11月29日，由安徽兩淮建設(shè)有限責(zé)任公司管道分公司負(fù)責(zé)施工的北京西六環(huán)中段天然氣定向鉆工程（高井村—軍莊鎮(zhèn)）（隧道南段）主管回拖正式落下帷幕，隨著這一控制性難點(diǎn)工程的完工，標(biāo)志著北京市從2005年起建設(shè)的六環(huán)路天然氣管線重點(diǎn)工程即將“閉環(huán)”。

       北京重點(diǎn)民生項(xiàng)目之一

       作為北京市重點(diǎn)民生項(xiàng)目之一，六環(huán)路天然氣工程規(guī)劃全長約200公里，以六環(huán)路為基準(zhǔn)，基本與道路平行鋪設(shè)，建成后可形成北京城市燃?xì)庵鞲森h(huán)線管網(wǎng)，年供氣量增長50億立方米，將有望解決西北熱電中心及北京西北部地區(qū)冬季供氣不足的問題，緩解燃?xì)夤芫W(wǎng)安全穩(wěn)定供氣壓力。未來，陜京四線、天津港海上天然氣也將直接匯入六環(huán)路天然氣管網(wǎng)，為滿足北京市的規(guī)劃用氣量奠定基石。

       創(chuàng)造多項(xiàng)專業(yè)之最

       兩淮建設(shè)管道分公司承建的是六環(huán)路天然氣管線鋪設(shè)中最難施工段，穿越曲線長度為1928.5米，穿越地層為中風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖和凝灰質(zhì)礫巖等堅(jiān)硬巖質(zhì)，穿越出入土高差大，穿越工程分為光纜管穿越與主管穿越，主管為φ1016mm×17.5mmL485M鋼管；光纜套管為φ159mm×8mm無縫鋼管；光纜套管平行于主管，間距8米。是目前國內(nèi)外穿越全巖石段距離最長、巖石硬度最大、管徑最大、分段數(shù)最多的穿山體的定向鉆工程。

       五大難關(guān) 各個(gè)擊破

       回顧整個(gè)工程，任務(wù)艱巨、困難重重。

       一是導(dǎo)向孔難度大。

       線圈測量布設(shè)。由于導(dǎo)向施工穿越山體地勢高且起伏大，線圈測量布設(shè)難度大。根據(jù)不同穿越深度，在整個(gè)穿越所經(jīng)地段采用設(shè)置磁場線圈或磁靶的方法進(jìn)行曲線校核。全程共布3個(gè)磁場線圈，在距離出土位置較近時(shí)布設(shè)磁靶，多次對磁場線圈與磁靶反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和復(fù)測，最終確保出土精度，最大軸向偏距僅0.2米。

       導(dǎo)向孔控制。穿越地層為巖石地層，主要為中風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖和凝灰質(zhì)礫巖，巖體較破碎、多呈塊狀、碎塊狀、巖質(zhì)堅(jiān)硬，地層傾角小于30度，極易造成導(dǎo)向鉆頭在巖層中出現(xiàn)角度變化過大，無法控制導(dǎo)向曲線精準(zhǔn)的問題。在施工過程中，首次采用φ350mm大口徑導(dǎo)向成孔，解決了傾角小、易偏斜、殘?jiān)y排除、距離長、導(dǎo)向鉆桿阻力大的問題，保證了導(dǎo)向孔的順利完成及導(dǎo)向孔質(zhì)量。

       注漿堵漏。本次穿越巖層裂隙水豐富，實(shí)際穿越段為中富水區(qū)。泥漿形成的泥膜無法承受周圍裂隙水的水壓，泥漿護(hù)壁系統(tǒng)無法建立，最終導(dǎo)致鉆孔內(nèi)涌水。孔內(nèi)涌水造成孔內(nèi)泥漿攜帶巖屑的能力降低，大量巖屑堆積在孔內(nèi)，對鉆進(jìn)速度影響較大。對此多次邀請專家現(xiàn)場進(jìn)行研究、論證，最終采用“孔內(nèi)封堵，保壓鉆進(jìn)”的施工工藝解決孔內(nèi)涌水問題，形成了一套能實(shí)際解決定向鉆穿越山體中涌水堵漏的方案，并獲得安徽省《水平定向鉆穿越山體涌水注漿堵漏施工工法》以及多項(xiàng)發(fā)明專利。

