来进行作业，所以发动机要持续不断的输出稳定功率保障钻机得正常运转。钻杆的类型有液压钻杆和机械驱动钻杆等，钻杆的工作原理是：在孔底的底部以旋转扭矩来完成回拖和钻进施工。针对钻机的机型选择，我们主要是根据综合考量工程的体量确定水平定向钻的性能。
2.2钻具
钻具的主要包括：钻头、扩孔器、斜扣钻杆以及旋转接头等部分。在油气输送管道工程中，钻具在出图点进行安置，水平定向钻安置在入土点的位置。
2.3导向系统
对于整个施工过程，导向系统起到了非常重要的作用，所以在选择导向系统上也是需要特别注意和关键的一点，因为这关系到整个施工过程是否能够顺利完工。导向系统主要分为两种，一种是有线导向系统，另一种是无线导向系统。其中，无线系统中两个最重要的组成部分是：手持式地产探测仪和隐藏于钻头中的探头。
如果是针对某些难以穿越的地质因素，如：河流、湖泊等，这些表面不好行走，而且钻头下钻的深度比较深，会难以接受信号，所以可以选用有线导向系统。
2.4泥浆系统
泥浆系统主要是用来保障能够顺利的进行扩孔，对于管线回拖提供了便利。
首先将水、膨胀土以及添加剂等全部加入到泥浆罐中，然后对其进行充分的搅拌保证均匀的混合。再使用泥浆泵加压处理，通过钻杆的管道一直到达钻具喷嘴处。与此同时，泥浆对温度可以起到降温作用，避免高温造成破坏。
泥浆系统最关键之处还是在进行回拖作业时，防止摩擦力过大。通常管道在进行回拖作业时，是被泥浆包裹着的，因此，如果孔道的空间合适，就会减少一部分拉力。
通常情况下，孔道的空间都是比较大的，但是孔壁会不太稳定，所以添加泥浆对孔壁可以起到加固作用，比较造成孔壁的损坏。
3.工程施工的具体步骤
3.1道路
在施工过程中，需要先在出土位置和入土位置安置一些大型机械装置和设备，所以需要通过道路进行运输。因此我们可以在原来道路的基础上进行加宽修整，达到可以通过大型机械设备的要求，这样可以避免进行新建道路，减少时间和人力的耗费。我们还可以通过管线的施工通道来达到目的，尽可能在这一方面投入不必要的资金，增加成本。
3.2施工场地
3.2.1钻机方面
针对钻机的施工场地面积大约是30m??45m。并且还要在施工场地的周围挖好排水沟，排水沟的要求是800mm??800mm的面积，主要是保证废水能够及时有效的排除，避免施工场地出现积水。还需要两个8m??10m??1.5m同样尺寸的泥浆池，针对泥浆池的挖掘需要注意的是：一保证泥浆池的四周土质要牢固；二泥浆池四边的坡度要平稳、可靠；对于施工的场地环境要保持整洁和稳固可靠，可以保障钻机的施工顺利的进行。
3.2.2管道方面
通常管道穿越的长度要长一点，所以在提前制定管道场地的时候要提前空出位置。如果没有空地可以放置管道，会造成施工的延误。并且在管道场地中还需要预留出30m??45m大小的场地，以此来保障管道作业可以正常的施工。对于预留场地的长度需要确保焊接后的管线可以正常放置。一般在回拖前，就要对管道进行焊接、测试压力和检验管道以及最后的管道防腐等各项工作内容。
3.2.3现场勘察
根据施工要求，在确定的位置上勘察实际对应的位置，并且根据勘察的数据和分析绘制出完整的测量图纸，测量图纸的造成就可以开展后续的相关工作和具体施工准备，这也是重要的一个环节。
3.2.4设计参数
在前期的设计过程中，需要做好以下几方面的数据：出土角度、入土角度以及弹性敷设的曲率半径值。对此我们调查了很多水平定向钻的相关施工案例，根据调查得出：通常出土角度区间在在4°～8°；入土角度区间在8°～12°；而弹性敷设段曲率半径要求≧1200D，便于水平定向钻的正常施工以及管线的回拖作业。
3.2.5钻孔施工
安置钻机协助相关机械设备开展各项工作，确定数据、将泥浆混合搅拌均匀，尝试开始钻机作业，钻进导向空、扩孔操作，开始进行管道回拖作业，将管道清理后测量孔的半径值。完成钻孔后回收和处理好没有使用的泥浆，将施工场地环境整理清洁。
4.设计采取的安全措施
(1)确保前期场地的测量和勘察事项，检验是否符合进行穿越和水平定向钻的施工，针对地质选择要避免土质较松和有积水的地方，保证沿线水土平稳一致，确保管道安全。
(2)在计算管线的管壁厚度要根据穿越的方法以及提高设计系数，从而使管壁的厚度增加，确保安全可靠。
(3)管线在穿越一些大型河流时，要将两岸设置截断阀，防止污染河流。
(4)做好管道防腐，提高防腐措施，建议采用三层ＰＥ加强防腐。
(5)针对穿越过程中比较硬的岩石，可以通过光敏固化玻璃防止管道腐蚀。
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作者简介：韩毅（1989-03-08），男，汉族，籍贯：山东省滨州市沾化区