CN108692104A - 一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置，包括河床，所述河床的上端一侧设有河道，所述河床的一侧设有地坪，所述地坪的上端设有入钻工作坑，所述入钻工作坑内安装有主钻机设备，所述主钻机设备的一端贯穿设有孔道，且孔道位于河床的下端，所述孔道的一端设有出钻口工作坑，且出钻口工作坑位于河床的下端，且孔道的一端贯穿出钻口工作坑并延伸至出钻口工作坑的一侧，所述孔道内安装有套管，所述套管内设有内管。本发明实现了防止泄露，保护环境的目的，使用套管组合穿越与单管穿越相比具有更大的经济优势，能有效的降低成本，提高施工速度，能最大限度地减小对环境的破坏，保护环境。

Description

一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置

技术领域

本发明涉及化工管道套管式穿越复杂地质河床技术领域，尤其涉及一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置。

背景技术

化工管道主要材料是超高分子量聚乙烯，超高分子量聚乙烯是由乙烯、丁二烯单体在催化剂的作用下，聚合而成的平均分子量大于200万的热塑性工程塑料，综合性能优越，耐磨损、耐低温、耐腐蚀、自身润滑、抗冲击性能在所有塑料中为最高值，耐磨性能优于聚四氟乙烯、尼龙、碳钢等材料，可长期在-269度至+80度条件下工作，被称为令人惊异的塑料，是一种理想的管材，但是单管定向钻地下穿越目前比较普及，但是套管式定向钻地下穿越应用较少，不过单管定向穿越容易造成泄露，不利于环境保护，为此，我们提出了一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置，包括河床，所述河床的上端一侧设有河道，所述河床的一侧设有地坪，所述地坪的上端设有入钻工作坑，所述入钻工作坑内安装有主钻机设备，所述主钻机设备的一端贯穿设有孔道，且孔道位于河床的下端，所述孔道的一端设有出钻口工作坑，且出钻口工作坑位于河床的下端，且孔道的一端贯穿出钻口工作坑并延伸至出钻口工作坑的一侧，所述孔道内安装有套管，所述套管内设有内管，所述内管上等间距设有多个套管支架，且同一侧的两个套管支架为一组，所述套管支架的一侧和套管内的侧壁相抵触。

优选地，所述套管支架的两端分别设有第一连接槽和第二连接槽，同一组内的第一连接槽和第二连接槽相对应，所述第一连接槽内的相对侧壁上均设有插槽，所述第二连接槽内的相对侧壁上均转动连接有转动板，两个转动板的一侧均设有插块，且插块和插槽相对应，所述第二连接槽的一侧设有豁口，且豁口位于套管支架上，所述豁口内的一端侧壁上转动套接有螺纹杆，且螺纹杆的一端贯穿豁口并延伸至第二连接槽内，所述螺纹杆的一端转动连接有移动块，所述移动块的两侧分别和两个转动板的一侧相抵触，且移动块的两端分别和第二连接槽内的相对侧壁相抵触。

优选地，所述套管支架呈半圆形。

优选地，所述套管和内管上均设有防腐层。

优选地，所述套管支架采用高分子化合物制成。

优选地，所述套管采用螺旋钢管制成。

优选地，所述螺纹杆采用不锈钢制成。

本发明中，在使用时，在河床一侧的地坪上用机械设备挖出入钻工作坑，使用主钻机设备进行打钻，打钻完成后，将套管插入孔道内，在套管进入孔内之前，在成好的孔内注入足量的泥浆（内涵膨润土），以保证足够的润滑力，保护套管在进入孔之后的防腐层不被破坏，内管在穿入套管时，外部套上塑料管道支架，塑料管道支架为两个半圆形，扣紧内管，穿入套管内，塑料支架保证内管在穿入套管的过程中防腐层不被破坏，保证防腐效果，从而保证不会出现泄漏的情况，单管定向穿越容易造成泄露，不利于环境保护，故而该工程采用套管穿越技术，为保护环境及考虑公共安全，与一般常规定向钻穿越的最大不同之处在于：本次在主管道外包一层大一直径同材质外管，以达到防止泄露，保护环境的目的。传统的定向钻穿越技术是单管穿越，而套管组合穿越与单管穿越相比具有更大的经济优势，能最大限度地减小对环境的破坏，本发明实现了防止泄露，保护环境的目的，使用套管组合穿越与单管穿越相比具有更大的经济优势，能有效的降低成本，提高施工速度，能最大限度地减小对环境的破坏，保护环境。

