攻坚啃硬 穿越梦想 ——北京西六环中段天然气定向钻工程纪实

       11月29日，由安徽两淮建设有限责任公司管道分公司负责施工的北京西六环中段天然气定向钻工程（高井村—军庄镇）（隧道南段）主管回拖正式落下帷幕，随着这一控制性难点工程的完工，标志着北京市从2005年起建设的六环路天然气管线重点工程即将“闭环”。

       北京重点民生项目之一

       作为北京市重点民生项目之一，六环路天然气工程规划全长约200公里，以六环路为基准，基本与道路平行铺设，建成后可形成北京城市燃气主干环线管网，年供气量增长50亿立方米，将有望解决西北热电中心及北京西北部地区冬季供气不足的问题，缓解燃气管网安全稳定供气压力。未来，陕京四线、天津港海上天然气也将直接汇入六环路天然气管网，为满足北京市的规划用气量奠定基石。

       创造多项专业之最

       两淮建设管道分公司承建的是六环路天然气管线铺设中最难施工段，穿越曲线长度为1928.5米，穿越地层为中风化凝灰质砂岩和凝灰质砾岩等坚硬岩质，穿越出入土高差大，穿越工程分为光缆管穿越与主管穿越，主管为φ1016mm×17.5mmL485M钢管；光缆套管为φ159mm×8mm无缝钢管；光缆套管平行于主管，间距8米。是目前国内外穿越全岩石段距离最长、岩石硬度最大、管径最大、分段数最多的穿山体的定向钻工程。

       五大难关 各个击破

       回顾整个工程，任务艰巨、困难重重。

       一是导向孔难度大。

       线圈测量布设。由于导向施工穿越山体地势高且起伏大，线圈测量布设难度大。根据不同穿越深度，在整个穿越所经地段采用设置磁场线圈或磁靶的方法进行曲线校核。全程共布3个磁场线圈，在距离出土位置较近时布设磁靶，多次对磁场线圈与磁靶反馈数据进行比较和复测，最终确保出土精度，最大轴向偏距仅0.2米。

       导向孔控制。穿越地层为岩石地层，主要为中风化凝灰质砂岩和凝灰质砾岩，岩体较破碎、多呈块状、碎块状、岩质坚硬，地层倾角小于30度，极易造成导向钻头在岩层中出现角度变化过大，无法控制导向曲线精准的问题。在施工过程中，首次采用φ350mm大口径导向成孔，解决了倾角小、易偏斜、残渣难排除、距离长、导向钻杆阻力大的问题，保证了导向孔的顺利完成及导向孔质量。

       注浆堵漏。本次穿越岩层裂隙水丰富，实际穿越段为中富水区。泥浆形成的泥膜无法承受周围裂隙水的水压，泥浆护壁系统无法建立，最终导致钻孔内涌水。孔内涌水造成孔内泥浆携带岩屑的能力降低，大量岩屑堆积在孔内，对钻进速度影响较大。对此多次邀请专家现场进行研究、论证，最终采用“孔内封堵，保压钻进”的施工工艺解决孔内涌水问题，形成了一套能实际解决定向钻穿越山体中涌水堵漏的方案，并获得安徽省《水平定向钻穿越山体涌水注浆堵漏施工工法》以及多项发明专利。

       二是扩孔岩层硬。

       所经穿越地带均为岩石地层，结构风化、软硬不均匀，常规的水平定向钻利用传统钻机、钻杆和扩孔器反向扩孔的施工方法，在反向扩孔时由于钻杆在预先的长距离导向孔中与周围岩土产生的摩擦力过大而形成了动力损失。为了提高前期扩孔效率，采用正向扩孔，动力钻具使用独有的钻具与扩孔器一体化设计，其推进动力大，钻进扭矩大，扩孔级差大，钻头抗频繁冲击能力强，极大地减少了施工周期，降低了施工风险，创造了切实可行的正向扩孔钻具及施工方案，并获得安徽省《水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工工法》以及多项发明专利。

       三是破碎带多，钻具磨损严重。

       由于长时间受泥浆浸泡导致孔内易掉落石块，出现卡钻现象。在扩孔过程中由于岩石的硬度大，断层带空洞多，钻机长时间输出扭矩增大，导致孔内钻具磨损严重、施工机械配件损坏频繁。通过定制超硬度合金钻头，根据地层特点科学的改变钻头设计工艺，采用超硬度、耐冲击的小牙轮钻头，解决钻具损耗大这一难题。

