【摘要】

针对国内外水平定向钻施工方案进行研究，

总结国内外有代表性施工案例及国内海管海上水平定向钻施工支持平台，

分析影响国内海管水平定向钻施工关键因素，为国内海管水平定向钻施工提供帮助。

海底管道是海上油气输送的主要方式。

【原因】

通常采取常规施工的海底管道穿越障碍物的敷设。

使得管道的埋深较浅，管道保护措施受风暴、水流、潮汐的影响较大，影响管道运行的安全。

由此管道后期维护及紧急抢修费用巨大，急需探索新的管道敷设技术，以适应的海上管道工程建设的需要。

【水平定向钻穿越技术】

最早出现在上世纪70年代，常应用于陆域工程复杂地质条件下的穿越工程，传统的打孔与油田定向钻技术的结合技术已经非常成熟。

正作为一种新颖的管道非开挖技术，逐渐拓展到海洋工程领域。

本文分析陆上水平定向钻穿越技术应用到海洋环境中的可行性，从而解决海管穿跨越航道、光缆、管道、冲刷区、障碍物等难题，为国内油田建设中的海管穿越及登陆海管工程提供技术支持。

国内外海上水平定向钻工程研究

1、 国内海上定向钻施工案例

(1)杭州湾管道水平定向钻穿越工程

杭州湾海底管线铺设在北岸海域外钓岛—册子岛，采用水平定向钻（HDD）技术铺设管线，

  • 其中管径为610 mm，壁厚15.9 mm，穿越长度2350m。该处平均水深l0 m，最深处水深25 m，

  • 所经海域的潮流、波浪较大，台风活动频繁，管道施工条件差。

  • 考虑两岛地形地貌情况及成品管道预制场地的要求，入土点与管道预制场地选在册子侧，入土角为12°，出土点选在外钓侧，出土角为7°。

  • 鉴于外钓、册子两岛屿的特殊情况，海管分两段预制，在回拖过程中对接。

通过分析地质情况，选用了抗失水、添加了增稠剂、护壁剂的专用泥浆。一段定向钻设计路由末端为淤泥质黏土层，当钻杆行进至此段时，采用导向孔定位对接牵引施工工艺，顺利完成了导向孔的定位穿越。

(2)JZ20-2处理厂搬迁海管水平定向钻穿越工程

该项目中将建设一条14英寸47 km单层水泥配重输气管线，管线穿越航道，如采用传统挖沟穿越，工期长、费用高及对航道运营影响较大，故最终选择定向钻穿越施工穿越该航道。

如图1所示

  • 铺管船位于左侧进行S-LAY管线铺设，钻机平台及钻机位于右侧进行钻孔和回拖作业。

  • 施工程序如下：

①平台、设备就位；

②安装钻杆支撑导向；

③钻导向孔；

④预扩孔；

⑤管线回拖。

  • 经过上述程序，最终完成该管线穿越施工作业。

通过运用该新型施工技术，最终节约了大量挖土及回填工作，节约费用近2亿元，且该施工方案对航道运营影响较小。

2 、国外海上定向钻施工案例

(1)德国北海海底水平定向钻进铺管工程

德国用水平定向穿越完成了一项由其北海采油平台通向大陆本土的石油和输水管线工程。

  • 其中油管的直径为250 mm，水管的直径为150 mm。

  • 该项目总钻进长度7.5 km，整个项目完成仅用了两个月的时间，最长的一条管线为1400 m。

  • 钻进使用了海瑞克的两台水平定向钻机HK250T（回拖力250 t）和HK400M（回拖力400 t）

如图2所示

(2)美国Salem陆对海穿越

Salem管线穿越位于钢桥、1A桥（也就是现场拖车）和港口进出口的底下。

  • 为了支持海上操作，四艘200-class的自升式平台从墨西哥动员，在水面上形成一个工作平台。

  • 钻井船桅安装在平台和支撑设备上，三种驳船将其系在平台上，项目导向孔为20~40 in。

施工图如图3所示

(3)HDD印度尼西亚的Java sea2013年12月

GVL在Java海域完成Ketapang项目，对一条管线长度为32 km的12英寸带有配重层的气管线实施了海上水平定向钻穿越操作，

成功穿越了一条已存在的18英寸HESS在役管线。

海底管线的穿越总长度为610 m。

施工图如图4所示

(4)世界上最长的定向穿越管道工程

在该项目中约8.7 km海管将使用水平定向穿越技术铺设，成为世界最长的定向穿越管道。

  • 首先将外径8英寸，壁厚为14 mm，API 5L-X42碳钢材质的海底管道预制成1.4 km长，预先漂浮于海上。钻孔直径为20英寸，以容纳两个8英寸的管道捆绑在一起，同时穿越。

  • 使用额定推力300 t的钻机，钻孔长度为1220~1524 m，钻孔深度为11 m。

施工图如图5所示

3、 国内外海上定向钻施工案例总结

从以上工程案例可知：

目前国外海管定向钻施工案例较多，涉及海对海定向钻穿越、陆对海定向钻穿越；

  • 其中最大管径达34英寸，最长穿越距离达8.7 km；施工海域水深达数十米；国内海域内海管穿越工程较少，但也有成功实施的案例。

海管穿越工程案例中，

主要施工资源由海上操作平台支撑的钻机系统及另一侧的海管铺管系统组成；在海况良好海域，也可不用铺管船，直接在陆上预制好整个穿越段海管，漂浮托拖拉到指定位置，钻孔完成后通过拖拉接头由钻机直接拖拉就位。

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