附图说明

图1为本发明提出的一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置的正视图；

图2为本发明提出的一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置的套管结构示意图；

图3为本发明提出的一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置的管道支架内部结构示意图；

图4为本发明提出的一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置的第一连接槽内部结构示意图；

图5为本发明提出的一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置的A处结构放大图。

图中：1河道、2河床、3出钻口工作坑、4孔道、5主钻机设备、6入钻工作坑、7套管、8套管支架、9内管、10第一连接槽、11转动板、12插块、13插槽、14移动块、15第二连接槽、16螺纹杆、17豁口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5，一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置，包括河床2，河床2的上端一侧设有河道1，河床2的一侧设有地坪，地坪的上端设有入钻工作坑6，方便进行施工，入钻工作坑6内安装有主钻机设备5，进行打钻，主钻机设备5的一端贯穿设有孔道4，且孔道4位于河床2的下端，穿过河床，孔道4的一端设有出钻口工作坑3，且出钻口工作坑3位于河床2的下端，且孔道4的一端贯穿出钻口工作坑3并延伸至出钻口工作坑3的一侧，孔道4内安装有套管7，套管7上设有防腐层，能有效的保护套管7，套管7内设有内管9，内管9上等间距设有多个套管支架8，且同一侧的两个套管支架8为一组，套管支架8的一侧和套管7内的侧壁相抵触，内管9上设有套管支架8，从而保护套管7内的防腐层不损伤，保护内管9，从而方便管道排放。

本发明中，套管支架8的两端分别设有第一连接槽10和第二连接槽15，同一组的两个套管支架8上的第一连接槽10和第二连接槽15相对应，两个套管支架8反向对齐，从而使该组内其中一个套管支架8上的第一连接槽10和该组的另一个套管支架8的第二连接槽15对齐，从而使转动板11插进第一连接槽10内，第一连接槽10内的相对侧壁上均设有插槽13，第二连接槽10内的相对侧壁上均转动连接有转动板11，两个转动板11的一侧均设有插块12，且插块12和插槽13相对应，第二连接槽15的一侧设有豁口17，且豁口17位于套管支架8上，豁口17内的一端侧壁上转动套接有螺纹杆16，且螺纹杆16的一端贯穿豁口17并延伸至第二连接槽15内，螺纹杆16的一端转动连接有移动块14，移动块14的两侧分别和两个转动板11的一侧相抵触，且移动块14的两端分别和第二连接槽15内的相对侧壁相抵触,转动螺纹杆16，螺纹杆16推动移动块14移动，移动块14移动挤压两个转动板11转动，从而使插块12插进插槽13内，进行固定连接，使同一组的两个套管支架8固定连接，套管支架8呈半圆形,方便贴合内管9，套管7和内管9上均设有防腐层,进行防腐，套管支架8采用高分子化合物制成,套管7采用螺旋钢管制成,螺纹杆16采用不锈钢制成，结实耐用，延长寿命。

本发明中，在使用时，在河床2一侧的地坪上用机械设备挖出入钻工作坑6，使用主钻机设备5进行打钻，打钻完成后，将套管7插入孔道4内，在套管7进入孔内之前，在成好的孔内注入足量的泥浆（内涵膨润土），以保证足够的润滑力，保护套管7在进入孔之后的防腐层不被破坏，内管9在穿入套管7时，外部套上塑料管道支架，塑料管道支架为两个半圆形，扣紧内管9，穿入套管7内，塑料支架保证内管9在穿入套管7的过程中防腐层不被破坏，保证防腐效果，从而保证不会出现泄漏的情况，单管定向穿越容易造成泄露，不利于环境保护，故而该工程采用套管穿越技术，为保护环境及考虑公共安全，与一般常规定向钻穿越的最大不同之处在于：本次在主管道外包一层大一直径同材质外管，以达到防止泄露，保护环境的目的。传统的定向钻穿越技术是单管穿越，而套管组合穿越与单管穿越相比具有更大的经济优势，能最大限度地减小对环境的破坏。

