油气管道河流穿越工程设计探讨

简思勇

四川省川机工程技术有限公司 四川 成都 610063

摘要：油气管线在中国应用十分广泛，油气管线的建设不可避免的穿越不同地质的河流，目前油气管线穿越河流的主要方式有定向钻及大开挖穿越，不同地质的河流采用不同的穿越方式。

关键词：油气管线 穿越 定向钻 大开挖

1 研究背景

近年来国内油气管网建设处于高峰期，随着国家主要油气干线的建设及投产，中下游地区的油气管网建设将进一步加大。在管网建设过程中，各种穿越工程随之产生，河道穿越就是较为复杂的工程类型。定向钻属于非开挖技术，是目前广泛应用的施工方法之一[1]，对于特殊情况的河流也可选用大开挖方式穿越。2 穿越工程分析

油气管道河流穿越主要有定向钻、大开挖，穿越方式主要参考以下内容。1）河流两侧地形、地貌；2）穿越位置水文、地质条件；3）河床面宽度、水流流速等。2.1 定向钻穿越设计

1）设计前期阶段，进行地质勘查，确定钻孔位置、钻孔深度。2）收集相应工程等级的河流水文资料，冲刷深度、疏浚深度等资料。3）施工图文件设计时，确定入土点、出土点位置，确保入土点、出土点附近的输气管道埋设深度不会受到河流冲刷的影响。确定入土点、出土点角度，保证后期定向钻施工的顺利。4）计算回拖力，选择与工程相适应的定向钻钻机。5）明确回拖过程中对管道外防腐层的保护措施。2.2 大开挖穿越设计

1）前期阶段，进行地质勘查，确定钻孔位置、钻孔深度。2）收集穿越河流在相应穿越工程等级下的冲刷深度、河流流速以及河流疏浚等情况。3）确定输气管道在河流中的埋设深度，确保工程安全的情况下减小埋深深度。4）稳管计算，确保管道在河流中不会受到河流深泓线摆动影响。5）河流两侧水工保护设计。3 工程案例分析

3.1 定向钻施工案例分析

3.1.1 工程概况

海南某油库输线是该油库的主输道，管线规格为φ273.1×7，设计压力1.6MPa。河流南北侧均为开阔地带，河水流速小于1.0m/s，无冲刷深度，河流宽度220m。地层岩性主要由①层粗砂（Qm4），颗粒以中粗粒为主，次为粉细粒，呈次圆状，主要矿物成份为长石、石英等；②-1层粉砂Qal4，含少量泥质，颗粒以粉细粒为主，次为中粗粒，呈次圆状，主要矿物成份为长石、石英等；②层粗砂（Qal4），含少量泥质及1～3cm卵石，约占5～6%，颗粒以中粗粒为主，次为粉细粒，呈次圆状，主要矿物成份为长石、石英等；③层粉质粘土（Qm1），局部夹薄层中粗砂，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，无摇振反应。3.1.2 工程设计难点

工程5~10m深的地质层中含有部分卵石，定向钻在卵石层中穿越容易造成钻孔、扩孔失败、卡钻等问题，设计过程中定向钻水平穿越段深度设计为12m，减少在卵石层部分的穿越长度，同时配置高粘度环保泥浆。3.1.3 定向钻设计

根据河流穿越位置地形地貌以及河床地质构造，采用定向钻方式穿越。水平穿越深度在河床以下12m，为保证输线在河流两侧的埋设深度，入土角为14°，出土角为9°；为减少输道在回拖过程中对焊口热收缩套补口的损坏，工程采用双热收缩套进行补口，搭接宽度不低于100mm；管道探伤采用100%超声波及100%射线探伤，管道探伤试压合格后方可进行管道回拖。定向钻穿越断面设计如图1。图1 定向钻穿越断面图

3.1.4 回拖力计算

穿越管段回拖时，最大回拖力应为按以下公式计算：F=πLf[D2γ1/4-（Ds+ds）δγs/2]+πDLK式中：F-穿越管段回拖力（kN）；L-穿越管段长度（m）；f-摩擦系数；D-穿越管段的管身外径（m）；Ds-穿越管段的钢管外径（m）；ds-穿越管段的钢管内径（m）；γ1-泥浆密度；γs-钢材密度；K-粘滞系数； 341