       二是擴(kuò)孔巖層硬。

       所經(jīng)穿越地帶均為巖石地層，結(jié)構(gòu)風(fēng)化、軟硬不均勻，常規(guī)的水平定向鉆利用傳統(tǒng)鉆機(jī)、鉆桿和擴(kuò)孔器反向擴(kuò)孔的施工方法，在反向擴(kuò)孔時(shí)由于鉆桿在預(yù)先的長距離導(dǎo)向孔中與周圍巖土產(chǎn)生的摩擦力過大而形成了動(dòng)力損失。為了提高前期擴(kuò)孔效率，采用正向擴(kuò)孔，動(dòng)力鉆具使用獨(dú)有的鉆具與擴(kuò)孔器一體化設(shè)計(jì)，其推進(jìn)動(dòng)力大，鉆進(jìn)扭矩大，擴(kuò)孔級差大，鉆頭抗頻繁沖擊能力強(qiáng)，極大地減少了施工周期，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)造了切實(shí)可行的正向擴(kuò)孔鉆具及施工方案，并獲得安徽省《水平定向鉆硬巖大口徑正向擴(kuò)孔施工工法》以及多項(xiàng)發(fā)明專利。

       三是破碎帶多，鉆具磨損嚴(yán)重。

       由于長時(shí)間受泥漿浸泡導(dǎo)致孔內(nèi)易掉落石塊，出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。在擴(kuò)孔過程中由于巖石的硬度大，斷層帶空洞多，鉆機(jī)長時(shí)間輸出扭矩增大，導(dǎo)致孔內(nèi)鉆具磨損嚴(yán)重、施工機(jī)械配件損壞頻繁。通過定制超硬度合金鉆頭，根據(jù)地層特點(diǎn)科學(xué)的改變鉆頭設(shè)計(jì)工藝，采用超硬度、耐沖擊的小牙輪鉆頭，解決鉆具損耗大這一難題。

       四是擴(kuò)孔孔徑大，鉆具連接“疲勞”易折斷。

       施工過程中，由于長時(shí)間、高負(fù)荷、強(qiáng)硬度的山體擴(kuò)孔穿越，導(dǎo)致鉆具連接處存在“疲勞”現(xiàn)象，出現(xiàn)多次鉆具連接處斷裂情況，使得擴(kuò)孔階段陷入困境。通過測試鉆機(jī)扭矩，判斷斷裂位置，采用兩端雙鉆機(jī)同向推拉送出鉆頭鉆具，在此過程中極易發(fā)生鉆桿折斷的情況，十分考驗(yàn)司鉆手的操作技能和心理素質(zhì)。經(jīng)過多次重新設(shè)計(jì)鉆頭鉆具組合方式，解決扶正器與鉆頭連接疲勞的問題，最終擴(kuò)孔孔徑達(dá)1380mm。

       五是回拖風(fēng)險(xiǎn)高。

       預(yù)制管場地有限。因受回拖場地限制，采用“9接1”方式回拖，每次回拖管道組對焊接困難、焊接完成等待時(shí)間久，每段回拖都將是一次成敗的考驗(yàn)。為保證回拖順利，回拖前進(jìn)行多次清孔洗孔，并在現(xiàn)場投入6臺100噸吊車進(jìn)行管道組對焊接，每次組對焊接完成需等待24小時(shí)后，再進(jìn)行拍片檢測、防腐等工序。整個(gè)管道回拖周期長達(dá)30天，在國內(nèi)大口徑管道穿越回拖中也是首例。

       動(dòng)態(tài)注水。本工程穿越管線為φ1016mm×17.5mm鋼管，在回拖過程中，回拖力主要由管道與孔壁的摩阻力和管道在移動(dòng)過程中與泥漿產(chǎn)生的摩擦力構(gòu)成。同時(shí)，巖石孔壁、斷裂帶掉塊極易破壞管道的保護(hù)層和防腐層，一旦出現(xiàn)破損，管道將很難修復(fù)，不能保證后期的安全使用。為了降低因管道上浮與上孔壁接觸產(chǎn)生的摩擦阻力，本工程在施工過程中采用管道內(nèi)注水的方法為管道施加配重，經(jīng)過多次管道浮力計(jì)算和論證，最大程度上減少了管道上浮與上孔壁接觸產(chǎn)生的摩擦，將管道損傷率降至最低。