发明内容：

主要科技创新及关键技术归纳

主要科技创新及关键技术内容：

1、双套管定向钻回拖牵拉

2、定向钻穿越混合砂质及超厚砂层

3、双套管防腐层保护

本课题主要科技创新及关键技术简述：

1、双套管定向钻回拖牵拉

传统的定向钻穿越技术是单管穿越，而套管组合穿越与单管穿越相比具有更大的经济优势，能最大限度地减小对环境的破坏。

在定向钻穿越之前，必须进行回拖力计算。这是选择穿越设备、校核穿越设备能力和确定施工工艺的重要基础，也是工程成败的关键环节。而套管组合穿越作为一项新技术，其实际应用还处在探索阶段，进行套管组合穿越的理论支撑还不够完善。基于以上原因，对单管穿越的回拖力计算方法进行了改进，使其适用于套管组合情况下的管道穿越。

单管穿越中回拖力通常依据《油气输送管道穿越工程施工及验收规范》(GB50424—2007)所给的参考公式进行计算。

F拉=πLf[D ²/ 4 -(D-δ)δ×7.85]+kπDL （1）

式中L———穿越管段的长度：m；

f———摩擦系数，取f=0.1～0.3；

k———粘滞系数，取k=0.01～0.03。

该公式（1）是通过管道所受到的摩擦力及泥浆的粘滞阻力推导而得出的，其将穿越曲线假设为直线，适合于曲率半径比较大的回拖力计算。因为计算方法比较简单、方便，所以在单管穿越中应用较多。

在套管组合穿越中因为含有内部管道，需要对此公式进行一定的改进才能使用。对于套管7的结构，可以将其内部管道质量等效成套管7的壁厚，计算见式(2)～(4)。

假设内部工作管根数为n，外管径分别为D1，D2，D3，……，Dn，内径分别为d1，d2，d3，……，dn，外层套管7的外径为D(m)，内径为d(m)，则套管7的结构的管道单位质量计算公式为：

W=（πD²-πd²）·ρ/4 +（πD₁ ²-πd₁ ²）·ρ/4 +（πD₂ ²-πd₂ ²）·ρ/4 + … +（πD_n ²-πd_n ²）·ρ/4 （2）

等效成外径为D的钢管，其内径为：

d₀=（D²-4W/πρ）^0.5 （3）

d₀———套管7结构的等效内径，m。

套管7等效壁厚为：

δ₀=（D-d₀）·0.5 （4）

将式(4)计算结果作为δ代入式(1)进行求解。在水平段较长、曲率半径较大的套管组合穿越中，可以根据以上改进后的公式对双套管回拖力进行计算。

2、定向钻穿越混合砂质及超厚砂层

在混合砂质及超厚砂层穿越施工中，很多时候缺乏真实详尽的地质资料。在施工过程中，应以返浆中钻屑含量作为泥浆指标是否合格的重要依据，如果出现返浆中钻屑含量少的情况，则应当继续增加泥浆的粘度、静切力等主要指标，直到返浆中的钻屑含量与理论值相当。

其次，由于地下水的不利影响，在混合砂质及超厚砂层中进行穿越施工，泥浆受钻进速度的影响最为明显。在混合砂质及超厚砂层中进行钻进，应设计好每一级扩孔的泥浆排量及钻进速度；在整个施工过程中，扩孔速度不能比设计值高，最好保持同一速度钻进，这样可以维持孔内泥浆的相对均匀。需要做好合适的泥浆配比工作。

3、双套管套装及防腐层保护技术

在现有河岸北端，用挖掘机将陡坡挖缓，使管道的弯曲度减小，套管7的防腐层在套管7未进入孔内在拖管过程中，在套管7下部垫上滚杠，使套管7不和地面产生滑动摩擦，以保护套管7外部的防腐层。