科学管理δ-钢管壁厚（m）。管道计算最大回拖力为24.kN，定向钻钻机按照回拖力三倍选取。2019年第7期3.2 大开挖施工案例分析

3.2.1 工程概况

四川某城镇天然气输气管线，管线规格φ219×7，设计压力1.6MPa。河流北侧靠近河流边缘为陡坡地段，河流南侧为开阔平坦地段，河流汛期在5~10月，枯水期11~来年4月，河流常水位河面宽度为340m左右，河流100年一遇洪水最大流速2.5m/s，冲刷深度3.5m。河流穿越场地河床部位钻探揭露地层为第四系冲洪积卵石层，卵石层厚度超过8m；由冲刷深度、揭露地层岩性结构综合分析，河床部位分布的为稳定地层。3.2.2 工程设计难点

河流北侧坡度大，河水深度较深，河底卵石层深度深，使得工程开挖管沟难度大，同时河水的流动对管沟开挖形成的管沟影响较大，设计过程中需进行分流排水。3.2.3 大开挖设计

采用围堰开挖管沟，围堰尽力增加其稳固性，可采用块石垫层，即起到围堰的作业，同时又是吊车和拉土车的作业便道[2]。根据河流穿越位置地形地貌以及河床地质构造，采用大开挖方式穿越。穿越深度在河床以下4.9米，管底设计宽度2.2m，设计管沟边坡按1：3进行放坡，河流北侧采用分段围堰开挖；管道采用沟上焊，管道探伤试压合格后管道下沟。大开挖穿越断面设计如图2。3.2.4 稳管计算

输气管道设计埋深在河床底部冲刷深度以下1.0m。满足输气管道埋设深度，因此不需要进行水下位移计算，但输气管线需要进行抗漂浮计算，管道抗[3]漂浮计算公式如下：W≥KFsFs=πγwD2/4式中：W-单位长度管段总重量（包括管身自重、加重层重；不含管内介质）（N/m）；K-稳管系数，大、中型工程取1.2，小型工程取1.1；Fs-单位长度管段静水浮力（N/m）；Cy-上举力系数，取0.6；D-管身结构（含防护层）的外径（m）；γw-所穿水域水的重度（N/m3）。管道抗漂浮总重为442.76N/m，每隔10m设置一个500Kg的钢筋混凝土配重块进行稳管。4 结论

1）天然气管道穿越河流首先根据河流自身及周边环境确定管道穿越方式。2）设计前期应准确收集各项地质、水文等相关资料。3）设计过程按照《油气输送管道穿越工程设计规范》GB50423、《城镇燃气管道穿跨越工程技术规程》CJJ/T250要求执行。4）在保证工程安全可靠的前提下尽量做到工程造价最低。参考文献

[1] 陈静，潘攀，王红丽，等.油气管道河流定向钻穿越设计存在问题及对策探讨[J].石油建设工程，2014，40（5）：35-38.

[2] 黄帅.长输管线大开挖穿越淤泥质黏土河流的施工方法[J].中国石油和化工标准与质量，2013，（15）：136.

图2 大开挖穿越断面图

（上接第324页）

油、综合含水、泵径、泵深、动液面、沉没度、井组注采比、地层出砂情况等进行数据挖掘，共计在725油井中优选出65口井具备提液潜力。通过统计分析已实施20口提液井，17口有效，平均单井增油2.6吨，措施有效率85%，得到较好应用效果。老油田开发复杂问题应用前景广阔。参考文献  

[1]谷建伟，周梅，李志涛等. 基于数据挖掘的长短期记忆网络模型油井产量预测方法[J].特种油气藏，2019.01.18网络首发.

[2]甘璐. 基于数据挖掘技术的档案馆信息快速分析算法研究[J].现在电子技术，2019，42（1）：32-34.

[3]邓仲华，刘斌. 数据挖掘应用热点研究_基于Kaggle竞赛数据[J].图书馆学研究，2019，06：2-9.

5 结束语

（1）在具备数据资源基础的前提下，基于数据挖掘技术开展油藏综合治理措施优选，可有效提高措施潜力优选的针对性、时效性、有效率。（2）结合应用实际来看，采用编程技术对SPSS数据挖掘软件进行封装，实现数据挖掘算法集成，可大大简化复杂操作流程，操作简单、易用。（3）实际应用情况表明，基于数据挖掘技术解决作者简介

王佳音（1984年生），男，工程师，学士学位，2007年毕业于中国石油大学（北京）地质 工程专业，现主要从事油藏开发等相关工作。 

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