管道回拖时卡钻解卡方法的探讨

管道回拖时卡钻解卡方法的探讨

水平定向开挖是中国长输管道穿越越南河流的首选施工方法。随着我国长输管道管径的增大以及穿越河流距离的增长,水平定向钻施工面临的风险越来越大,尤其是管道回拖环节。卡钻是管道回拖过程中比较常见的施工事故,若不能及时解决,将导致管道在孔洞内停留时间过长而产生“抱管现象”,造成巨大的经济损失。1管道回拖前的质量控制管道回拖是管道定向钻施工的最后一个环节,是指在管道扩孔完成后,将预制好的管道一次性拖入孔洞中(图1)。管道回拖作业的成败直接决定整个定向钻施工的成败,因此,在管道回拖前,应确保导向孔作业及扩孔、洗孔作业的质量要求,同时保证时间的连续性。但是,由于受到穿越地层地质的影响,在完成扩孔和洗孔后,在管道回拖前或在管道回拖过程中,孔洞状况不好(孔壁坍塌、缩孔)时会出现回拖卡钻事故,尤其是在uf0661016以上的大口径管道回拖过程中,卡钻事故更易出现。管道回拖当遇到回拖力增加至超出预计最大安全拉力时,可以判断管道在孔洞中遭遇孔壁坍塌,发生卡钻。2时卡钻注意事项目前,解决管道回拖卡钻的主要方法有:夯管锤振击解卡、滑轮组解卡、夯管锤和滑轮组配合解卡。夯管锤振击解卡是国内外最常使用且成功率较高的解决方法。当管道回拖出现卡钻时,可立即在管尾安装夯管锤进行锤击,管道受到夯管锤的振击后,能够摆脱穿越孔洞的束缚,从而确保回拖作业继续进行(图2)。使用夯管锤振击管道,若回拖仍然无法继续进行,则可判断为穿越孔洞内坍塌现象比较严重。此时必须放弃回拖,并及时安装动滑轮组,将其与回拖管道尾部相连,确保管道能够及时从孔洞中撤出,避免管道因在孔洞内存留时间过长而导致更大的解卡阻力。若仅仅使用滑轮组仍无法将管道拽出,则可使用夯管锤与滑轮组的组合方式解卡。3林头村抚河定向钻段林头村抚河穿越位于江西省南昌县,西岸为南昌县广福镇港湾村,东岸为黄马乡林头村,一般管道段规格uf0661016×21.0,定向钻穿越管道段规格uf0661016×26.2,设计压力10MPa,采用定向钻方式穿越,穿越曲线主要经过中砂层和泥质粉砂岩地层,穿越工程等级为大型。该定向钻穿越包含2条管道,分别为输气管道uf0661016×26.2和硅管套管uf066114×6.4,硅管套管位于输气管道上游10m处。林头村抚河定向钻的理论施工长度为900.7m,其中定向钻836.5m,一般线路段64.2m;实际施工长度903.32m,其中定向钻穿越段839.12m,一般线路段64.2m。穿越入土点设在西岸,距西岸堤脚约150m,入土角10°,出土点设在东岸,距东岸堤脚约200m,出土角为8°,穿越曲线段曲率半径为1524m(1500D)。穿越曲线需经过中砂层,由于中砂层稳定性较差,在扩孔过程中容易出现坍塌。因此,在整个工程施工期间,在施工工艺、泥浆配置和施工机械各方面均采取了相关措施。3.1钻机拉力上升抚河穿越使用海瑞克HK450钻机,经过760mm、1066.8mm、1320.8mm、1422.4mm四级扩孔后进行管道回拖,钻机拉力由45t上升至170t。在回拖至第20根钻杆处,钻机拉力达到300t,明显超过正常回拖时钻机拉力,则判断孔洞内发生塌孔。现场紧急采用夯管锤振击管道尾端配合钻机进行解卡,管道回拖继续进行30m后,回拖拉力达到360t,回拖无法进行,不得不决定放弃回拖,使用滑轮组和夯管锤配合反方向解卡。3.2解散卡3.2.1解卡过程中解决卡机作用气动夯管锤的工作原理是利用空气压缩机提供的压缩空气作为动力,在高频震动下产生大功率的冲击力,使被夯物体沿设计轨迹前行。气动夯管锤体积小,夯击力大,能够适应狭窄地区作业,因此被广泛应用于非开挖施工领域(图3)。夯管锤与滑轮组配合进行解卡作业时,夯管锤的安装方向与单独使用夯管锤夯管作业的安装方向相反。在现场使用时,将夯管锤安装在末端管道内部,利用夯管锤的冲击力将管道从孔洞中抽取出来(图4)。解卡现场使用两台阿特拉斯科·普柯XAMS1026柴油空压机提供动力,选用德国TT公司夯击力为2000tWangLei,etal:Applicationofpneumaticpipe-rammerandpulleyblockindirectionaldrillingtowback的夯管锤。在解卡过程中,空压机需要慢慢加压,并应时刻注意被夯击的管道尾部有无变形及裂纹,确保施工安全。3.2.2确立“中撤回”滑轮组由若干定滑轮和动滑轮匹配而成(图5),可以达到既省力又能够改变力的作用方向的目的。通过定滑轮与动滑轮的组合,能够传递卷扬机提供的动力,获得放大拉力的效果,将管道从孔洞中撤离出来。滑轮组使用临时地锚,在施工完毕后可以迅速恢复地貌。在安装滑轮组前,需要对使用的钢丝绳进行安全检查,对断裂的钢丝进行更换。在滑轮组拉动管道前,需用卷扬机缓慢地将钢丝绳拉至紧绷状态,不允许在钢丝绳松弛的状态下将卷扬机放至高速档位。在现场使用滑轮组时,通过钻杆将管道与滑轮组的拖拉头相连,当滑轮组将管道拉出一根钻杆的距离时,随即卸下第一根钻杆,如此反复可以将滑轮组安装在最远端,减少了移动滑轮组锚固点及切割钢管带来的工程量。滑轮组在完成第一组行程后,需要将动滑轮拉回至原始位置重新安装,否则解卡作业无法连续进行。3.2.3滑轮组拉管道在滑轮组与夯管锤均安装到位后,开始解卡作业。首先启用夯管锤,在夯管锤工作约5min后,启动滑轮组。当管道拉出50m时,停止夯管锤工作,仅使用滑轮组拉动管道。林头村抚河穿越工程经过4天的解卡施工,将管道完全从孔洞中拖回地面。经检验,管道和防腐层完好无损,仅焊口处的防腐带略有剥裂。4提前准备解卡设备林头村抚河穿越工程的顺利解卡,证明了夯管锤和滑轮组配合解卡的可行性。为了确保工程施工事故得到迅速解决,防止