在套管7进入孔内之前，在成好的孔内注入足量的泥浆（内涵膨润土），以保证足够的润滑力，保护套管7在进入孔之后的防腐层不被破坏。

内管9在穿入套管7时，外部套上塑料管道支架，塑料管道支架为两个半圆形，扣紧内管9，穿入套管7内，塑料支架保证内管9在穿入套管7的过程中防腐层不被破坏。

方案实施与课题研究

课题实施计划：

第一阶段：主要工作为前期调研，施工方案的初步比对，遴选规划。组织专家进行研讨，制订出有效合理的工程方案；

第二阶段：主要工作为按照初步研讨商定的方案，进行具体细化工作。形成可实施方案，再次研讨并进行详细论证，确保工程方案合理可行；

第三阶段：主要工作为严格按照前期制定方案进行现场实施，指导现场施工。对具体施工中使用的方案方法及创新技术记录，解决工程实施过程中遇到的各种技术性、管理性问题，并归纳总结；

第四阶段：主要工作为总结本课题所产生的成果，及该成果成功实施的经验，并对实施过程中的产生的新技术和各项创新进行系统的分析，总结归纳。对其产生的经济和社会效益进行分析，提炼出具有拓展性、可行性、高度指导性的成果，为今后该领域工程建设提供切实有效的可行性技术参考和指导。

第五阶段：主要工作为课题成果的推广应用。

实施方案概述：

1、先定位测量，再通过计算机控制钻头进行向导和探测；

2、钻出一个与设计曲线相同的导向孔；

3、将导向孔逐级扩大，同时进行管道组对焊接和防腐；

4、把成品管线拖入扩孔成型后的导向孔中，完成管线的穿越。

主要实施方案

1、方案说明

本次施工铺设管道沙河段全长324米，湛河段全长196米。4条管道平行穿越。一条直径Φ159mm硝酸管道，一条直径Φ159mm精苯管道，一条直径Φ159mm备用管道，一条直径Φ273mm氢气管道。其中直径Φ159mm管道外部套管7直径Φ273mm，直径Φ273mm管道外部套管7直径Φ377mm。硝酸管道及套管7采用L304不锈钢材质，其他管道及套管采用螺旋钢管。

依据现场实际情况：沙河段在南岸南侧布置钻机并下钻，在现有挖好的北端变坡点出钻布管；湛河段在北岸北侧布置钻机并下钻，在现有挖好的南端变坡点出钻布管。

因沙河段代表性比较强，故以下以沙河段为案例，进行总结说明。

地质勘察及地下管线探测：

施工前需对地质情况做详细分析，如岩性、颗粒大小、孔隙度、含水饱和度、可塑性、流速、松散速度等与施工有关的参数，为钻进和拖管所需的户壁泥浆的配制提供准确的依据。

测量放线、地表高程测量

根据设计交底放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。沿管线路径逐点实测地表的相对高差，为钻入管线铺设的轨迹曲线设计提供依据，也是施工中控制实际深度的需要。

护壁泥浆配制

根据地质勘察对地下岩样的分析结果（岩性、颗粒大小、孔隙度、含水饱和度、可塑性、流速、松散度等），有针对性地选择配制护壁泥浆的原料种类及配备比例，保证孔壁不坍塌。

泥浆提前配制，保证钻进入拖管过程有充足的泥浆用量，不能因为等待泥浆供应而中止钻进或拖管。

根据初步的地质勘察结果，配制的泥浆原料以钠基膨润土为主，必须加有纤维素等辅助原料。

配制的泥浆应该能保证在钻井形成的孔中减少泥浆中水分的流失量，阻止外部地层中的水渗入孔中的泥浆内，在孔壁形成泥皮，防止孔壁坍塌，并保证钻进及拖管进程中的润滑。

效果：松散地层，泥浆悬浮较大颗粒钻渣，以稳定孔壁，保护泥皮；通过百利多改变泥浆的流变性能，提高泥浆携渣能力，提升孔底钻具效率，减少钻具的磨损，有效降低工程施工风险。

在泥浆设计上主要注意了以下几个方面：

在砂层中尽量使用高分子聚合物泥浆体系，该体系在使用过程中性能稳定，通过高分子聚合提高泥浆粘度可以极大的增强泥浆对砂粒的胶结作用，并可很快在孔壁周围形成厚度小、韧性好的泥饼环，快速建立孔内外正压差，对孔壁形成良好的支撑作用。