       推管機(jī)助推。由于管道自重和管內(nèi)注水的重量，加之“9接1”回拖，每一段起始回拖都需要足夠的牽引力才能挪動(dòng)這條“巨龍”。為了保證每段回拖順利，項(xiàng)目組配備一臺500噸推管機(jī)，在指揮員和司鉆手的無縫配合下，順利地將這條“巨龍”從一端送入，另一端引出，最終完成回拖。

       精心組織精心施工，兩淮精神再創(chuàng)輝煌

       在項(xiàng)目施工1年多的時(shí)間里，“管道特種兵”們始終發(fā)揚(yáng)著堅(jiān)韌不拔、知難而進(jìn)、團(tuán)結(jié)拼搏的“兩淮精神”，堅(jiān)守崗位，日夜奮戰(zhàn)，力創(chuàng)精品工程。項(xiàng)目部根據(jù)集團(tuán)公司項(xiàng)目管理辦法，精心編制《施工組織設(shè)計(jì)》、精準(zhǔn)把握項(xiàng)目進(jìn)度控制、精確把控安全質(zhì)量、精密籌劃施工成本，全力以赴推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)。在疫情防控期間，項(xiàng)目部采取封閉施工管理方式，一手抓疫情防控，一手抓項(xiàng)目施工，極力確保人員健康安全，施工有條不紊，最終零確診、零傷亡地圓滿完成穿越任務(wù)。

       定向鉆穿越“領(lǐng)兵者”張啟國，技術(shù)一流靠前指揮

       作為此次工程的領(lǐng)軍人物，安徽兩淮控股集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理、安徽省煤田地質(zhì)局“學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人”張啟國，從工程開始到結(jié)束，多次到達(dá)現(xiàn)場，靠前指揮，部署工作；多次組織專家會(huì)議，從施工難點(diǎn)、鉆具組合、泥漿配比、鉆進(jìn)工藝優(yōu)化與控向參數(shù)把控等多個(gè)方面進(jìn)行深入細(xì)致研究和反復(fù)論證；多次到工人生活住地慰問，為施工團(tuán)隊(duì)加油打氣。

       在項(xiàng)目前期階段，由于工程入土點(diǎn)與出土位于山體兩側(cè)，高差為13米，出土點(diǎn)在軍事管轄范圍內(nèi)，兩點(diǎn)山路不通。若通過車輛運(yùn)送泥漿，需經(jīng)西六環(huán)沿途多個(gè)居住點(diǎn)，將無形中增加運(yùn)輸泥漿的風(fēng)險(xiǎn)和成本。泥漿如何在出入土點(diǎn)之間運(yùn)輸，成為了一個(gè)棘手問題。張啟國根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，細(xì)心研究，精心策劃，提出將原有光纜管φ114mm改為φ159mm，內(nèi)套φ90mm形成外環(huán)空間用于運(yùn)送泥漿和清水的新方法，解決了“注漿篩”、“注漿壓力及方式”、“注漿影響半徑”三個(gè)問題，節(jié)約成本300萬元之多。在張啟國專業(yè)的技術(shù)水平、多年積累的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)及科學(xué)的指揮領(lǐng)導(dǎo)下，項(xiàng)目施工團(tuán)隊(duì)克服了一道又一道難關(guān)，終于交上了一份完美“答卷”。

       北京西六環(huán)中段天然氣定向鉆工程的成功標(biāo)志著兩淮建設(shè)管道分公司在定向鉆穿越技術(shù)上的又一重大突破，該工程所創(chuàng)下的各項(xiàng)功績必將載入定向鉆穿越的“史冊”，也將為兩淮管道穿越占據(jù)更廣闊的市場，為兩淮控股集團(tuán)提升核心競爭力，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

北京西六環(huán)中段天然氣定向鉆穿越工程主管回拖成功

楊陽 唐磊/文   唐磊/圖