       四是扩孔孔径大，钻具连接“疲劳”易折断。

       施工过程中，由于长时间、高负荷、强硬度的山体扩孔穿越，导致钻具连接处存在“疲劳”现象，出现多次钻具连接处断裂情况，使得扩孔阶段陷入困境。通过测试钻机扭矩，判断断裂位置，采用两端双钻机同向推拉送出钻头钻具，在此过程中极易发生钻杆折断的情况，十分考验司钻手的操作技能和心理素质。经过多次重新设计钻头钻具组合方式，解决扶正器与钻头连接疲劳的问题，最终扩孔孔径达1380mm。

       五是回拖风险高。

       预制管场地有限。因受回拖场地限制，采用“9接1”方式回拖，每次回拖管道组对焊接困难、焊接完成等待时间久，每段回拖都将是一次成败的考验。为保证回拖顺利，回拖前进行多次清孔洗孔，并在现场投入6台100吨吊车进行管道组对焊接，每次组对焊接完成需等待24小时后，再进行拍片检测、防腐等工序。整个管道回拖周期长达30天，在国内大口径管道穿越回拖中也是首例。

       动态注水。本工程穿越管线为φ1016mm×17.5mm钢管，在回拖过程中，回拖力主要由管道与孔壁的摩阻力和管道在移动过程中与泥浆产生的摩擦力构成。同时，岩石孔壁、断裂带掉块极易破坏管道的保护层和防腐层，一旦出现破损，管道将很难修复，不能保证后期的安全使用。为了降低因管道上浮与上孔壁接触产生的摩擦阻力，本工程在施工过程中采用管道内注水的方法为管道施加配重，经过多次管道浮力计算和论证，最大程度上减少了管道上浮与上孔壁接触产生的摩擦，将管道损伤率降至最低。

       推管机助推。由于管道自重和管内注水的重量，加之“9接1”回拖，每一段起始回拖都需要足够的牵引力才能挪动这条“巨龙”。为了保证每段回拖顺利，项目组配备一台500吨推管机，在指挥员和司钻手的无缝配合下，顺利地将这条“巨龙”从一端送入，另一端引出，最终完成回拖。

       精心组织精心施工，两淮精神再创辉煌

       在项目施工1年多的时间里，“管道特种兵”们始终发扬着坚韧不拔、知难而进、团结拼搏的“两淮精神”，坚守岗位，日夜奋战，力创精品工程。项目部根据集团公司项目管理办法，精心编制《施工组织设计》、精准把握项目进度控制、精确把控安全质量、精密筹划施工成本，全力以赴推进项目建设。在疫情防控期间，项目部采取封闭施工管理方式，一手抓疫情防控，一手抓项目施工，极力确保人员健康安全，施工有条不紊，最终零确诊、零伤亡地圆满完成穿越任务。

       定向钻穿越“领兵者”张启国，技术一流靠前指挥

       作为此次工程的领军人物，安徽两淮控股集团有限公司副总经理、安徽省煤田地质局“学术和技术带头人”张启国，从工程开始到结束，多次到达现场，靠前指挥，部署工作；多次组织专家会议，从施工难点、钻具组合、泥浆配比、钻进工艺优化与控向参数把控等多个方面进行深入细致研究和反复论证；多次到工人生活住地慰问，为施工团队加油打气。

       在项目前期阶段，由于工程入土点与出土位于山体两侧，高差为13米，出土点在军事管辖范围内，两点山路不通。若通过车辆运送泥浆，需经西六环沿途多个居住点，将无形中增加运输泥浆的风险和成本。泥浆如何在出入土点之间运输，成为了一个棘手问题。张启国根据现场实际情况，细心研究，精心策划，提出将原有光缆管φ114mm改为φ159mm，内套φ90mm形成外环空间用于运送泥浆和清水的新方法，解决了“注浆筛”、“注浆压力及方式”、“注浆影响半径”三个问题，节约成本300万元之多。在张启国专业的技术水平、多年积累的实战经验及科学的指挥领导下，项目施工团队克服了一道又一道难关，终于交上了一份完美“答卷”。

       北京西六环中段天然气定向钻工程的成功标志着两淮建设管道分公司在定向钻穿越技术上的又一重大突破，该工程所创下的各项功绩必将载入定向钻穿越的“史册”，也将为两淮管道穿越占据更广阔的市场，为两淮控股集团提升核心竞争力，实现高质量发展奠定坚实的基础。

北京西六环中段天然气定向钻穿越工程主管回拖成功

杨阳 唐磊/文   唐磊/图