此外，高分子聚合物泥浆不容易被地下水侵入而稀释，更好的维护了工程安全。

尽量使用高粘度、高屈服值泥浆。

由于砂颗粒粗、比重大，要排出孔外，泥浆自身的悬浮性能必须足够。此外，由于砂层中含有丰富的地下水，切削下来的钻屑中同样含有大量的水分，这部分水将对泥浆造成极大的稀释作用。

因此，在设计泥浆时应详细查明砂层的含水率，并结合设计的扩孔直径、扩孔级配、泥浆排量、扩孔速度等参数，预先估计单位时间进入泥浆的水占该时间段泵入泥浆量的比例，在地面试验过程中，应保证设计的泥浆在掺入该比例清水后，仍然具有足够的悬浮性能，即泥浆指标设计时要充分考虑水的稀释。

合理控制泥浆排量，既保障及时排除钻屑，又可避免过度冲刷孔壁。此外，在回拖过程中，可加入润滑剂，这样将有利于降低回拖阻力。

定向钻穿越混合砂质及超厚砂层

在混合砂质及超厚砂层穿越施工中，很多时候缺乏真实详尽的地质资料。因此，泥浆性能指标不能完全按照实验室确定的指标实施。在施工过程中，应以返浆中钻屑含量作为泥浆指标是否合格的重要依据，如果出现返浆中钻屑含量少的情况，则应当继续增加泥浆的粘度、静切力等主要指标，直到返浆中的钻屑含量与理论值相当。

其次，由于地下水的不利影响，在混合砂质及超厚砂层中进行穿越施工，泥浆受钻进速度的影响最为明显。钻·的地下水量越多，对泥浆的稀释就越明显。

因此，在混合砂质及超厚砂层中进行钻进，应设计好每一级扩孔的泥浆排量及钻进速度；在整个施工过程中，扩孔速度不能比设计值高，最好保持同一速度钻进，这样可以维持孔内泥浆的相对均匀。

2、施工部署

施工总体部署原则

根据现有地坪测量，南端自然地坪与北端出钻口高差15m，在南端麦田下挖2m做顶管设备工作坑（工作坑挖好后高差为13m），以10度角度向下钻孔，经80m（经过实际测量80m），下降14.08m，14.08m大于13m，富余出来1m作为可靠性保证。

河堤南岸（原有南端竖井南侧）安置钻机，北部现前期做好的混凝土垫层上及北部部分布设管材，北部高坡地段需挖掘机进行缩小坡度。在有限条件下场地布置就本着有利于生产、方便生活、集中管理的原则设置。

节约用地、因地制宜、充分利用并结合场内外交通线路、施工方便、经济合理的原则布置。

施工布置做到充分发挥现场施工设施的能力，满足施工总进度和施工强度的要求。

满足安全防火，管道探伤安全和劳动保护的要求。

施工主要设备

施工使用的主体设备为德航重工DH680∕1030L型水平导向钻机（1台）

附属设备：

35吨起重及运输设备用于主体设备搬迁，施工过程中需35吨汽车吊1台、水车2台，泥浆运输车1台，工具运输车2台，水泵2台，污水泵2台，30KW发电机1组，320型挖掘机1台，泥浆搅拌站1套及配套泥浆输入系统。

3、施工方法

在确定好的施工现场，设置围挡、安全施工标志和所需的其它标志。

施工现场平整，在指定工作坑位置按照尺寸要求的放坡挖出工作坑。

管线连接：由焊工班组在箱涵北部焊接好所需管道及套管7。

施工设备进场试钻：

在前期准备工作完成后，施工所需的主体设备和附属设备运抵施工现场摆放、安装、调试，各系统运转正常后试钻，钻进1—2钻杆后检查各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。

钻孔：

按照设计的10度方向，拟定的轨迹曲线钻导向孔，钻孔偏差应符合要求。

控向对穿越精度及工程成功至关重要，开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，重视每一个环节，认真分析各项参数，互相配合，钻出符合要求的导向孔。钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数，分析成孔情况，不能达到成孔要求时及时汇报，及时采取相应的措施，以达到出土准确，成孔良好。

