燃气用pe管水平定向钻进若干问题探讨

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1、燃气用PE管水平定向钻进若干问题探讨1定向穿越回拉过程屮总的回拉力在PE管材回拉过程中，管材承受摩擦拖动阻力(由管材和钻孔或泥浆之间的摩擦拖动、地面上的摩擦拖动产生)、沿钻道弯曲产生的“绞盘力”、流体动力学拖力产生的流体阻力等。根据美国塑料管协会PPI资料，其受力计算公式如下：Fp=fWBL(1)式中Fp——摩擦拖动阻力，Nf一一管材与钻探泥浆之间的摩擦系数(一般取0.25)或管材与地面之间的摩擦系数(一般取0.40)WB一一单位长度管材竖直方向上的合力，N/mL管材长度，mFc=ef3fWBL式中Fc绞盘力，Ne一一自然对数的底数，e=

2、2.71828P一一管材的弯曲角度，rad〜K=fP(K)式中FHK——流体附力，NP——流体压力，PaDll—一钻孔直径，mD0D管材外径，mFT=Fp+Fc+FHK(4)式中FT——总回拉力，N2轴向拉伸应力及扭应力①轴向拉仲应力实际考虑问题时，应保证最大的轴向拉伸应力不超过管材的安全拉伸强度。最大的轴向拉伸应力等于由回拉摩擦拖动阻力、流体阻力在管材中产生的拉伸应力和由于管材弯曲产生的弯曲拉伸应力的总和。根据美国塑料管协会PPT资料，回拉过程屮管材壁屮的拉伸应力计算公式如下：式中oT——轴向拉伸应力，Pas管材壁厚，mET——随时间变

3、化的拉仲模量，PaR——管材在钻孔中的弯曲半径，m②扭应力[1]在扩孔和[Hl拉阶段，可采用一个分动器（或称旋转接头）将旋转的扩孔钻头与被拉的管材隔开，减小扭应力。对于SDR值等于7〜17的厚壁高密度PE管,由于使用了分动器，使得管材上的扭应力很小，不需进行详细的工程分析。3PE管定向钻进施工屮宜采取的优化措施①减小f减小摩擦系数厂，即要在施工中减小管材与地面及钻壁泥浆之间的摩擦,采取的方法有：a.地面上管道放在滚轴上拖动，既可防止管壁损伤乂可减小摩擦阻力。b.钻进线路尽量笔直。c.尽量采取连续回拖（只需克服动摩擦力），减少间断冋拖（需克

4、服最人静摩擦力）。d.冋拉过程中注意保持稳定的泥浆环流。e.保证在泥浆固化之前完成回拉任务。f.合理选用泥浆，确保钻孔不塌陷，以减少在回拖过程中管道上的摩擦阻力。泥浆的配制在各个阶段应有不同的侧重点，在扩孔回拖阶段要求泥浆应具有很好的护壁、携带能力，同时还应有很好的润滑能力，以减小摩擦阻力和力矩。②减小WB在钻孔无塌陷、不存在土柱载荷的情况下，WB主要指管材自身重力及其在钻孔中受到浮力的合力。因高密度PE管的密度与水相近，如果采取封闭的拉管头进行“干法”敷管，管柱会上浮至钻孔的上方，由于浮力以及润湿性的黏土与管间的摩擦，管柱将受到侧向载荷

5、和摩擦阻力的作用。如果采用开式拉管头进行“湿法”敷管，管柱中会充满水（钻进泥浆更好），受到的竖直方向上的合力会急剧降低，总摩擦力可降低到低于PE管柱重量的10%[1]。因此，为减小WB,实际上采用湿法钻进更为合理。但对于输送燃气用PE管材而言，一般情况下管径较小，因此在钻孔中所受到的浮力也不会很大，并且采用湿法钻进施工完毕后还需要对管材内部进行处理，所以在确保总拉伸应力小于管材安全拉伸强度的情况下，建议尽可能采用干法拖管。③减小P（即增大R）减小P,在工程实践中主要表现为对入、出土角Ul、U2的控制，0K02愈小，P愈小。本文建议按图1所

6、示方案，在场地允许的情况下，合理选择工作坑的位置，尽量利用开挖距离较长的下管工作坑替代第二曲线段（PE管曲率半径>125倍的管材外径），使a2约等于零，在出土工作坑内的管材拉伸应力即可减至最小。影响管材拉伸应力的就只有第一曲线段了，入土角取决于钻杆曲率半径（^75m）[2],按曲率半径75m计算的ci1约为20°,因此本文建议合适的u1取值宜为0°〜20°燃行道~行制烨接处A-AKWT作坑俯视囲竹道*人长约30cm木快M成的特Mff1旋转接失燃气管道A.rnl作坑妗代第二曲线段MHiI;Hia；柔性防水W料対堵设定断开拉力的软接*钻杆

7、4PE®•连搐处详W粘杆与PElf连接址，姐体W^,<75in«1曲线段长Lr［线段icl2第‘曲线投长图1PE管水平定向钻进施工方案④减小P及DH流体压力p与泥浆黏度及其流量有较大关系。在定向钻施工中，泥浆黏度具有重要意义，施工现场每2h放对泥浆黏度观测一次。此外，按美国塑料管协会PPT资料，建议冋拉速度为5.08〜10.16mm/s,据此还应合理选择泉的输送量，并采用匀速拉管，以保持稳定的泥浆环流，这样可避免出现孔内瞬间真空现象从而造成孔内坍塌。按上述耍求控制好泥浆黏度及其流量，即可减小P的影响。扩孔直径DH不是越大越好，只要能使钻孔

8、容纳所要敷设的管道即可，从减小流动阻力方面来看，DH也是愈小愈好。扩孔直径还应根据地层条件和管道类型确定，对于冋拉PE管材而言，扩孔直径宜为敷设管道外径的1.2〜1.5倍，也可按表1选用［3］