钻导向孔所用的钻头是斜面钻头板，前方适宜方向的改变是靠不同的角度推进来实现的。

钻头体中旋转无线电发射棒，将钻头板的方位角、钻头板的倾角、以及它们的温度、水平位置和深度等信息传到地表，由地表的接收机接收信号并传送到钻机，钻机操作者根据这些信息及时调整钻进轨迹，使之与设计曲线尽可能吻合，最终开成准确的导向孔。

四根套管7，保证每个孔不塌孔，每两个套管7的水平中心距为1.5m。（为保证以后能够进入端部检查井涵内部，水平定向钻施工完之后，拟定采用倒链将套管7捆紧，以缩小水平间距后进入端部检查井涵，或者采用弯头向中心收，减小水平间距，能够进入端部检查井涵）

预扩孔：

导向孔完成后，钻头及时拆卸，装上检查合格的扩孔器沿着已形成的导向孔进行第一次预扩孔；然后分级扩孔，扩孔速度要慢于正常速度，泥浆流量和泥浆配比要符合要求，每次回扩时，钻头后要连接钻杆，孔内存留达到要求的定量泥浆。

套管、主管加工及套装：

在现有河岸北端，用挖掘机将陡坡挖缓，使管道的弯曲度减小，套管7防腐层在套管7未进入孔内在拖管过程中，在套管7下部垫上滚杠，使套管7不和地面产生滑动摩擦，以保护套管7外部的防腐层。

在套管7进入孔内之前，在成好的孔内注入足量的泥浆（内涵膨润土），以保证足够的润滑力，保护套管7在进入孔之后的防腐层不被破坏。

内管9在穿入套管7时，外部套上塑料管道支架，塑料管道支架为两个半圆形，扣紧内管9，穿入套管7内，塑料支架保证内管9在穿入套管7的过程中防腐层不被破坏。

拖管：

传统的定向钻穿越技术是单管穿越，而套管组合穿越与单管穿越相比具有更大的经济优势，能最大限度地减小对环境的破坏。

在定向钻穿越之前，必须进行回拖力计算。这是选择穿越设备、校核穿越设备能力和确定施工工艺的重要基础，也是工程成败的关键环节。而套管组合穿越作为一项新技术，其实际应用还处在探索阶段，进行套管组合穿越的理论支撑还不够完善。基于以上原因，对单管穿越的回拖力计算方法进行了改进，使其适用于套管组合情况下的管道穿越。

单管穿越中回拖力通常依据《油气输送管道穿越工程施工及验收规范》(GB50424—2007)所给的参考公式进行计算。

F拉=πLf[D ²/ 4 -(D-δ)δ×7.85]+kπDL （1）

式中F拉———拉力，10⁴N；

L———穿越管段的长度：m；

f———摩擦系数，取f=0.1～0.3；

D———管道直径：m；

δ———管道壁厚：m；

k———粘滞系数，取k=0.01～0.03。

该公式（1）是通过管道所受到的摩擦力及泥浆的粘滞阻力推导而得出的，其将穿越曲线假设为直线，适合于曲率半径比较大的回拖力计算。因为计算方法比较简单、方便，所以在单管穿越中应用较多。

在套管组合穿越中因为含有内部管道，需要对此公式进行一定的改进才能使用。对于套管7的结构，可以将其内部管道质量等效成套管7的壁厚，计算见式(2)～(4)。

假设内部工作管根数为n，外管径分别为D1，D2，D3，……，Dn，内径分别为d1，d2，d3，……，dn，外层套管7的外径为D(m)，内径为d(m)，则套管7结构的管道单位质量计算公式为：

W=（πD²-πd²）·ρ/4 +（πD₁ ²-πd₁ ²）·ρ/4 +（πD₂ ²-πd₂ ²）·ρ/4 + … +（πD_n ²-πd_n ²）·ρ/4 （2）

式中W———管道的单位质量：kg；

ρ———管道密度，kg/m³。

等效成外径为D的钢管，其内径为：

d₀=（D²-4W/πρ）^0.5 （3）

d₀———套管7结构的等效内径，m。

套管7等效壁厚为：

δ₀=（D-d₀）·0.5 （4）

δ₀———套管7结构的等效壁厚：m。

将式(4)计算结果作为δ代入式(1)进行求解。在水平段较长、曲率半径较大的套管组合穿越中，可以根据以上改进后的公式对回拖力进行计算。

导向孔经预扩后，根据扩孔的各项数据确定是否拖管。孔径达到管线回拖要求的条件后，将检查合格的铺设管道用吊车吊放到发送沟内并检查无误。被拖的管道下边加上橡胶滚筒，以减小回拖摩擦力，并保护防腐层。回拖前仔细检查旋转接头、连接头、扩孔器的连接，确认连接牢固后方回拖，回拖中两岸要工作人员通过对讲机加强联系，协调配合将管道回拖到预定位置。

按照以上步骤循环进行，依次完成四条管道的定向钻孔、拖管。

清理现场：

管道铺设完毕后，施工设备撤离现场，清理作业坑及泥浆坑将环境恢复到进场的状态。

应急措施

做导向孔时，一旦钻机钻进过程中扭矩达到最大值的70%，应马上停止钻进并回抽钻杆。

施工现场应备有1台320型挖掘机和车载绞盘，当回扩及回拖出现拉力过大时，应立即给钻机助力。

应有备用泥浆运输车，谨防泥浆供应中断。

在施工过程中，如地下遇到小的障碍物，钻头会将其挤到一边，如地下遇到大的障碍物，则需要就地开挖，排除障碍。

质量技术要求

导向孔轨迹曲线的改变以每节钻杆（长4米）不超过4%为标准，尽可能保证导向孔轨迹的圆滑。

不成孔不拖管。拖管前，回扩后的孔径要达到管材外的1.5倍以上。

4、管道工程

管道焊接

从事压力管道焊接的焊工，应按《锅炉压力容器焊工考试规则》进行考试，取得焊工合格证后，方可从事考试合格项目范围内的焊接工作。

焊工应严格按照给定的焊接工艺规程和焊接工艺指导书进行施焊，严格遵守规范和公司制定的焊接工艺细则，并认真实行质量自检。

焊工在施焊前应认真熟悉作业指导书，凡遇与作业指导书要求不符时，焊工应拒绝施焊，当出现重大质量问题时，报告有关人员，不得自行处理。

焊缝应在焊完后去除渣皮 、飞溅物 ，清理干净焊缝表面， 然后进行焊缝外观检查，观察焊缝表面是否有咬边、夹渣、气孔、裂纹等表面缺陷；外观检查合格后，进行无损探伤。

焊口应有标记，标记可有焊工代号及其完成焊口的数量组成，标记可用信号笔写在距焊口1米处防腐层表面，同时做好焊接记录。

材料选用

焊接前必须明确所焊材料的钢号，以便正确地选用相应的焊接材料和确定合适的焊接工艺。

钢材必须符合国家标准，本工程所用钢管为不锈钢钢管和螺旋钢管。

焊前准备

焊口的位置应避开应力集中区且便于施焊。

管接头一般不可设置在焊缝或热影响区内。

管道对接时，相邻两焊缝的距离应大于3倍壁厚，且不小于100mm。

焊件下料及坡口加工后按要求进行检查，合格后方可进行组对。

焊口的局部间隙过大时，应设法修整到规定尺寸，严禁在间隙内填塞实物。

焊条的使用应按其说明书要求进行烘焙，重复烘焙不得超过两次，焊丝使用前应清除锈垢和油污，直到露出金属光泽。焊条按规定要求烘干后，放入100—150℃的专用保温箱筒内，随用随取。

焊接组装时应将待焊工件垫置牢固，以防止在焊接和热处理过程中产生变形和附加应力。

焊接设备和工艺装备

焊接设备在使用前，应通过检查外观、试运转、试焊、检验其完好程度。如缺少零部件、外壳触地，凹凸不平，电流表、电压表等各种表计不齐全，应拒绝使用。

新电焊机、氩弧焊机在使用前，应校正电流、电压表、流量计，保证合格的表计指示正确，并通过试焊检验焊接电流是否稳定、焊接电弧是否柔和、是否断弧等。

有关人员必须经常维护和保养焊接设备，使焊接设备经常处于良

好状态，焊工要按焊机操作规程规定使用焊接设备。

管道防腐

套管7采用三油两布进行防腐处理，应使用专用的清管工具将脏物和杂物清扫干净，用棉纱、灰刀、纱布、钢丝刷清洗管外表面，管端100mm范围内应无油污、铁锈、油漆等；对于不锈钢材料，使用砂布轮打磨坡口附近表面，去掉氧化层。

管道组对前应清除管道内的积水、泥土、石块等杂物，将管端内外20mm范围内的油污、泥土和水清除，并露出金属光泽。当组对人员使用外对口器进行组对时，在撤出对口器前，至少应完成50%的焊缝长度，且根焊缝应均布在管子圆周上；管口组对完毕，组对人员先进行自检，焊接人员再进行互检，经现场监理监控复查，确认合格后方可允许焊接。焊接后，对于接口处先除锈、刷底漆，外部套上伸缩套，用烤灯加热裹牢。

5、发明的优点：

定向钻穿越最为经济便捷，且施工速度快，造价远低于其它方案，从质量、工期、经济、技术、环境保护、地方协调、河道保护、公共安全等多方面来讲，此为最优方案。特别是在这种地质情况复杂的天然河道穿越工程中，应用价值较高。该施工方案具有不阻碍交通，防泄漏防污染安全系数高，不破坏原地貌状态和保护环境的优点，符合现在建筑节能环保的发展方向。特别是在这种地质情况复杂的天然河道穿越工程中，应用价值极高。

该施工技术在本次成功实施以后，也为类似工程积累了宝贵的技术经验。

单管定向穿越容易造成泄露，不利于环境保护。故而该工程采用套管穿越技术。为保护环境及考虑公共安全，与一般常规定向钻穿越的最大不同之处在于：本次在主管道外包一层大一直径同材质外管，以达到防止泄露，保护环境的目的。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置，包括河床（2），其特征在于，所述河床（2）的上端一侧设有河道（1），所述河床（2）的一侧设有地坪，所述地坪的上端设有入钻工作坑（6），所述入钻工作坑（6）内安装有主钻机设备（5），所述主钻机设备（5）的一端贯穿设有孔道（4），且孔道（4）位于河床（2）的下端，所述孔道（4）的一端设有出钻口工作坑（3），且出钻口工作坑（3）位于河床（2）的下端，且孔道（4）的一端贯穿出钻口工作坑（3）并延伸至出钻口工作坑（3）的一侧，所述孔道（4）内安装有套管（7），所述套管（7）内设有内管（9），所述内管（9）上等间距设有多个套管支架（8），且同一侧的两个套管支架（8）为一组，所述套管支架（8）的一侧和套管（7）内的侧壁相抵触。

2.根据权利要求1所述的一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置，其特征在于，所述套管支架（8）的两端分别设有第一连接槽（10）和第二连接槽（15），同一组内的第一连接槽（10）和第二连接槽（15）相对应，所述第一连接槽（10）内的相对侧壁上均设有插槽（13），所述第二连接槽（10）内的相对侧壁上均转动连接有转动板（11），两个转动板（11）的一侧均设有插块（12），且插块（12）和插槽（13）相对应，所述第二连接槽（15）的一侧设有豁口（17），且豁口（17）位于套管支架（8）上，所述豁口（17）内的一端侧壁上转动套接有螺纹杆（16），且螺纹杆（16）的一端贯穿豁口（17）并延伸至第二连接槽（15）内，所述螺纹杆（16）的一端转动连接有移动块（14），所述移动块（14）的两侧分别和两个转动板（11）的一侧相抵触，且移动块（14）的两端分别和第二连接槽（15）内的相对侧壁相抵触。

3.根据权利要求1所述的一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置，其特征在于，所述套管支架（8）呈半圆形。

4.根据权利要求1所述的一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置，其特征在于，所述套管（7）和内管（9）上均设有防腐层。

5.根据权利要求1所述的一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置，其特征在于，所述套管支架（8）采用高分子化合物制成。

6.根据权利要求1所述的一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置，其特征在于，所述套管（7）采用螺旋钢管制成。

7.根据权利要求2所述的一种穿越复杂地质河床的化工管道套管保护装置，其特征在于，所述螺纹杆（16）采用不锈钢制成。